Записки IT специалиста

Технический блог специалистов ООО»Интерфейс»

• Главная
• Настраиваем программный RAID на UEFI-системах в Windows

Настраиваем программный RAID на UEFI-системах в Windows

Программный RAID пользуется заслуженной популярностью, позволяя легко создавать отказоустойчивые дисковые конфигурации в недорогих системах, отличаясь простотой создания и управления. Но с переходом современных систем на UEFI появились некоторые особенности, касающиеся процесса загрузки, которые следует понимать и принимать во внимание. В противном случае отказоустойчивость может оказаться мнимой и при отказе одного из дисков вы просто не сможете загрузить систему.

Данная инструкция может кому-то показаться сложной, действительно, для создания программного RAID на UEFI-системах требуется довольно много подготовительных действий. Также определенное количество операций придется выполнить и при замене отказавшего диска, но это тема для отдельной статьи. В связи с этим встает вопрос выбора между программным RAID и встроенным в материнскую плату, т.н. fake-raid.

Если брать вопрос производительности, то сегодня он абсолютно неактуален, тем более что вся обработка данных так или иначе осуществляется силами CPU. Основным аргументов в пользу встроенного RAID служит простота его использования, но за это приходится платить совместимостью. Собранные таким образом массивы будут совместимы только со своим семейством контроллеров. К счастью, сейчас уже нет того зоопарка, который был еще лет 10 назад, но все равно, собранный на базе платформы Intel массив вы не запустите на AMD-системе.

Также вы можете столкнуться с тем, что несмотря на то, что массив собрался, система не может загрузиться, так как не имеет в своем составе драйверов для новой версии контроллера, это может быть актуально для старых ОС на новых аппаратных платформах. Кроме того, все операции по замене дисков, расширению и ресинхронизации массива вам придется делать в оффлайн режиме, загрузить систему с массива в состоянии обслуживания вы не сможете.

Программные массивы лишены этих недостатков, все что им требуется — это поддержка со стороны ОС. Операции обслуживания также можно выполнять без прерывания работы системы, естественно принимая во внимание тот факт, что производительность дисковой системы в это время будет снижена. Но есть и обратная сторона медали, динамические диски Windows имеют ряд неприятных особенностей, например, ограниченные возможности по управлению дисковым пространством и обслуживанию. Штатные инструменты имеют только базовые функции, а из коммерческого софта работу с данным типом дисков обычно поддерживают только дорогие корпоративные версии.

Также есть другая особенность, вытекающая из архитектуры программных RAID массивов, если некритически отказал тот жесткий диск, с которого осуществляется загрузка, то система не будет автоматически загружена со второго, исправного HDD, вы получите ошибку (или BSOD) и вам потребуется вручную изменить порядок загрузки для восстановления работы системы.

Но несмотря на определенные недостатки и ограничения, программный RAID на основе динамических дисков пока остается единственной возможностью обеспечить отказоустойчивость системы, не прибегая к аппаратным средствам.

Конфигурация разделов Windows-систем с UEFI

Прежде всего рассмотрим стандартную конфигурацию разделов, автоматически создаваемую Windows с UEFI, приведенный ниже пример соответствует последним версиям Windows 10 и Windows Server 2016/2019, у более ранних версий Windows разметка может несущественно отличаться.

Windows RE — NTFS раздел со средой восстановления, в последних версиях Windows имеет размер в 500 МБ, при создании ему присваиваются специальные атрибуты, препятствующие назначению буквы диска и удалению раздела через консоль управления дисками. В тоже время данный раздел не является необходимым для работы системы, среда восстановления может находиться на системном диске и даже может отсутствовать. Вынос среды восстановления на отдельный раздел преследует две цели: возможность работы на зашифрованных системах и защита от некорректных действий пользователя.

EFI — раздел специального типа с файловой системой FAT32, который содержит загрузчик, вызываемый микропрограммой UEFI. Данный раздел должен находиться в основной таблице разделов и не может быть расположен на динамическом диске. В Windows он ошибочно называется зашифрованным, имеет критическое значение для нормальной работы системы. В современных Windows-системах имеет размер в 100 МБ.

MSR (Microsoft System Reserved) — служебный раздел с файловой системой NTFS, является обязательным для GPT-разметки, которая не позволяет использовать скрытые сектора диска, используется для служебных операций встроенного и стороннего ПО, например, при преобразовании диска в динамический. Является скрытым и не отображается в оснастке управление дисками. Его размер в современных системах — 16 МБ.

Windows — самый обычный раздел с системой, фактически под ним следует понимать любую пользовательскую разметку. Никаких особенностей он в себе не таит.

Производители ПК могут добавлять дополнительные разделы, например, с резервным образом системы для отката к заводским настройкам или собственными инструментами восстановления, чаще всего они имеют специальные GPT-атрибуты, как и у раздела Windows RE.

Подготовка к созданию программного RAID

Будем считать, что вы уже установили операционную систему на один из дисков, в нашем примере будет использоваться Windows Server 2019 установленный на виртуальной машине. Если мы откроем оснастку Управление дисками, то увидим примерно следующую картину:

Первым идет раздел Windows RE, размером в 499 МБ, а за ним раздел EFI, который ошибочно именуется шифрованным. Но как мы говорили выше, данная оснастка не дает полного представления о структуре разметки, поэтому запустим утилиту командной строки diskpart и получим список разделов:

Первая команда запускает утилиту, вторая выбирает первый диск (диск 0) и третья выводит список разделов.

Здесь присутствуют все существующие на диске разделы, включая MSR, размером в 16 МБ. Теперь нам нужно воспроизвести аналогичную разметку на втором жестком диске. Будем считать, что вы еще не вышли из утилиты diskpart, поэтому выберем второй жесткий диск (диск 1) и очистим его:

Внимание! Данная команда полностью удалит все данные с указанного диска. Убедитесь, что вы выбрали нужный диск и что он не содержит никаких данных!

Преобразуем диск в GPT:

При преобразовании на диске будет автоматически создан MSR раздел, нам он пока не нужен, поэтому удалим его командой:

После чего убедимся, что диск не содержит разделов.

Теперь можно создавать разметку. Разделы должны идти в том же порядке и с тем же типом, что и на первом диске. Поэтому первым создадим раздел восстановления, он не является обязательным и не влияет на работу системы. В принципе его можно даже не форматировать, но во избежание каких-либо недоразумений в дальнейшем мы рекомендуем создать раздел с теми же атрибутами, что и оригинальный раздел восстановления.

На всякий случай явно выберем диск и создадим на нем раздел размером в 499 МБ, который отформатируем в NTFS:

Затем зададим ему нужные GPT-атрибуты:

Идентификатор de94bba4-06d1-4d40-a16a-bfd50179d6ac задает тип раздела как Windows RE, а атрибут 0x8000000000000001 препятствует назначению буквы диска и помечает раздел как обязательный для работы системы, во избежание его удаления из оснастки управления дисками.

Следующим шагом создадим раздел EFI:

Если все сделано правильно, то вы должны получить следующую схему разметки, которая будет полностью повторять (за исключением системного раздела) разметку первого диска.

После чего систему обязательно следует перезагрузить.

Создание программного RAID

Прежде всего преобразуем диски в динамические, это можно сделать в оснастке Управление дисками:

или утилитой diskpart:

Затем добавим зеркало к системному диску через графический интерфейс

или с помощью diskpart:

После чего следует обязательно дождаться ресинхронизации данных, в зависимости от скорости и объема дисков это может занять некоторое время.

Теперь при загрузке появится меню с выбором раздела, загрузиться можно с обоих, но не будем забывать, что загрузчик по-прежнему присутствует только на первом диске и при смене порядка загрузки в BIOS загрузиться со второго диска не удастся.

Настройка загрузчика EFI и его копирование на второй раздел

Снова запустим утилиту diskpart и присвоим буквы EFI разделам на дисках, но перед этим уточним расположение нужного нам раздела:

Как видим интересующий нас раздел имеет номер 2, выберем его и присвоим букву:

Повторим аналогичные манипуляции со вторым диском:

Выйдем из утилиты diskpart (команда exit) и перейдем в EFI раздел первого диска:

Для просмотра текущих точек загрузки выполните:

Вывод команды покажет нам единственную запись диспетчера загрузки (на текущем EFI-разделе) и две записи загрузчика Windows, на каждом из зеркальных томов. Нам потребуется создать второй экземпляр диспетчера загрузки:

Из вывода данной команды нам потребуется идентификатор, скопируем его для использования в следующей команде.

В фигурных скобках должен быть указан идентификатор, полученный на предыдущем шаге.

После чего экспортируем BCD-хранилище загрузчика:

И скопируем содержимое EFI-раздела на второй диск:

Ошибка при копировании активного экземпляра BCD-хранилища — это нормально, собственно поэтому мы и сделали его экспорт, вместо того, чтобы просто скопировать. Затем переименуем копию хранилища на втором диске:

и удалим ее с первого:

Осталось удалить буквы дисков EFI-разделов, для этого снова запустим diskpart:

Теперь можно перезагрузить систему и в загрузочном меню BIOS выбрать Windows Boot Manager 2, затем Windows Server — вторичный плекс — это обеспечит использование EFI-загрузчика и системного раздела второго диска. Если вы все сделали правильно — загрузка будет удачной. Таким образом у нас будет полноценное зеркало системного раздела на динамических дисках в UEFI-системе.

Помогла статья? Поддержи автора и новые статьи будут выходить чаще:

Или подпишись на наш Телеграм-канал:

Создание зеркала (программного RAID 1) для Windows

Как обезопасить Windows от проблем, вызванных повреждениями жёсткого диска? Для этого существует механизм бэкапа, в частности, таковой с автоматическим созданием инкрементных или дифференциальных резервных копий для поддержания актуального состояния ОС. Но есть и альтернативное решение — зеркалирование системных разделов Виндовс, выполняемое её же штатными средствами.

Это создание программного RAID в конфигурации RAID 1 с целью сохранности информации и получения доступа к среде ОС при неполадках, вызванных проблемами с обеспечивающим её существование жёстким диском. Каковы особенности этого механизма, и как его реализовать в среде Windows – об этом всём будем в деталях говорить ниже.

1. Зеркалирование Windows: что это

Зеркалирование — это, как упоминалось, программный RAID 1, часто используемая конфигурация дискового массива, при которой данные дублируются на второй, именуемый зеркалом жёсткий диск. При возникновении неполадок с первым, основным жёстким диском с помощью зеркала сможем получить доступ к нашей ценной информации. Более того, если зеркалирование применятся к системным разделам Windows, при поломке основного диска мы не просто получим доступ к информации, хранящейся в системе, мы даже попадём внутрь неё. Не внутрь неё исходной, но внутрь точного её клона на диске-зеркале.

Реализация программного RAID 1 возможна в условиях работы технологии динамических дисков. Технология эта существует в среде Windows, начиная с версии 2000. Сама технология применима как к MBR -, так и к GPT -дискам, но вот создание программного RAID 1 усложнено необходимостью проведения дополнительных операций с командной строкой. Так что всё, что будет предложено ниже, касается только MBR -дисков. Создание программного RAID возможно только в редакциях ОС, начиная с Pro.

При переустановке системы на динамических дисках не нужно внедрять в дистрибутив специфические драйверы RAID-контроллера, как это требуется при аппаратном RAID. Равно как и не нужно ничего переустанавливать при задействовании любой из конфигураций программного RAID. Однако в условиях работы с динамическими дисками не сможем использовать более одной Windows. Установленные на других разделах ОС просто не загрузятся. Технология работает по правилу «Вход – рубль, выход — два»: в динамический тип исходные базовые диски со структурой и данными средствами Виндовс превращаются легко и просто, а вот обратное направление работает только для дисков с нераспределённой областью. Если структура и данные есть, придётся прибегать к стороннему софту.

2. Подготовительный этап

Для применения к Windows программного RAID 1 к компьютеру должен быть подключён второй жёсткий диск с вместимостью не менее суммарного объёма обоих системных разделов. В нашем случае таковые занимают, соответственно, 549 Мб и 60 Гб, а диск-зеркало имеет объём с небольшим запасом – 70 Гб. Зеркало необходимо подготовить к его дальнейшей участи – удалить на нём все разделы. Должна остаться чистая нераспределённая область.

Сведения о загрузке установленных на других разделах Windows, если таковые имеют место быть, лучше убрать и оставить возможность запуска только текущей системы. При зеркалировании меню загрузки будет перезаписано, и в нём останется запись о загрузке только одной ОС с добавлением возможности запуска её клона на зеркальном диске. Так вот важно, чтобы осталась запись о загрузке нужной Виндовс. Иначе получим BSOD .

Реализовывать зеркальную Windows будем с использованием системной утилиты diskmgmt.msc , она же консоль «Управление дисками».

3. Преобразование диска в динамический

На любом из двух дисков вызываем контекстное меню, выбираем преобразование их в динамический тип.

Галочками отмечаем их обоих. Кликаем «Ок».

Жмём «Преобразовать» и подтверждаем действие.

4. Создание зеркал системных разделов

Итак, оба диска – и основной, и зеркало – теперь динамические. Вызываем контекст-меню на маленьком техническом разделе системы (разделе загрузчика) . Выбираем «Добавить зеркало».

Кликаем диск-зеркало. Жмём «Добавить зеркальный том».

После увидим, как на зеркале образовался раздел-клон и запустился процесс синхронизации данных.

Теперь жмём контекст-меню на основном разделе Windows, на диске С. И проделываем ту же операцию, что и выше. Добавляем зеркало.

Теперь у нас настроена синхронизация данных с зеркалом. Оставшейся на диске-зеркале неразмеченной областью можем распорядиться как-угодно: оставить её как есть, создать из неё отдельный раздел, присоединить пространство к другому какому-нибудь разделу (причём на любом из дисков, ведь мы теперь работаем с их динамическим типом) .

5. Зеркальная Windows

Как только данные будут синхронизированы с зеркалом, а о завершении этого процесса узнаем по степени нагрузки на диск в диспетчере задач, можем перезагружаться и тестировать работоспособность зеркальной Виндовс. Доступ к ней, как упоминалось, появится в меню загрузчика, она будет значится с надписью «Windows такая-то версия – вторичный плекс» . Меню загрузчика, кстати, в последних двух версиях ОС можно настроить прямо на этапе запуска компьютера.

Можно установить меньшее время для автовыбора Windows.

Первой будет загружаться система на основном диске, так что можно выбрать минимальные 5 секунд для отображения вариантов загрузки.

В старых версиях Виндовс таймаут для меню загрузчика настраивается в системной утилите «Конфигурация системы».

Зеркальная Windows — это полный клон основной системы. Здесь можем делать всё то же, что и в оригинальной среде. Если что случается с основным HDD или SSD , отключаем его аппаратно, запускаем компьютер и жмём F9 на экране ошибки загрузки ОС.

Далее в меню загрузчика выбираем систему с допиской «вторичный плекс», т.е. Windows на зеркальном диске.

6. Удаление зеркал Windows

Если в зеркалировании Windows больше нет надобности, её зеркало можно удалить. Делается это там же, где и это зеркало добавлялось – в утилите diskmgmt.msc . По очереди кликаем каждый из системных разделов, в контекст-меню жмём «Удалить зеркало».

Выбираем диск-зеркало, жмём кнопку его удаления и подтверждаем.

Пространство зеркального диска превратится в нераспределённую область, и его тип из динамического преобразуется в исходный базовый.

7. Переустановка Windows в условиях зеркалирования

Переустановка Виндовс в условиях существования зеркал её разделов осуществляется так же, как обычно – можем удалить два её раздела и местом установки ОС указать неразмеченную область, а можем просто отформатировать два существующих её раздела.

В любом из этих случаев при переустановке Windows её зеркало никуда не денется, оно продолжит своё функционирование в новой системе. Программный RAID 1 переносится в новую, переустановленную среду системы. И всё бы ничего было, если бы мы зеркалировали обычные пользовательские разделы с нашими данными. Но программный RAID 1 для системных разделов, вспомним, предусматривает ещё и возможность входа внутрь Виндовс на диске-зеркале. И вот здесь столкнёмся с очередным косяком Microsoft: потеряется запись о загрузке зеркальной системы – того самого пункта меню загрузчика с допиской «вторичный плекс» . Ведь мы форматировали или удаляли маленький раздел загрузчика при установке системы. Оставлять его как есть, не форматировать – ещё опаснее. Вспомним, на динамических дисках возможна загрузка только одной Windows. Если раздел загрузчика не отформатировать, новая система в меню загрузки будет значиться второй и не сможет запуститься. Равно как и не запустится ни первая система, ни её зеркало, ведь первая уже не существует, а её зеркало – это клон несуществующей Windows.

Так что раздел загрузки Windows при её переустановке в обязательном порядке нужно либо форматировать, либо удалять. Как же тогда обеспечить вход в зеркальную Windows? Решение здесь очень простое: нужно пересоздать зеркала системных разделов – удалить их, как рассмотрено в предыдущем пункте, и назначить заново. Диск-зеркало заново синхронизуется с системными разделами, а в меню загрузчика Windows опять появится пункт зеркальной системы с допиской «вторичный плекс».