Установка windows на программный raid

Что делать, если нужно поставить ОС на зеркало, но чипсетного программного RAID нет, а установить дополнительный дополнительный контроллер не позволяет бюджет? В данной статье мы рассмотрим процедуру организации загрузки Windows Server 2019 с программного зеркала, а так же особенности восстановления.

Стоит заранее оговориться, что такая конфигурация хоть и позволяет немного сэкономить на контроллере, повысив отказоустойчивость в сравнении с установкой ОС на одиночный накопитель, но в итоге из-за человеческого фактора может привести к снижению отказоустойчивости из-за роста вероятности допустить ошибку.

В Windows есть два механизма создания программных массивов — на основе динамических дисков и на основе Storage Spaces. При этом только первый из них позволяет зеркалировать раздел с системой. Краткое описание процедуры при загрузке через UEFI:

1. Установить ОС на одиночный диск.
2. Создать на втором диске идентичные разделы.
3. Преобразовать оба диска в динамические.
4. Зазеркалировать системный раздел первого диска на второй диск.
5. Обеспечить возможность загрузки с любого из дисков — настроить дополнительный пункт в загрузочном меню и скопировать конфигурацию бутменеджера, т. е. по сути скопировать содержимое EFI-раздела с первого диска на второй.

Устанавливать будем Windows Server 2019 Standard с GUI, так как всё описанное ниже подходит и для Windows 10.

На пустом диске инсталлятор автоматически создаст дополнительный раздел восстановления размером 500 МБ в начале диска. Нам он не нужен, поэтому после запуска инсталлятора запускаем консоль через Shift-F10, запускаем diskpart, создаём три раздела:

После установки увидим в disk manager’е следующую картину:

DISKPART> sel dis 0

Disk 0 is now the selected disk.

DISKPART> lis par

  Partition ###  Type              Size     Offset
  -------------  ----------------  -------  -------
  Partition 1    System             260 MB  1024 KB
  Partition 2    Reserved            16 MB   261 MB
  Partition 3    Primary             99 GB   277 MB

DISKPART> con gpt

DiskPart successfully converted the selected disk to GPT format.

DISKPART> lis par

  Partition ###  Type              Size     Offset
  -------------  ----------------  -------  -------
  Partition 1    Reserved            15 MB    17 KB
  
DISKPART> sel par 1

Partition 1 is now the selected partition.

DISKPART> delete par override

DiskPart successfully deleted the selected partition.

DISKPART> crea par efi size=260

DiskPart succeeded in creating the specified partition.

DISKPART> crea par msr size=16

DiskPart succeeded in creating the specified partition.

не создавать!: DISKPART> crea par pri

DiskPart succeeded in creating the specified partition.

DISKPART> lis par

  Partition ###  Type              Size     Offset
  -------------  ----------------  -------  -------
  Partition 1    System             260 MB  1024 KB
  Partition 2    Reserved            16 MB   261 MB
* Partition 3    Primary             99 GB   277 MB

DISKPART> sel dis 0

Disk 0 is now the selected disk.

DISKPART> con dyn

DiskPart successfully converted the selected disk to dynamic format.

DISKPART> sel dis 1

Disk 1 is now the selected disk.

DISKPART> con dyn

DiskPart successfully converted the selected disk to dynamic format.

DISKPART> sel vol C

Volume 3 is the selected volume.

DISKPART> add disk=1

DiskPart succeeded in adding a mirror to the volume.

Начнётся процесс синхронизации зеркала:

DISKPART> sel dis 1

Disk 1 is now the selected disk.

DISKPART> lis dis

  Disk ###  Status         Size     Free     Dyn  Gpt
  --------  -------------  -------  -------  ---  ---
  Disk 0    Online          100 GB      0 B   *    *
* Disk 1    Online          100 GB      0 B   *    *

DISKPART> lis par

  Partition ###  Type              Size     Offset
  -------------  ----------------  -------  -------
  Partition 1    System             260 MB  1024 KB
  Partition 4    Dynamic Reserved  1024 KB   261 MB
  Partition 2    Reserved            15 MB   262 MB
  Partition 3    Dynamic Data        99 GB   277 MB
  Partition 5    Dynamic Data      1007 KB    99 GB

DISKPART> sel par 1

Partition 1 is now the selected partition.

DISKPART> assign letter = S

DiskPart successfully assigned the drive letter or mount point.

DISKPART> format fs=FAT32 quick

  100 percent completed

DiskPart successfully formatted the volume.

DISKPART> sel dis 0

Disk 0 is now the selected disk.

DISKPART> lis par

  Partition ###  Type              Size     Offset
  -------------  ----------------  -------  -------
  Partition 1    System             260 MB  1024 KB
  Partition 4    Dynamic Reserved  1024 KB   261 MB
  Partition 2    Reserved            15 MB   262 MB
  Partition 3    Dynamic Data        99 GB   277 MB
  Partition 5    Dynamic Data      1007 KB    99 GB

DISKPART> sel par 1

Partition 1 is now the selected partition.

DISKPART> assign letter=P

DiskPart successfully assigned the drive letter or mount point.

bcdedit /enum

Windows Boot Manager
--------------------
identifier              {bootmgr}
device                  partition=P:
path                    \EFI\Microsoft\Boot\bootmgfw.efi
description             Windows Boot Manager
locale                  en-US
inherit                 {globalsettings}
bootshutdowndisabled    Yes
default                 {current}
resumeobject            {4e02bc8d-f967-11eb-bb60-dc5f81ee32a9}
displayorder            {current}
                        {4e02bc92-f967-11eb-bb60-dc5f81ee32a9}
toolsdisplayorder       {memdiag}
timeout                 30

Windows Boot Loader
-------------------
identifier              {current}
device                  partition=C:
path                    \Windows\system32\winload.efi
description             Windows Server
locale                  en-US
inherit                 {bootloadersettings}
recoverysequence        {4e02bc8f-f967-11eb-bb60-dc5f81ee32a9}
displaymessageoverride  Recovery
recoveryenabled         Yes
isolatedcontext         Yes
allowedinmemorysettings 0x15000075
osdevice                partition=C:
systemroot              \Windows
resumeobject            {4e02bc8d-f967-11eb-bb60-dc5f81ee32a9}
nx                      OptOut

Windows Boot Loader
-------------------
identifier              {4e02bc92-f967-11eb-bb60-dc5f81ee32a9}
device                  partition=C:
path                    \Windows\system32\winload.efi
description             Windows Server - secondary plex
locale                  en-US
inherit                 {bootloadersettings}
recoverysequence        {4e02bc8f-f967-11eb-bb60-dc5f81ee32a9}
displaymessageoverride  Recovery
recoveryenabled         Yes
isolatedcontext         Yes
allowedinmemorysettings 0x15000075
osdevice                partition=C:
systemroot              \Windows
resumeobject            {4e02bc8d-f967-11eb-bb60-dc5f81ee32a9}
nx                      OptOut

bcdedit /copy {bootmgr} /d "Windows Boot Manager Cloned"
The entry was successfully copied to {4e02bc94-f967-11eb-bb60-dc5f81ee32a9}.

bcdedit /set {4e02bc94-f967-11eb-bb60-dc5f81ee32a9} device partition=s:

P:
bcdedit /export P:\EFI\Microsoft\Boot\BCD2
robocopy p:\ s:\ /e /r:0
Rename s:\EFI\Microsoft\Boot\BCD2 BCD
Del P:\EFI\Microsoft\Boot\BCD2

Перезагрузимся и заглянем в BIOS:

Помимо основного пункта (Windows Boot Manager), созданного при установке ОС, у нас теперь появился пункт Windows Boot Manager Cloned для загрузки со второго диска.

Временное отключение одного из дисков

Проверим конфигурацию в действии, отключив диск 0. Пункт Windows Boot Manager ничего не загрузит, воспользуемся Windows Boot Manager Cloned (или запустим boot manager через EFI Shell). Boot manager отобразит те же два пункта с загрузчиками. Первый запустить не получится, используем второй — Windows Server — secondary plex.

ОС загружается. Диск 1 теперь стал диском 0, система сообщает о потере отказоустойчивости на зеркальном томе сообщает и о потере соответствующего диска.

Допустим, что диск исправен, его просто случайно отключили, а потом вставили обратно. Тут нас подстерегает первая опасность — нужно помнить про то, что состояние системы при загрузке с этого диска будет неактуальным и выбрать пункт «Windows Server — secondary plex». После загрузки ОС мы увидим, что зеркало развалилось:

sel vol C
add disk=0

Замена диска на новый

Другой, более вероятный сценарий — первый диск вышел из строя, и мы заменили его на новый. В этом случае нужно повторить процедуру, выполненную после установки системы. Добавляется два нюанса:

Желательно иметь под рукой размеры разделов до преобразования дисков в динамические, чтобы не пришлось вычислять заново правильный размер раздела MSR.

bcdedit /enum

Windows Boot Manager
--------------------
identifier              {bootmgr}
device                  unknown
path                    \EFI\Microsoft\Boot\bootmgfw.efi
description             Windows Boot Manager
locale                  en-US
inherit                 {globalsettings}
bootshutdowndisabled    Yes
default                 {default}
resumeobject            {4e02bc8d-f967-11eb-bb60-dc5f81ee32a9}
displayorder            {default}
                        {current}
                        {3df44507-f920-11eb-9dd3-080027bb0bb1}
toolsdisplayorder       {memdiag}
timeout                 30

Windows Boot Loader
-------------------
identifier              {default}
device                  unknown
path                    \Windows\system32\winload.efi
description             Windows Server
locale                  en-US
inherit                 {bootloadersettings}
recoverysequence        {4e02bc8f-f967-11eb-bb60-dc5f81ee32a9}
displaymessageoverride  Recovery
recoveryenabled         Yes
isolatedcontext         Yes
allowedinmemorysettings 0x15000075
osdevice                unknown
systemroot              \Windows
resumeobject            {4e02bc8d-f967-11eb-bb60-dc5f81ee32a9}
nx                      OptOut

Windows Boot Loader
-------------------
identifier              {current}
device                  partition=C:
path                    \Windows\system32\winload.efi
description             Windows Server - secondary plex
locale                  en-US
inherit                 {bootloadersettings}
recoverysequence        {4e02bc8f-f967-11eb-bb60-dc5f81ee32a9}
displaymessageoverride  Recovery
recoveryenabled         Yes
isolatedcontext         Yes
allowedinmemorysettings 0x15000075
osdevice                partition=C:
systemroot              \Windows
resumeobject            {4e02bc8d-f967-11eb-bb60-dc5f81ee32a9}
nx                      OptOut

Windows Boot Loader
-------------------
identifier              {3df44507-f920-11eb-9dd3-080027bb0bb1}
device                  partition=C:
path                    \Windows\system32\winload.efi
description             Windows Server - secondary plex - secondary plex
locale                  en-US
inherit                 {bootloadersettings}
recoverysequence        {4e02bc8f-f967-11eb-bb60-dc5f81ee32a9}
displaymessageoverride  Recovery
recoveryenabled         Yes
isolatedcontext         Yes
allowedinmemorysettings 0x15000075
osdevice                partition=C:
systemroot              \Windows
resumeobject            {4e02bc8d-f967-11eb-bb60-dc5f81ee32a9}
nx                      OptOut
The system cannot find the file specified.

**********
bcdedit /delete {default}
bcdedit /set {bootmgr} device partition=p:

Затем можно продолжить процедуру — скопировать раздел EFI.

Заключение

Механизм загрузки Windows с программного зеркала достаточно хорошо отработан. Практически он не менялся со времён выхода Windows Server 2008. Как видите, поддержание работоспособности требует большего количества действий и понимания работы загрузчика — на любом этапе можно ошибиться и потерять если не данные, то ценное время.

Следующая статья будет посвящена установке и настройке Linux на программном RAID-1.

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.

Научиться настраивать MikroTik с нуля или систематизировать уже имеющиеся знания можно на углубленном курсе по администрированию MikroTik. Автор курса, сертифицированный тренер MikroTik Дмитрий Скоромнов, лично проверяет лабораторные работы и контролирует прогресс каждого своего студента. В три раза больше информации, чем в вендорской программе MTCNA, более 20 часов практики и доступ навсегда.

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:

diskpart
sel disk 0
list par

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:

sel disk 1
clean

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:

 convert gpt

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

sel par 1
delete part override

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:

sel disk 1
create partition primary size=499
format quick fs=ntfs

Затем зададим ему нужные GPT-атрибуты:

set id=de94bba4-06d1-4d40-a16a-bfd50179d6ac
gpt attributes=0x8000000000000001

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:

create partition efi size=99
format quick fs=fat32

И раздел MSR:

create partition msr size=16

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:

sel disk 0
convert dynamic
sel disk 1
convert dynamic

Затем добавим зеркало к системному диску через графический интерфейс

или с помощью diskpart:

sel vol c
add disk 1

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:

sel disk 0
list par

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

sel par 2
assign letter=P

Повторим аналогичные манипуляции со вторым диском:

sel disk 1
sel par 2
assign letter=S

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

P:
cd EFI\Microsoft\Boot

Для просмотра текущих точек загрузки выполните:

bcdedit /enum

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:

bcdedit /copy {bootmgr} /d "Windows Boot Manager 2"

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

bcdedit /set {bb040826-aa5e-lle9-8e9e-8efd93e43841} device partition=s:

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

После чего экспортируем BCD-хранилище загрузчика:

bcdedit /export P:\EFI\Microsoft\Boot\BCD2

И скопируем содержимое EFI-раздела на второй диск:

robocopy P:\ S:\ /E /R:0

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:

rename S:\EFI\Microsoft\Boot\BCD2 BCD

и удалим ее с первого:

del P:\EFI\Microsoft\Boot\BCD2

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

sel vol p
remove
sel vol s
remove

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.

Научиться настраивать MikroTik с нуля или систематизировать уже имеющиеся знания можно на углубленном курсе по администрированию MikroTik. Автор курса, сертифицированный тренер MikroTik Дмитрий Скоромнов, лично проверяет лабораторные работы и контролирует прогресс каждого своего студента. В три раза больше информации, чем в вендорской программе MTCNA, более 20 часов практики и доступ навсегда.

Created on March 27, 2017.

Last commit e81697c5 on December 15, 2017 — 9 total changes.