RAID
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Redundant Array of Independent Disks, Conjunto Redundante de Discos Independentes ou mais conhecido como simplesmente RAID, é um meio de se criar uma unidade virtual composta por vários discos individuais, com a finalidade de duplicação (redundância, recuperação de falhas) ou balanceamento (operações I/O em paralelo).
A primeira idéia de RAID foi desenvolvida pela IBM em 1978, para melhorar a confiabilidade e segurança de sistemas através de redundância.
Popularmente, RAID seria dois ou mais discos (por exemplo, HD ou disco rígido) trabalhando simultaneamente para um mesmo fim, por exemplo, citando o exemplo de RAID-1 logo abaixo, serviria como um espelhamento simples, rápido e confiável entre dois discos, para fazer o backup de um disco em outro.
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[editar] História
O RAID foi proposto em 1988 por David A. Patterson, Garth A. Gibson e Randy H. Katz na publicação "Um Caso para Conjuntos de Discos Redundantes Econômicos (RAID)". Publicado na Conferência SIGMOD de 1988: pág. 109–116. Foi um trabalho que gerou a indústria dos conjuntos de disco redundantes.
[editar] Vantagens
- Ganho de desempenho no acesso.
- Redundância em caso de falha em um dos discos.
- Uso múltiplo de várias unidades de discos.
- Facilidade em recuperação de conteúdo perdido.
[editar] Arquiteturas
[editar] Via software
RAID via software é feita por software, como o kernel do sistema operacional ou usando um aplicativo que gere esta configuração.
[editar] Via hardware
RAID via hardware é feito por um dispositivo que conecta um disco ao outro. Essa conexão é feita por um cabo ou uma placa controladora. O hardware necessário para controlar um RAID necessita de processadores internos especializados para esse fim e de memória cache.
[editar] Comparação entre as arquiteturas
Ao compararmos RAIDs por software e por hardware é possível perceber que os implementados através de software são mais flexíveis que os via hardware. Por outro lado, os primeiros demandam vários ciclos e maior necessidade de capacidade de CPU. Nos RAID´s via hardware, as controladoras executam este tipo de tarefa, elas são desenvolvidas para este fim.
Comparando os dispositivos de blocos, os softwares também são flexíveis podendo ser usados em discos inteiros, partições ou outro dispositivo de bloco. E por hardware, o grupo engloba todas as unidades de disco em um único arranjo.
As vantagens de usar um RAID via hardware são as altas taxas de transferência que a memória cache oferece, uma vez que o acesso e transferências são geridas por hardware, não sendo necessária a intervenção do CPU do sistema.
[editar] Níveis de RAID
Níveis de RAID são as várias maneiras de combinar discos para um fim.
[editar] RAID 0
O sistema RAID 0 consiste em um conjunto de dois ou mais discos rígidos com dois objetivos básicos: tornar o sistema de disco mais rápido (isto é, acelerar o carregamento de dados do disco), através de uma técnica chamada divisão de dados (data stripping ou RAID 0) e/ou tornar o sistema de disco mais seguro, através de uma técnica chamada espelhamento (mirroring ou RAID 1). Essas duas técnicas podem ser usadas isoladamente ou em conjunto.
[editar] RAID 0 Linear
É uma simples concatenação de partições para criar uma grande partição virtual. Isto é possível se existirem várias unidades pequenas, com as quais o administrador pode criar uma única e grande partição. Esta concatenação não oferece redundância, e de facto diminui a confiabilidade total: se qualquer um dos discos falhar, a partição combinada falha.
[editar] RAID 0 Stripping
Os dados são subdivididos em segmentos consecutivos (stripes) que são escritos sequencialmente através de cada um dos discos de um array. Cada segmento tem um tamanho definido em blocos. O stripping oferece um melhor desempenho, quando comparado a um disco individual, se o tamanho de cada segmento for ajustado de acordo com a aplicação que utilizará o array.
No caso da aplicação armazenar pequenos registros de dados, então um segmento de tamanho grande é preferencial. Se o tamanho de segmento para um disco é grande o suficiente para conter um registo inteiro, os discos do array podem responder independentemente para as requisições simultâneas de dados. Caso contrário, se a aplicação armazenar grandes registos de dados, os segmentos de pequeno tamanho são os mais apropriados. Se um determinado registo de dados está armazenado em vários discos do array, o conteúdo do registo pode ser lido em paralelo, aumentando o desempenho total do sistema.
Cabe ressaltar alguns pontos negativos desta implementação no que tange confiabilidade e desempenho. RAID 0 não terá o desempenho desejado com sistemas operacionais que não oferecem suporte de busca combinada de setores. Os resultados serão corretos porém não haverá paralelismo e nenhum ganho de desempenho. Outra desvantagem desta organização é que a confiança se torna potencialmente pior. Um disco SLED com um tempo médio de vida de 20.000 horas será 4 vezes mais seguro do que 4 discos funcionando em paralelo com RAID 0 (Admitindo-se que a capacidade de armazenamento somada dos quatro discos for igual ao do disco SLED). Como não existe redundância, não há muita confiabilidade neste tipo de organização.
[editar] RAID 1
RAID 1 é o nível de RAID que implementa o espelhamento de disco, também conhecido como mirror. Para esta implementação são necessários no mínimo dois discos. O funcionamento deste nível é simples: todos os dados são gravados em dois discos diferentes; se um disco falhar ou for removido, os dados preservados no outro disco permitem a não descontinuidade da operação do sistema.
Apesar de muitas implementações de RAID 1 envolverem dois grupos de dados (daí o termo espelho ou mirror), três ou mais grupos podem ser criados se a alta confiabilidade for desejada. O RAID 1 é o que oferece maior segurança, pois toda informação é guardada simultaneamente em dois ou mais discos. Se ocorrer uma falha num dos discos do array, o sistema pode continuar a trabalhar sem interrupções, utilizando o disco que ficou operacional. Os dados então são reconstruídos num disco de reposição (spare disk) usando dados do(s) disco(s) sobrevivente(s). O processo de reconstrução do espelho tem algum impacto sobre o desempenho de I/O do array, pois todos os dados terão de ser lidos e copiados do(s) disco(s) intacto(s) para o disco de reposição.
Com o RAID 1 consegue-se duplicar o desempenho na leitura de informação, pois as operações de leitura podem ser repartidas pelos dois discos.
RAID 1 oferece alta disponibilidade de dados, porque no mínimo dois grupos completos são armazenados. Conectando os discos primários e os discos espelhados em controladoras separadas, pode-se aumentar a tolerância a falhas pela eliminação da controladora como ponto único de falha. Entre os não-híbridos, este nível tem o maior custo de armazenamento pois estaremos a utilizar dois discos para a mesma informação. Este nível adapta-se melhor em pequenas bases de dados ou sistemas de pequena escala que necessitem confiabilidade.
[editar] RAID 2
Raramente são usados, e em algum momento ficaram obsoletos pelas novas tecnologias de disco. RAID 2 é similar ao RAID 4, mas armazena informação ECC (Error Correcting Code), que é a informação de controle de erros, no lugar da paridade. Este facto possibilitou uma pequena protecção adicional, visto que todas as unidades de disco mais novas incorporaram ECC internamente. RAID 2 origina uma maior consistência dos dados se houver queda de energia durante a escrita. Baterias de segurança e um encerramento correcto podem oferecer os mesmos benefícios.
[editar] RAID 3
RAID 3 é similar ao RAID 4, excepto pelo facto de que ele usa o menor tamanho possível para o stripe. Como resultado, qualquer pedido de leitura invocará todos os discos, tornando as requisições de sobreposição de I/O difíceis ou impossíveis.
A fim de evitar o atraso em razão da latência rotacional, o RAID 3 exige que todos os eixos das unidades de disco estejam sincronizados. A maioria das unidades de disco mais recentes não possuem a opção de sincronização do eixo, ou se são capazes disto, faltam os conectores necessários, cabos e documentação do fabricante.
[editar] RAID 4
Funciona com três ou mais discos iguais. Um dos discos guarda a paridade (uma forma de soma de segurança) da informação contida nos discos. Se algum dos discos avariar, a paridade pode ser imediatamente utilizada para reconstituir o seu conteúdo. Os discos restantes, usados para armazenar dados, são configurados para usarem segmentos suficientemente grandes (tamanho medido em blocos) para acomodar um registo inteiro. Isto permite leituras independentes da informação armazenada, fazendo do RAID 4 um array perfeitamente ajustado para ambientes transaccionais que requerem muitas leituras pequenas e simultâneas.
O RAID 4 assim como outros RAID's, cuja característica é utilizarem paridade, usam um processo de recuperação de dados mais envolvente que arrays espelhados, como RAID 1. Este nível também é útil para criar discos virtuais de grande dimensão, pois consegue somar o espaço total oferecido por todos os discos, exceto o disco de paridade. O desempenho oferecido é razoável nas operações de leitura, pois podem ser utilizados todos os discos em simultâneo.
Sempre que os dados são escritos no array, as informações são lidas do disco de paridade e um novo dado sobre paridade deve ser escrito para o respectivo disco antes da próxima requisição de escrita ser realizada. Por causa dessas duas operações de I/O, o disco de paridade é o factor limitante do desempenho total do array. Devido ao facto do disco requerer somente um disco adicional para protecção de dados, este RAID é mais acessível em termos monetários que a implementação do RAID 1.
[editar] RAID 5
O RAID 5 é frequentemente usado e funciona similarmente ao RAID 4, mas supera alguns dos problemas mais comuns sofridos por esse tipo. As informações sobre paridade para os dados do array são distribuídas ao longo de todos os discos do array , ao invés de serem armazenadas num disco dedicado, oferecendo assim mais desempenho que o RAID 4, e, simultaneamente, tolerância a falhas.
Para aumentar o desempenho de leitura de um array RAID 5, o tamanho de cada segmento em que os dados são divididos pode ser optimizado para o array que estiver a ser utilizado. O desempenho geral de um array RAID 5 é equivalente ao de um RAID 4, excepto no caso de leituras sequenciais, que reduzem a eficiência dos algoritmos de leitura por causa da distribuição das informações sobre paridade. A informação sobre paridade ao ser distribuída ao longo de todos os discos, havendo a perda de um, reduz a disponibilidade de ambos os dados e da informação sobre paridade, até à recuperação do disco que falhou. Isto pode causar degradação do desempenho de leitura e de escrita..
[editar] RAID 0+1
O RAID 0 + 1 é uma combinação dos níveis 0 (Striping) e 1 (Mirroring), onde os dados são divididos entre os discos para melhorar o rendimento, mas também utilizam outros discos para duplicar as informações. Assim, é possível utilizar o bom rendimento do nível 0 com a redundância do nível 1. No entanto, é necessário pelo menos 4 discos para montar um RAID desse tipo. Tais características fazem do RAID 0 + 1 o mais rápido e seguro, porém o mais caro de ser implantado..
[editar] RAID 10
Este modo pode ser usado apenas se tiver 4 discos rígidos. Os dois primeiros funcionarão em Striping, dobrando o desempenho, enquanto os outros dois armazenarão uma imagem dos dois primeiros, assegurando a segurança. Este modo é na verdade uma combinação dos dois primeiros 0.1
[editar] RAID 50
É um arranjo híbrido que usa as técnicas de RAID com paridade em conjunção com a segmentação de dados. Um arranjo RAID-50 é essencialmente um arranjo com as informações segmentadas através de dois ou mais arranjos. Veja o esquema representativo abaixo:
RAID 0
/-----------------------------------------------------\
| | |
RAID 5 RAID 5 RAID 5
/-----------------\ /-----------------\ /-----------------\
| | | | | | | | |
120 GB 120 GB 120 GB 120 GB 120 GB 120 GB 120 GB 120 GB 120 GB
A1 A2 Ap A3 A4 Ap A5 A6 Ap
B1 Bp B2 B3 Bp B4 B5 Bp B6
Cp C1 C2 Cp C3 C4 Cp C5 C6
D1 D2 Dp D3 D4 Dp D5 D6 Dp
[editar] Ver também
[editar] Ligações externas
- ((en)) AC&NC - RAID.edu
- ((en)) Como usar RAID em Linux
