21.3.RAID1——镜像¶
RAID1，或称 镜像，是将相同的数据写入一个以上的磁盘设备的技术。镜像通常被用来防止因磁盘故障而导致的数据丢失。镜像中的每个磁盘都包含一个相同的数据副本。当一个单独的磁盘发生故障时，镜像继续工作，提供来自仍在运行的磁盘的数据。计算机继续运行，管理员有时间在不影响用户的情况下更换故障磁盘。
这些例子中说明了两种常见的情况。第一个例子是用两个新的磁盘创建一个镜像，用它来替代现有的单个磁盘。第二个例子在一个新的磁盘上创建一个镜像，把旧的磁盘的数据复制到它上面，然后把旧的磁盘插入镜像中。虽然这个过程稍微复杂一些，但它只需要一个新的磁盘。
传统上，镜像中的两个磁盘在型号和容量上是相同的，但是 gmirror(8) 并不要求这样。用不同的磁盘创建的镜像，其容量等于镜像中最小的磁盘的容量。较大磁盘上的额外空间将不被使用。后来插入镜像的硬盘必须至少有与镜像中最小的硬盘一样的容量。
警告
这里显示的镜像步骤是非破坏性的，但与任何主要的磁盘操作一样，先做一个完整的备份。
21.3.1.元数据问题¶
许多磁盘系统在每个磁盘的末端存储元数据。在重新使用磁盘做镜像之前，应该擦除旧的元数据。大多数问题是由两种特殊类型的遗留元数据引起的：GPT 分区表和之前镜像的旧元数据。
可以用 gpart(8) 来擦除 GPT 元数据。这个例子删除了 ada8 磁盘上的 GPT 主分区表和 GPT 备份分区表。
# gpart destroy -F ada8
使用 gmirror(8) 可以将一个磁盘从活动镜像中移除，并在一个步骤中擦除元数据。这里例子中的磁盘 ada8 被从活动镜像 gm4 中移除：
# gmirror remove gm4 ada8
如果镜像没有运行，但是旧的镜像元数据仍然在磁盘上，使用 gmirror clear 来移除它：
# gmirror clear ada8
gmirror(8) 在磁盘的末端存储一个元数据块。由于 GPT 分区方案也在磁盘的末端存储元数据，所以不推荐用 gmirror(8) 来镜像整个 GPT 磁盘。这里使用 MBR 分区，因为它只在磁盘的开始部分存储一个分区表，不会与镜像元数据冲突。
21.3.2.用两个新磁盘创建一个镜像¶
在这个例子中，FreeBSD 已经被安装在一个单一的磁盘上，即 ada0。两个新的磁盘，ada1 和 ada2 已经被连接到系统中。在这两个磁盘上将创建一个新的镜像，用来替换旧的单个磁盘。
geom_mirror.ko 内核模块必须被内置到内核中，或者在启动或运行时加载。现在手动加载内核模块：
# gmirror load
用两个新的磁盘创建镜像：
# gmirror label -v gm0 /dev/ada1 /dev/ada2
gm0 是一个用户选择的设备名称，分配给新的镜像。镜像启动后，这个设备名出现在 /dev/mirror/ 中。
现在可以用 gpart(8) 在镜像上创建 MBR 和 bsdlabel 分区表。这个例子使用了传统的文件系统布局，有 / 、 swap 、 /var 、 /tmp 和 /usr 分区。单一的 / 和交换分区也是可以的。
镜像上的分区不一定要和现有磁盘上的分区一样大，但它们必须大到足以容纳 ada0 上已有的所有数据。
# gpart create -s MBR mirror/gm0
# gpart add -t freebsd -a 4k mirror/gm0
# gpart show mirror/gm0
=> 63 156301423 mirror/gm0 MBR (74G)
63 63 - free - (31k)
126 156301299 1 freebsd (74G)
156301425 61 - free - (30k)
# gpart create -s BSD mirror/gm0s1
# gpart add -t freebsd-ufs -a 4k -s 2g mirror/gm0s1
# gpart add -t freebsd-swap -a 4k -s 4g mirror/gm0s1
# gpart add -t freebsd-ufs -a 4k -s 2g mirror/gm0s1
# gpart add -t freebsd-ufs -a 4k -s 1g mirror/gm0s1
# gpart add -t freebsd-ufs -a 4k mirror/gm0s1
# gpart show mirror/gm0s1
=> 0 156301299 mirror/gm0s1 BSD (74G)
0 2 - free - (1.0k)
2 4194304 1 freebsd-ufs (2.0G)
4194306 8388608 2 freebsd-swap (4.0G)
12582914 4194304 4 freebsd-ufs (2.0G)
16777218 2097152 5 freebsd-ufs (1.0G)
18874370 137426928 6 freebsd-ufs (65G)
156301298 1 - free - (512B)
通过在 MBR 和 bsdlabel 中安装 bootcode 并设置活动 slice，使镜像可启动：
# gpart bootcode -b /boot/mbr mirror/gm0
# gpart set -a active -i 1 mirror/gm0
# gpart bootcode -b /boot/boot mirror/gm0s1
格式化新镜像上的文件系统，启用软更新。
# newfs -U /dev/mirror/gm0s1a
# newfs -U /dev/mirror/gm0s1d
# newfs -U /dev/mirror/gm0s1e
# newfs -U /dev/mirror/gm0s1f
现在可以用 dump(8) 和 restore(8) 将原始 ada0 磁盘上的文件系统复制到镜像上。
# mount /dev/mirror/gm0s1a /mnt
# dump -C16 -b64 -0aL -f - / | (cd /mnt && restore -rf -)
# mount /dev/mirror/gm0s1d /mnt/var
# mount /dev/mirror/gm0s1e /mnt/tmp
# mount /dev/mirror/gm0s1f /mnt/usr
# dump -C16 -b64 -0aL -f - /var | (cd /mnt/var && restore -rf -)
# dump -C16 -b64 -0aL -f - /tmp | (cd /mnt/tmp && restore -rf -)
# dump -C16 -b64 -0aL -f - /usr | (cd /mnt/usr && restore -rf -)
编辑 /mnt/etc/fstab 以指向新的镜像文件系统：
# Device Mountpoint FStype Options Dump Pass#
/dev/mirror/gm0s1a / ufs rw 1 1
/dev/mirror/gm0s1b none swap sw 0 0
/dev/mirror/gm0s1d /var ufs rw 2 2
/dev/mirror/gm0s1e /tmp ufs rw 2 2
/dev/mirror/gm0s1f /usr ufs rw 2 2
如果 geom_mirror.ko 内核模块没有被内置到内核中，编辑 /mnt/boot/loader.conf 以在启动时加载该模块：
geom_mirror_load="YES"
重新启动系统以测试新的镜像，并验证所有数据是否已经复制。BIOS 会把镜像看作是两个独立的硬盘，而非一个镜像。由于这两个硬盘是相同的，所以选择哪一个来启动并不重要。
如果启动有问题，请参见故障排除。关掉电源并断开原始 ada0 磁盘的连接，可以将其作为离线备份保存。
在使用中，镜像的行为就像原来的单盘一样。
21.3.3.用现有的磁盘创建一个镜像¶
在这个例子中，FreeBSD 已经被安装在一个单一的磁盘上，即 ada0。一个新的磁盘，ada1，已经被连接到系统中。在新的磁盘上将创建一个单盘镜像，将现有的系统复制到上面，然后将旧的磁盘插入镜像中。这个稍微复杂的过程是有必要的，因为 gmirror 需要在每个磁盘的末尾放一个 512 byte 的元数据块，而现有的 ada0 通常已经分配了所有的空间。
加载 geom_mirror.ko 内核模块：
# gmirror load
用 diskinfo 检查原始磁盘的镜像大小：
# diskinfo -v ada0 | head -n3
/dev/ada0
512 # sectorsize
1000204821504 # mediasize in bytes (931G)
在新磁盘上创建一个镜像。为了确保镜像的容量不比原来的 ada0 磁盘大，gnop(8) 被用来创建一个大小完全相同的假磁盘。这个磁盘不存储任何数据，只是用来限制镜像的大小。当 gmirror(8) 创建镜像时，它将把容量限制在 gzero.nop 的大小，即使新的 ada1 磁盘有更多的空间。注意，第二行中的 1000204821504 等于上面 diskinfo 显示的 ada0 的镜像大小。
# geom zero load
# gnop create -s 1000204821504 gzero
# gmirror label -v gm0 gzero.nop ada1
# gmirror forget gm0
由于 gzero.nop 不存储任何数据，镜像不会将其视为连接。镜像被告知要“忘记”未连接的组件，删除对 gzero.nop 的引用。结果是一个镜像设备只包含一个磁盘，ada1。
创建 gm0 后，查看 ada0 的分区表。这个输出是来自一个 1TB 的磁盘。如果在磁盘的末端有一些未分配的空间，可以直接从 ada0 复制内容到新的镜像。
但是，如果输出显示磁盘上的所有空间都被分配了，就像下面的列表一样，那么磁盘末端的 512 byte 的镜像元数据就没有可用空间了：
# gpart show ada0
=> 63 1953525105 ada0 MBR (931G)
63 1953525105 1 freebsd [active] (931G)
在这种情况下，必须编辑分区表以减少镜像 /gm0 上一个扇区的容量。这个过程将在后面进行解释。
在这两种情况下，应首先使用 gpart backup 和 gpart restore 来复制主磁盘上的分区表：
# gpart backup ada0 > table.ada0
# gpart backup ada0s1 > table.ada0s1
这些命令创建了两个文件，table.ada0 和 table.ada0s1。这个例子来自一个 1TB 的硬盘：
# cat table.ada0
MBR 4
1 freebsd 63 1953525105 [active]
# cat table.ada0s1
BSD 8
1 freebsd-ufs 0 4194304
2 freebsd-swap 4194304 33554432
4 freebsd-ufs 37748736 50331648
5 freebsd-ufs 88080384 41943040
6 freebsd-ufs 130023424 838860800
7 freebsd-ufs 968884224 984640881
如果在磁盘的末端没有显示出自由空间，那么 slice 和最后一个分区的大小都必须减少一个扇区。编辑这两个文件，将 slice 和最后一个分区的大小都减少一个。这些是每个列表中的最后数字：
# cat table.ada0
MBR 4
1 freebsd 63 1953525104 [active]
# cat table.ada0s1
BSD 8
1 freebsd-ufs 0 4194304
2 freebsd-swap 4194304 33554432
4 freebsd-ufs 37748736 50331648
5 freebsd-ufs 88080384 41943040
6 freebsd-ufs 130023424 838860800
7 freebsd-ufs 968884224 984640880
如果在磁盘的末端至少有一个扇区没有被分配，这两个文件可以不加修改地使用。
现在将分区表恢复到 mirror/gm0：
# gpart restore mirror/gm0 < table.ada0
# gpart restore mirror/gm0s1 < table.ada0s1
用 gpart show 检查分区表。这个例子中，gm0s1a 代表 /，gm0s1d 代表 /var，gm0s1e 代表 /usr，gm0s1f 代表 /data1，而 gm0s1g 代表 /data2：
# gpart show mirror/gm0
=> 63 1953525104 mirror/gm0 MBR (931G)
63 1953525042 1 freebsd [active] (931G)
1953525105 62 - free - (31k)
# gpart show mirror/gm0s1
=> 0 1953525042 mirror/gm0s1 BSD (931G)
0 2097152 1 freebsd-ufs (1.0G)
2097152 16777216 2 freebsd-swap (8.0G)
18874368 41943040 4 freebsd-ufs (20G)
60817408 20971520 5 freebsd-ufs (10G)
81788928 629145600 6 freebsd-ufs (300G)
710934528 1242590514 7 freebsd-ufs (592G)
1953525042 63 - free - (31k)
slice 和最后一个分区都必须在磁盘的末端有至少一个空闲块。
在这些新分区上创建文件系统。分区的数量将有所不同，以配合原始磁盘，即 ada0 ：
# newfs -U /dev/mirror/gm0s1a
# newfs -U /dev/mirror/gm0s1d
# newfs -U /dev/mirror/gm0s1e
# newfs -U /dev/mirror/gm0s1f
# newfs -U /dev/mirror/gm0s1g
通过在 MBR 和 bsdlabel 中安装 bootcode 并设置活动 slice，使镜像可启动：
# gpart bootcode -b /boot/mbr mirror/gm0
# gpart set -a active -i 1 mirror/gm0
# gpart bootcode -b /boot/boot mirror/gm0s1
调整 /etc/fstab 以使用镜像上的新分区。先把这个文件复制到 /etc/fstab.orig，以此来备份：
# cp /etc/fstab /etc/fstab.orig
编辑 /etc/fstab，将 /dev/ada0 替换为 mirror/gm0 ：
# Device Mountpoint FStype Options Dump Pass#
/dev/mirror/gm0s1a / ufs rw 1 1
/dev/mirror/gm0s1b none swap sw 0 0
/dev/mirror/gm0s1d /var ufs rw 2 2
/dev/mirror/gm0s1e /usr ufs rw 2 2
/dev/mirror/gm0s1f /data1 ufs rw 2 2
/dev/mirror/gm0s1g /data2 ufs rw 2 2
如果 geom_mirror.ko 内核模块没有被内置到内核中，编辑 /boot/loader.conf 在启动时加载它：
geom_mirror_load="YES"
现在可以用 dump(8) 和 restore(8) 将原始磁盘的文件系统复制到镜像上。用 dump -L 转储的每个文件系统都会先创建一个快照，这可能需要一些时间：
# mount /dev/mirror/gm0s1a /mnt
# dump -C16 -b64 -0aL -f - / | (cd /mnt && restore -rf -)
# mount /dev/mirror/gm0s1d /mnt/var
# mount /dev/mirror/gm0s1e /mnt/usr
# mount /dev/mirror/gm0s1f /mnt/data1
# mount /dev/mirror/gm0s1g /mnt/data2
# dump -C16 -b64 -0aL -f - /usr | (cd /mnt/usr && restore -rf -)
# dump -C16 -b64 -0aL -f - /var | (cd /mnt/var && restore -rf -)
# dump -C16 -b64 -0aL -f - /data1 | (cd /mnt/data1 && restore -rf -)
# dump -C16 -b64 -0aL -f - /data2 | (cd /mnt/data2 && restore -rf -)
重新启动系统，从 ada1 启动。如果一切正常，系统将从 mirror/gm0 启动，现在 mirror/gm0 包含的数据与 ada0 之前的一样。如果启动有问题，请看故障排除。
在这一点上，镜像仍然只包括单一的 ada1 磁盘。
从 mirror/gm0 成功启动后，最后一步是将 ada0 插入镜像中。
重要
当 ada0 被插入镜像时，它以前的内容会被镜像的数据覆盖。在将 ada0 加入镜像之前，请确定 mirror/gm0 的内容与 ada0 相同。如果之前通过 dump(8) 和 restore(8) 复制的内容与 ada0 上的内容不一致，请重新修改 /etc/fstab，将文件系统挂载到 ada0 上，重新启动，然后重新开始整个过程。
# gmirror insert gm0 ada0
GEOM_MIRROR: Device gm0: rebuilding provider ada0
两个磁盘之间的同步将立即开始。使用 gmirror status 来查看进度。
# gmirror status
Name Status Components
mirror/gm0 DEGRADED ada1 (ACTIVE)
ada0 (SYNCHRONIZING, 64%)
一段时间后，同步将结束。
GEOM_MIRROR: Device gm0: rebuilding provider ada0 finished.
# gmirror status
Name Status Components
mirror/gm0 COMPLETE ada1 (ACTIVE)
ada0 (ACTIVE)
mirror/gm0 现在由两个磁盘 ada0 和 ada1 组成，内容会自动相互同步。在使用中，mirror/gm0 的行为就像原来的单硬盘一样。
21.3.4.故障排除¶
如果系统不启动，可能需要改变 BIOS 设置，以便从新的镜像磁盘中的一个启动。任何一个镜像磁盘都可以用来启动，因为它们包含相同的数据。
如果启动停止时出现这个信息，说明镜像设备出了问题。
Mounting from ufs:/dev/mirror/gm0s1a failed with error 19.
Loader variables:
vfs.root.mountfrom=ufs:/dev/mirror/gm0s1a
vfs.root.mountfrom.options=rw
Manual root filesystem specification:
<fstype>:<device> [options]
Mount <device> using filesystem <fstype>
and with the specified (optional) option list.
eg. ufs:/dev/da0s1a
zfs:tank
cd9660:/dev/acd0 ro
(which is equivalent to: mount -t cd9660 -o ro /dev/acd0 /)
? List valid disk boot devices
. Yield 1 second (for background tasks)
<empty line> Abort manual input
mountroot>
忘记在 /boot/loader.conf 中加载 geom_mirror.ko 模块会导致这个问题。要解决这个问题，从 FreeBSD 安装设备启动，在第一个提示符下选择 Shell。然后加载镜像模块并安装镜像设备：
# gmirror load
# mount /dev/mirror/gm0s1a /mnt
编辑 /mnt/boot/loader.conf，添加这一行来加载镜像模块:
geom_mirror_load="YES"
保存该文件并重新启动。
其他导致 error 19 的问题需要更多的努力来解决。尽管系统应该从 ada0 启动，但如果 /etc/fstab 不正确，会出现另一个选择 shell 的提示。在引导加载器提示下输入 ufs:/dev/ada0s1a，然后按回车键。撤销在 /etc/fstab 中的编辑，然后从原始磁盘（ada0）而非镜像中加载文件系统。重新启动系统并再次尝试该过程。
Enter full pathname of shell or RETURN for /bin/sh:
# cp /etc/fstab.orig /etc/fstab
# reboot
21.3.5.从磁盘故障中恢复¶
磁盘镜像的好处是，一个单独的磁盘可以发生故障而不会导致镜像丢失任何数据。在上面的例子中，如果 ada0 发生故障，镜像将继续工作，从剩余的工作的磁盘，ada1 提供数据。
要更换故障的硬盘，请关闭系统，用一个容量相同或更大的新硬盘物理替换故障的硬盘。制造商在以 GB 为单位对硬盘进行评级时，使用了一些任意的数值，真正确定的唯一方法是比较 diskinfo -v 所显示的扇区总数。容量大于镜像的磁盘可以工作，尽管新磁盘上的额外空间将不会被使用。
在计算机重新上电后，镜像将以“降级”模式运行，即只有一个磁盘。镜像被告知要忘记当前没有连接的磁盘：
# gmirror forget gm0
任何旧的元数据都应该按照元数据问题中的说明从替换磁盘中清除。然后将替换磁盘（本例中为 ada4）插入镜像中：
# gmirror insert gm0 /dev/ada4
当新的磁盘被插入镜像时，重新同步开始。这个将镜像数据复制到新磁盘的过程可能需要一段时间。在复制过程中，镜像的性能会大大降低，所以插入新的磁盘最好在计算机上的需求较低时进行。
可以用 gmirror status 监控进度，它显示正在同步的磁盘和完成的百分比。在重新同步的过程中，状态将是 DEGRADED，当这个过程结束时将变为 COMPLETE。