Cómo redimensionar particiones RAID1 de software con LVM (Reducir y Ampliar)

1 Nota preliminar

Hace unos días detecté que uno de mis servidores tenía un arreglo RAID1 degradado (/dev/md1, formado por /dev/sda5 y /dev/sdb5; /dev/sda5 había fallado, /dev/sdb5 todavía estaba activo). El motivo fue que durante la resincornización apareció un error I/O en sectores finales de /dev/sdb5.

Salida de ejemplo de /proc/mdstat:

server1:~# cat /proc/mdstat
Personalities : [raid1]
md1 : active raid1 sdb5[1]
4988032 blocks [2/1] [_U]

md0 : active raid1 sda1[0] sdb1[1]
248896 blocks [2/2] [UU]

unused devices: 
server1:~#

Registro de kernel que mostró errores I/O:

Nov 22 18:51:06 server1 kernel: sdb: Current: sense key: Aborted Command
Nov 22 18:51:06 server1 kernel: end_request: I/O error, dev sdb, sector 1465142856

En el peor de los casos, un disco está muerto y el otro está fallando. La idea fue: reducir /dev/md1 para excluir los sectores dañados al final de /dev/sdb5, añadir la partición del disco reemplazado, dejar que termine la sincronización, retirar la partición defectuosa y volver a expandir el conjunto RAID.

Este artículo describe tanto el procedimiento para un arreglo íntegro como para uno degradado. He probado esto con volúmenes lógicos que usan ext3/ext4. No garantizo que funcione en todos los entornos: siempre haga copias de seguridad y pruebe en un sistema no productivo primero.

Nota terminológica (1 línea): RAID1 = espejo; LVM = gestor de volúmenes lógicos; PV = volumen físico; VG = grupo de volúmenes; LV = volumen lógico.

Important: Si vas a redimensionar la partición raíz (/) necesitarás arrancar desde un sistema de rescate (por ejemplo, una Live-CD como Knoppix) y asegurarte de que los LV estén desmontados.

2 Estado inicial del sistema de ejemplo

Salida de ejemplo: uso de disco y LVM en el sistema origen usado para esta guía.

server1:~# df -h
Filesystem            Size  Used Avail Use% Mounted on
/dev/mapper/server1-root
4.5G  741M  3.5G  18% /
tmpfs                 126M     0  126M   0% /lib/init/rw
udev                    10M   68K   10M   1% /dev
tmpfs                 126M     0  126M   0% /dev/shm
/dev/md0              236M   18M  206M   8% /boot
server1:~#

server1:~# pvdisplay
--- Physical volume ---
PV Name               /dev/md1
VG Name               server1
PV Size               4.75 GB / not usable 0
Allocatable           yes (but full)
PE Size (KByte)       4096
Total PE              1217
Free PE               0
Allocated PE          1217
PV UUID               Ntrsmz-m0o1-WAPD-xhsb-YpH7-0okm-qfdBQG
server1:~#

server1:~# vgdisplay
--- Volume group ---
VG Name               server1
Format                lvm2
Metadata Areas        1
VG Size               4.75 GB
PE Size               4.00 MB
Total PE              1217
Alloc PE / Size       1217 / 4.75 GB
Free  PE / Size       0 / 0
server1:~#

server1:~# lvdisplay
--- Logical volume ---
LV Name               /dev/server1/root
VG Name               server1
LV Size               4.50 GB
--- Logical volume ---
LV Name               /dev/server1/swap_1
LV Size               264.00 MB
server1:~#

Fact box: claves observables

• Tamaño del arreglo /dev/md1 en el ejemplo: 5 GB (4988032 bloques en /proc/mdstat).
• Tamaño del PV antes del cambio: 4.75 GB.
• PE Size (LVM): 4 MB.
• El comando mdadm –grow requiere tamaño en KiBytes y que sea divisible por 64 en este ejemplo.

3 Pasos previos y comprobaciones

1. Arranca un sistema de rescate si vas a redimensionar la partición raíz.
2. Carga módulos necesarios:

modprobe md
modprobe linear
modprobe multipath
modprobe raid0
modprobe raid1
modprobe raid5
modprobe raid6
modprobe raid10

3. Reconstruye / detecta arreglos y actualiza mdadm.conf:

cp /etc/mdadm/mdadm.conf /etc/mdadm/mdadm.conf_orig
mdadm --examine --scan >> /etc/mdadm/mdadm.conf
mdadm -A --scan

4. Inicia LVM:

/etc/init.d/lvm start

5. Antes de cualquier cambio, comprueba el sistema de archivos y la integridad del LV que vas a modificar:

e2fsck -f /dev/server1/root

6. Identifica la ubicación de los LV dentro del PV y su orden: si vas a reducir el PV, el LV que esté al final deberá moverse o eliminarse.

Important: No continues si no entiendes cómo están colocados los LVs en el PV. Mover LVs o eliminarlos sin copia puede provocar pérdida de datos.

4 Reducción de un arreglo íntegro (procedimiento paso a paso)

Escenario objetivo: reducir /dev/md1 de 5 GB a 4 GB.

Resumen de la estrategia: reducir primero el sistema de archivos dentro del LV, luego reducir el LV, ajustar el PV a un tamaño menor, y finalmente reducir el MD (RAID). Después devolver espacio al PV y al LV si es necesario.

Pasos detallados:

1. Ejecuta e2fsck en el LV:

e2fsck -f /dev/server1/root

2. Reduce el sistema de archivos del LV a un tamaño seguro (ej. 2G en el ejemplo). Asegúrate de que quepa todo lo que hay en el LV.

resize2fs /dev/server1/root 2G

Explicación: resize2fs reduce el sistema de archivos ext3/ext4. El tamaño final del FS debe ser <= tamaño del LV.

3. Reduce el LV a un tamaño ligeramente mayor que el FS (ej. 2.5G):

lvreduce -L2.5G /dev/server1/root

4. Si el LV swap está al final del PV y bloquea el espacio, elimínalo temporalmente (o mueve los LVs si prefieres):

lvremove /dev/server1/swap_1

Nota: solo elimina swap si puedes recrearlo después y si no es crítico en ese momento. Alternativamente, mueve datos con pvmove.

5. Reduce el PV al tamaño deseado (3G en el ejemplo) usando pvresize –setphysicalvolumesize:

pvresize --setphysicalvolumesize 3G /dev/md1

6. Reduce el arreglo RAID al nuevo tamaño. mdadm requiere el valor en Kibibytes y que sea divisible por 64. Para 4 GiB: 4 1024 1024 = 4194304

mdadm --grow /dev/md1 --size=4194304

7. Ajusta el PV para usar el nuevo máximo disponible (si quieres expandir hasta el máximo disponible):

pvresize /dev/md1

8. Reconstruye el LV swap si lo habías eliminado:

lvcreate --name swap_1 -l 66 server1
mkswap /dev/server1/swap_1

9. Extiende de nuevo el LV raíz para usar el espacio libre del VG:

lvextend -l +317 /dev/server1/root
resize2fs /dev/server1/root

10. Ejecuta e2fsck final:

e2fsck -f /dev/server1/root

11. Reinicia al sistema normal y comprueba que /dev/md1 tenga el nuevo tamaño:

cat /proc/mdstat
pvdisplay
vgdisplay
lvdisplay

Resultado esperado: /dev/md1 reportando ~4.00 GB y LVs ajustados.

Notes: Si el sistema no es raíz y los LVs están desmontados, podrías hacer muchas operaciones en caliente, pero la reducción del FS requiere que el FS esté desmontado o que el LV esté inactivo.

5 Procedimiento para un arreglo degradado (flujo recomendado)

Escenario: uno de los miembros del RAID está defectuoso o muestra errores en sectores. Objetivo: excluir los sectores defectuosos y reconstruir el arreglo usando el disco nuevo.

Estrategia general:

• Identificar los sectores defectuosos y determinar cuánto espacio final del dispositivo es inseguro.
• Reducir el tamaño del arreglo para excluir los sectores defectuosos (si están al final) o reemplazar la unidad si no es posible excluirlos.
• Añadir la partición correspondiente del disco nuevo y dejar que la resync termine.

Pasos sugeridos:

1. Identifica las fallas en dmesg / syslog para localizar el offset aproximado del fallo (sectores). No uses valores exactos sin entender la geometría.

2. Si los errores están al final del dispositivo y existe suficiente espacio seguro, determina nuevo tamaño objetivo del arreglo y redúcelo como en la sección anterior mediante mdadm –grow –size. Asegúrate que el valor final sea divisible por 64.

3. Añade la partición del disco reemplazado al arreglo:

mdadm --add /dev/md1 /dev/sda5

4. Supervisa la resynchronización:

watch -n 5 cat /proc/mdstat

5. Una vez completada la resync, marca el dispositivo defectuoso como removido y reemplázalo físicamente. Luego crea particiones equivalentes en el nuevo disco y añádelas al arreglo:

mdadm --fail /dev/md1 /dev/sdb5
mdadm --remove /dev/md1 /dev/sdb5
# crear /dev/sdb5 en el nuevo disco (fdisk/parted) y luego:
mdadm --add /dev/md1 /dev/sdb5

6. Si en lugar de excluir sectores quieres clonar y migrar LVM a otro PV, considera pvmove para migrar LVs a otro dispositivo disponible antes de tocar el MD.

Warnings: Si el disco defectuoso tiene errores intermitentes, la resync puede fallar. En esos casos, reemplaza físicamente ese disco y reconstruye desde el espejo sano.

6 Riesgos y mitigaciones

Riesgos principales:

• Reducción de un FS a un tamaño menor que sus datos: pérdida de datos.
• Error durante resync con discos que presentan sectores defectuosos: resync incompleta.
• Error humano al indicar tamaños o dispositivos incorrectos.

Mitigaciones:

• Hacer copia de seguridad completa antes de comenzar.
• Verificar múltiples veces nombres de dispositivos (usar blkid, lsblk, fdisk -l).
• Probar el procedimiento en un entorno no productivo.
• En operaciones críticas, tomar una imagen del disco (ddrescue) si sospechas sectores defectuosos.

7 Enfoques alternativos

• pvmove + migración: en lugar de reducir PV/PVresize, si tienes otro disco disponible puedes crear un nuevo PV en el disco de reemplazo, usar pvmove para migrar LVs y luego reconfigurar el arreglo RAID.
• Re-sincronización completa: si los sectores defectuosos están esporádicos, reemplazar el disco defectuoso inmediatamente y reconstruir desde cero.
• Uso de LVM sobre RAID vs RAID sobre LVM: evaluar diseño. En algunos casos es preferible RAID bajo LVM (como el escenario aquí); en otros, LVM sobre RAID ofrece flexibilidad distinta.

8 Modelo mental y heurística

• Piensa en capas: Dispositivo físico -> md (RAID) -> PV -> VG -> LV -> FS. Siempre ajusta de arriba abajo: primero FS, luego LV, luego PV, luego MD cuando reduces; y en el orden inverso cuando expandes.
• Regla de oro: nunca reduces el LV por debajo del tamaño del FS.
• Verifica consistencia tras cada cambio (vgdisplay, pvdisplay, lvdisplay, cat /proc/mdstat, e2fsck).

9 Lista de verificación por rol

Administrador de sistemas (antes de empezar):

• Copia de seguridad reciente confirmada.
• Acceso a consola física o KVM.
• Live-CD/entorno de rescate disponible.
• Documentación de particionado original y mdadm.conf.

Técnico de almacenamiento (durante la operación):

• Confirmar dispositivos con lsblk, blkid, mdadm –detail.
• Ejecutar e2fsck antes de reducir FS.
• Monitorizar /proc/mdstat durante resync.
• Registrar timestamps y outputs críticos.

Operador de cambio (post-operación):

• Comprobar logs de kernel por I/O errors.
• Verificar fstab y UUIDs si se recrearon LVs.
• Monitorizar rendimiento y estabilidad 24–48 horas.

10 Playbook (SOP) condensado

1. Planificar ventana de mantenimiento.
2. Hacer backup y snapshot si procede.
3. Arrancar Live-CD si el FS raíz se va a tocar.
4. Cargar módulos md y levantar arreglos.
5. e2fsck en los FS a modificar.
6. resize2fs (reduce FS) -> lvreduce -> pvresize (setphysicalvolumesize) -> mdadm –grow –size.
7. pvresize para ajustar PV a nuevo md.
8. lvcreate/mkswap si recreaste swap.
9. lvextend + resize2fs si quieres recuperar espacio.
10. e2fsck final y reinicio.
11. Validación: mdstat, vgdisplay, lvdisplay, pvdisplay, df -h.

11 Criterios de aceptación

• /dev/md1 reporta el tamaño esperado en /proc/mdstat.
• vgdisplay y pvdisplay muestran el PV/VG con los tamaños esperados.
• lvdisplay muestra LVs en estado “available” y tamaños correctos.
• Los sistemas de archivos pasan e2fsck -f sin errores.
• Si se reemplazó un disco: resync completado y estado [UU] en mdstat.

12 Casos de prueba y aceptación

• Caso 1: Reducción en entorno de prueba. Validar que el FS no pierde datos tras reducir de 4.5G a 3.7G.
• Caso 2: Arreglo degradado con sectores finales dañados. Reducir dejando fuera esos sectores y reconstruir con disco nuevo.
• Caso 3: Error durante mdadm –grow; comprobar rollback (revertir cambios solo si tienes snapshot/backup).

Criterios de éxito: integridad de datos verificada y sistema arrancando en modo normal.

13 Runbook de incidente y rollback

Si la operación falla o detectas corrupción:

1. Detener y documentar: no reiniciar innecesariamente.
2. Restaurar desde copia de seguridad completa (si existe) o desde snapshot.
3. Si solo hay un LV afectado, intenta p2v (si procede) o montar el LV en modo “ro” en otro host para extraer datos.
4. Si el MD está en mal estado y hay sectores defectuosos, reemplaza la unidad y reconstruye desde el espejo sano.

Importante: Tener imágenes ddrescue puede permitir recuperar estructura LVM y datos parciales.

14 Mini-glosario (1 línea por término)

• RAID1: espejo de discos.
• mdadm: herramienta para gestionar arreglos RAID por software en Linux.
• LVM: gestor de volúmenes lógicos (PV, VG, LV).
• pvresize: ajusta el tamaño del PV.
• mdadm –grow: cambia el tamaño/parametrización de un MD existente.

15 Buenas prácticas y notas finales

• Mantén mdadm.conf actualizado.
• Usa etiquetas y UUIDs en fstab para evitar confusiones si cambian los dispositivos.
• Revisa SMART periódicamente para detectar discos con sectores en remapeo.
• Practica estos procedimientos en entornos no productivos antes de aplicarlos en producción.

Resumen: Reducir y ampliar arreglos RAID con LVM requiere trabajar con cuidado en la secuencia FS -> LV -> PV -> MD y viceversa. Con planificación, backups y monitorización podrás excluir sectores defectuosos, reemplazar discos y recuperar un arreglo sano.

Fin del artículo.