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Installation auf Raid: So klappt's mit Ubuntu

17.05.2019 | 14:04 Uhr | David Wolski

Ein Raid-Verbund für Daten ist in Ubuntu in wenigen Schritten eingerichtet – egal ob Raid 0 für bessere Geschwindigkeit oder Raid 1 für die Datensicherheit. Aber die Installation Ubuntus direkt auf ein Raid erfordert einige Handgriffe mehr.

Sicherer oder schneller? Ein Raid (Redundant Array Of Independent Disks) verbindet mehrere Festplatten zu einem logischen Laufwerk. Die Motive für Raid sind sehr unterschiedlich: Das erste Motiv ist die erhöhte Datensicherheit durch automatische Spiegelung des Datenbestands. Das zweite Motiv ist hingegen erhöhte Leistung, indem die Schreib-und Lesevorgänge auf zwei Laufwerke verteilt werden.

Raid 0 und Raid 1

Die Aufgabe, mehr Leistung aus herkömmlichen SATA-Festplatten herauszuholen, bietet ein Datenträgerverbund nach Raid 0 . Dieser Verbund teilt beide Festplatten in Blöcke auf (Stripes), die abwechselnd beschrieben und gelesen werden. Eine Datei, und bei größeren Dateien trifft dies in jedem Fall zu, liegt daher in verteilten Blöcken auf beiden Festplatten. Die Datenträgerzugriffe erfolgen dann parallel auf beiden Datenträgern. Im Idealfall halbiert sich damit die Zugriffszeit annähernd und die Lösung ist ideal, wenn es um große Datenmengen geht, die schnell verfügbar sein sollen, etwa bei Videoschnitt, virtuellen Gastsystemen oder riesigen Datenbanken. Allerdings ergeben nur beide intakte Festplatten zusammen einen Verbund-Datenträger. Bei Raid 0 geht es um Geschwindigkeit, nicht um Sicherheit: Fällt nur eine der beiden Festplatten aus, dann sind die Daten verloren. Ein regelmäßiges und akribisches Backup der Daten gehört deshalb zum Pflichtprogramm bei Raid 0.

Das andere verbreitete Raid-System ist Raid 1 , bei welchem die Datensicherheit im Vordergrund steht. Alle Daten werden auf zwei Festplatten doppelt gespeichert, sodass auf beiden Datenträgern jeweils die gleichen Daten liegen. Dadurch steht zwar nur die Hälfte des tatsächlichen Speicherplatzes zur Verfügung, dafür sind die Daten aber gegen den Ausfall einer der Festplatten geschützt. Ist eine der Festplatten defekt, liest das System automatisch von der anderen Festplatte. In der Zwischenzeit kann die defekte Festplatte ausgetauscht werden.

Welcher Raid-Verbund auch eingerichtet wird – Raid 0 oder Raid 1 –, für die Anwender des Systems erscheint der Verbund mehrerer Festplatten als einziger zusammenhängender Massenspeicher.

Eine verbreitete, weil einfache Methode, eine Raid-Konfiguration aufzubauen, ist das Software-Raid unter Linux. Dabei braucht das System keinen zusätzlichen speziellen Hardwarecontroller. Alle Aufgaben übernimmt der Device Mapper des Linux-Kernels, der auch mit virtuellen, blockorientierten Geräten umgehen kann. Zur Einrichtung bringt jede Linux-Distribution die Mdadm-Tools mit. Es handelt sich dabei um ein reines Software-Raid. Dies ist einfach einzurichten, hat aber gegenüber einer Hardwarelösung auch einen Nachteil: Die CPU muss sich um die Aufteilung der Daten und Checksummenberechnung kümmern, was zu einer leicht höheren Prozessorauslastung führt. Der Vorteil überwiegt aber: Ein Software-Raid mit Linux ist auf jeder Hardware möglich.

Relevant: Linux-Dateisysteme für Fortgeschrittene

Übersicht: Raid-Level

Raid 0 (mindestens zwei Festplatten): In diesem Raid-Level werden mehrere Festplatten verbunden, um die Zugriffszeiten auf die Daten zu steigern. Alle Dateien sind auf alle Platten im Verbund verteilt. Die Zugriffszeiten werden durch den parallelen Zugriff beschleunigt.

Raid 1 (mindestens zwei Festplatten): Bei Raid 1 steht die Datensicherheit im Vordergrund. Alle Daten werden 1:1 gespiegelt, also doppelt gespeichert, sodass auf zwei Festplatten jeweils exakt dieselben Daten liegen.

Raid 5 (mindestens drei Festplatten): In einem Raid-5-Verbund sind die Daten ebenfalls vor dem Ausfall einer Festplatte geschützt – allerdings verliert man hier weniger Speicherplatz als bei Raid 1. Während bei Raid 1 nur die Hälfte des gesamten Speicherplatzes genutzt wird, ist es bei Raid 5 die Anzahl der Festplatten minus einer. Diese wird für die Datensicherung reserviert.

Raid 6 (mindestens vier Festplatten): Bei Raid 6 werden zwei Festplatten zur Sicherung verwendet. Es ist durch die höhere Komplexität etwas langsamer, dafür wird hier der gleichzeitige Ausfall von zwei Datenträgern verkraftet.

Raid 10 (mindestens vier Festplatten): Dabei handelt es sich um eine Kombination zweier Raid-Levels. Zwei Mirror-Sets (Raid 1) werden zu einem schnellen Raid 0 verbunden.

Die alternative Ubuntu-Installation

Der "alte", von Debian stammende textbasierte Installer richtet den Raid-Verbund ein.
Vergrößern Der "alte", von Debian stammende textbasierte Installer richtet den Raid-Verbund ein.

Ein Raid-Verbund muss sich nicht über Datenlaufwerke erstrecken, sondern kann auch Systempartitionen beherbergen. Dazu ist bei Ubuntu allerdings eine andere Installationsmethode nötig, als sie das Installationsprogramm der Desktopversionen bietet. Denn der übliche, grafische Installer Ubiquity, der aus den Ubuntu-Livesystemen heraus gestartet wird, kennt keine Möglichkeit, Raid-Laufwerke zu erstellen.

Aber es gibt ja noch einen zweiten Ubuntu-Installer, nämlich denjenigen von Ubuntu Server. Dieser verfügt in der Tat über ein Menü zur Partitionierung, das die Einrichtung von Raid 0, Raid , aber auch exotischerer Raid-Level wie Raid 5 unterstützt. Der künftige von Canonical selbst entwickelte Server-Installer ist noch in der Testphase und kann noch kein Raid zur Installation eines Systems aufsetzen, da er die Partition „/boot“ nicht auf den Raid-Verbund schreiben kann.

Der Installer der Serverausgabe von Ubuntu 18.04 bietet die Raid-Installation an und führt sie korrekt aus. Dahinter steht übrigens weiterhin der einst von Debian übernommene Textmodusinstaller. Es handelt sich dabei um ein rein textbasiertes Installationsprogramm, das die Installationsschritte in einigen Menüs abfragt und zunächst eine minimale Serverinstallation Ubuntus einrichtet. Das sollte auch für Ubuntu-Nutzer, die ein typisches Desktopsystem haben möchten, kein Hindernis darstellen: Der minimale Server kann danach im laufenden System mit wenigen Befehlen zu einer Desktopversion ausgebaut werden.

Vorbereitungen zur Installation

Raid-Methode wählen.
Vergrößern Raid-Methode wählen.

Die Installation von Ubuntu direkt auf einen Raid-Verbund von mindestens zwei Festplatten erfordert zuerst den Download des alternativen Ubuntu-Server-Installers. Dieser findet sich auf der Übersichtsseite http://cdimages.ubuntu.com/ubuntu/releases/bionic/release hinter dem Link „64-bit PC (AMD64) server install image“. Die heruntergeladene ISO-Datei eignet sich für DVDs und zur Übertragung auf einen USB-Stick mittels dd oder ähnlichen Tools wie Etcher .

Nach dem Booten des Installationsmediums auf der Zielmaschine meldet sich zunächst das gewohnte Bootmenü Ubuntus, in welchem Sie die Sprache mit der F2-Taste sowie die Tastaturbelegung mit F3 auswählen.

Die Sprachauswahl ist wichtig, denn sie hat nicht nur Auswirkungen auf den Installer, sondern auch auf das resultierende neue System. Die Punkte „Ubuntu installieren“ sowie „Install Ubuntu Server with the HWE Kernel“ starten beide den Installer. Der zweite Punkt wird den neueren Linux Kernel 4.18 statt 4.13 installieren und ist für ein System, das später in einen Ubuntu-Desktop umgewandelt werden soll, besser geeignet. Nach der Bestätigung der Sprache im Textinstaller geht es nach der Auswahl von Land und Gebiet und der Eingabe des gewünschten Rechnernamens zum Anlegen des ersten Benutzers. So wie auch im grafischen Installer wird dieses Erstbenutzerkonto im resultierenden Ubuntu-System automatisch für die Benutzung von sudo aktiviert.

Installer: Partitionierung und Raid

Auswahl der eingebauten Festplatten.
Vergrößern Auswahl der eingebauten Festplatten.

Danach wird es interessant, denn es folgen nun die Schritte zur Partitionierung. Statt zu der angebotenen Option „Geführt“ zu greifen, geht es auf den darunterliegenden Menüpunkt „Manuell“, der das Untermenü „Festplatten partitionieren“ anbietet. Der Installer im Textmodus zeigt nun alle erkannten physikalischen Datenträger beziehungsweise Festplatten des Rechners an. Selbstverständliche Hardwarevoraussetzung für ein Raid mit Level 0 oder 1 ist es, dass der Rechner über zwei Festplatten verfügt.

Falls diese nicht die gleiche Kapazität haben, so kann der Device Mapper von Linux zwar trotzdem ein Raid erstellen, nimmt dabei aber die Kapazität der kleineren Platte als Maß – bei Raid 0 wie Raid 1. Das heißt, dass der zusätzliche Platz auf der zweiten größeren Platte komplett verloren ist. Diese Tatsache sollten Sie gegebenenfalls schon vor der Einrichtung berücksichtigen und eventuell eine Festplatte gegen eine geeignetere austauschen. Abgesehen von der Kapazitätseinbuße entstehen aber keine Nachteile beim Einsatz verschieden großer Datenträger.

Über der Auflistung der Datenträger geht es jetzt zum zweiten Punkt von oben namens „Software-Raid konfigurieren“. Nach dem Warnhinweis, dass die Festplatten im Raid-Verbund keine weiteren physikalischen Volumes oder Partitionen außerhalb des Verbunds enthalten können, wählen Sie im angezeigten Menü „MD-Gerät erstellen“, falls die Festplatten leer sind. Handelt es sich um eine erneute Installation auf einen bestehenden Raid-Verbund, so muss man diesen erst einmal mit „MD-Gerät löschen“ entfernen. Nun geht es nacheinander in die Untermenüs zu den Raid-Einstellungen.

Den Bootloader Grub 2 richtet der textbasierte Installer automatisch auf dem Raid-Verbund ein.
Vergrößern Den Bootloader Grub 2 richtet der textbasierte Installer automatisch auf dem Raid-Verbund ein.

Typ des Software-Raid-Geräts: In diesem Auswahlfeld gibt man an, welche Art von Raid-Verbund der Installer aus den verfügbaren Platten bauen soll. „Raid0“ entspricht dem schnellen Raid mit Striping und „Raid1“ richtet die Festplattenspiegelung zur höheren Datensicherheit ein. Daneben gibt es im Installer auch noch die Raid-Level 5, 6 sowie 10 (1+0), die mehr als zwei Datenträger erfordern (siehe dazu den Kasten „Übersicht: Raid-Level“).

Festplatten & SSDs: Tipps zum Umgang unter Linux

Anzahl der aktiven Geräte für das Raid-Array: Mit den Pfeiltasten und der Leertaste wählt man nun alle aufgelisteten Festplatten aus, die in den Raid-Verbund aufgenommen werden sollen, und bestätigt die Auswahl mit „Weiter“. Zurück im vorherigen Menü geht es dann auf „Fertigstellen“, woraufhin der Installer alle anstehenden Änderungen auf den Platten und wieder die Partitionsübersicht anzeigt.

Neben den physikalischen Festplatten ist in der Liste jetzt der gerade angelegte Raid-Verbund zu sehen. Diesen Verbund wählen Sie nun aber nicht aus, denn wir sind weiterhin im Menü der manuellen Partitionierung. Stattdessen gehen Sie nun auf den ersten Punkt „Geführte Partitionierung“. Dort angekommen ist nun die Option „Geführt – vollständige Platte verwenden“ die richtige Wahl. Im Schritt danach zeigt der Installer nun auch das Raid als eigenes Gerät als Installationsziel an. Die darauf folgende Zusammenfassung nach der Auswahl dieses Raid-Verbunds zeigt nun an, dass die komplette Wurzelpartition („/“) auf dem Raid eingerichtet wird.

Der Punkt „Partitionierung beenden und Änderungen übernehmen“ startet dann die eigentliche Installation des Ubuntu-Systems. Der Installer fragt ab hier nochmal nach einem eventuell verwendeten Proxyserver, bevor weitere Pakete heruntergeladen werden. Auch die automatischen Aktualisierungen sind optional.

Nach allen Paketgruppen fragt der Server-Installer nicht, sondern bietet nur eine kleinere Auswahl von Serverpaketen in der „Softwareauswahl“ kurz vorm Abschluss der Installation an. Hier ist es immer empfehlenswert, ganz unabhängig von der Rolle des fertigen Systems den „OpenSSH server“ zu markieren.

Gnome-Disks zeigt, dass das Ubuntu-System wie gewünscht auf einem Raid-Verbund liegt.
Vergrößern Gnome-Disks zeigt, dass das Ubuntu-System wie gewünscht auf einem Raid-Verbund liegt.

Ubuntu Server: Desktop nachrüsten

Nach dem Neustart des frisch installierten Systems begrüßt die Serverausgabe Ubuntus den Anwender erst mal ganz trocken auf der Befehls-Shell. Nach der Anmeldung kann es aber dann sofort daran gehen, die gewünschte Desktopumgebung und die restlichen Programme nachzurüsten – etwa:

sudo apt update
sudo apt install ubuntu-desktop

Dies würde beispielsweise den Gnome-Desktop der Ubuntu-Hauptversion installieren. Der Download des Gesamtpakets beläuft sich in diesem Fall auf etwas über 500 MB und während der Einrichtung ist etwas Geduld gefragt. Falls KDE statt Gnome installiert werden soll, so ist das Metapaket „kubuntu-desktop“ die richtige Wahl. Analog dazu holt der Paketname „ubuntu-mate-desktop“ den Mate-Desktop, „lubuntu-desktop“ den LXDE-Desktop und „xubuntu-desktop“ XFCE auf das System. Ab dem nächsten Start meldet sich dann auch gleich der grafische Anmeldebildschirm.

Im Notfall: Raid-Zugriff mit Livesystemen

Das Linux-System, unter dem das Raid eingerichtet ist, erkennt den Verbund der Festplatten anhand der hinterlegten Konfigurationsdatei „/etc/mdadm/mdadm.conf“.

Startet Linux einmal nicht mehr, auch wenn der Fehler eine winzige Nichtigkeit ist und schnell behoben wäre, dann läuft auch das Raid nicht. Folglich auch nicht das System. Dennoch besteht kein Grund zur Panik: Mit ein paar Handgriffen bekommt man auch mit einem gestarteten Livesystem wieder Zugriff auf den Raid-Verbund und die dort gespeicherten Daten. Alle Werkzeuge, die Sie dazu brauchen, liefert jedes gut sortierte Live-und Notfallsystem. In Ubuntu und Co. muss erst noch ein Tool mittels

sudo apt update
sudo apt install mdadm

im Livesystem nachinstalliert werden. Um das Raid zusammenzubauen, dient dann dieser Befehl:

sudo mdadm --assemble --scan

Ist dies gelungen, gibt mdadm als Statusmeldung die Bezeichnung des Raid-Blockgeräts aus und einen Starthinweis mit der Anzahl der teilnehmenden Festplatten, beispielsweise „/dev/md0 has been started with 2 drives“. Dieses Laufwerk kann dann wie gewohnt eingehängt werden, beispielsweise im Dateimanager des Livesystems.

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