Настраиваем программный RAID на UEFI-системах в Windows

  • Автор:

softraid-uefi-windows-000.pngПрограммный 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.

softraid-uefi-windows-001.pngWindows 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:

softraid-uefi-windows-002.pngПервым 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.

softraid-uefi-windows-003.pngЗдесь 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
clear

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.

softraid-uefi-windows-004.pngТеперь 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.

softraid-uefi-windows-005.pngПосле чего систему обязательно следует перезагрузить.

Создание программного RAID

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

softraid-uefi-windows-006.png

или утилитой diskpart:

sel disk 0
convert dynamic
sel disk 1
convert dynamic

Затем добавим зеркало к системному диску через графический интерфейс

softraid-uefi-windows-007.pngили 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.

softraid-uefi-windows-008.pngТеперь 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.

softraid-uefi-windows-009.pngНастройка 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

softraid-uefi-windows-010.pngКак 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

softraid-uefi-windows-011.pngВывод 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.

softraid-uefi-windows-012.png

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

softraid-uefi-windows-013.pngОшибка 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.