Visão geral do RAID

    Um sistema RAID consiste em duas ou mais unidades operando em paralelo, que podem ser discos rígidos ou SSDs (unidades de estado sólido). O RAID pode ser classificado em SoftRAID e HardRAID. No SoftRAID, a arquitetura da memória é gerenciada pelo sistema operacional. No HardRAID, há um controlador e um processador dedicados dentro do disco para gerenciar a memória.

Níveis de RAID

Os níveis de RAID incluem os níveis básicos de RAID (0, 1, 5 e 6) e os níveis de RAID em faixas (10, 50 e 60). As matrizes RAID em faixas combinam duas ou mais matrizes RAID básicas para oferecer maior desempenho, capacidade e disponibilidade, superando o número máximo de unidades suportadas por cada matriz em um controlador RAID específico.

RAID 0

O RAID 0 baseia-se no striping de dados, em que o fluxo de dados é dividido em vários segmentos ou blocos, com cada bloco armazenado em um disco diferente. Portanto, quando o sistema precisa ler os dados, ele pode ler simultaneamente os dados de todos os discos e combiná-los para reconstruir todo o fluxo de dados. A vantagem dessa abordagem é que as operações de leitura/gravação são significativamente mais rápidas, o que a torna ideal para cenários em que o desempenho tem prioridade sobre outras considerações. Além disso, a capacidade total do volume inteiro é a soma das capacidades de todos os discos individuais.

O que é striping? Os dados são divididos em vários discos e distribuídos uniformemente em todos eles, eliminando qualquer sobrecarga em um único disco. Os dados podem ser recuperados de vários discos simultaneamente, melhorando a velocidade e o desempenho.

Vantagens

- Os dados são distribuídos em várias unidades

- O espaço em disco é totalmente utilizado

- São necessárias pelo menos 2 unidades

- Alto desempenho

Desvantagens

- Não suporta redundância de dados

- Não oferece suporte à tolerância a falhas

- Nenhum mecanismo de detecção de erros

- A falha de um único disco resulta em perda total de dados na matriz correspondente

RAID 1

O RAID 1 usa o conceito de espelhamento de dados, em que os dados são espelhados ou clonados em um conjunto de discos idênticos para que, se um disco falhar, outro possa ser usado. Ele também melhora o desempenho da leitura porque diferentes blocos de dados podem ser acessados simultaneamente de todos os discos.

Entretanto, diferentemente do RAID 0, o desempenho de gravação é reduzido porque todas as unidades precisam ser atualizadas sempre que novos dados são gravados. Outra desvantagem é o desperdício de espaço na replicação de dados, o que aumenta os custos de armazenamento.

O que é espelhamento de dados? O espelhamento de dados em vários discos significa que as cópias dos dados são armazenadas em diferentes dispositivos de armazenamento, o que também aumenta a redundância e o desempenho.

O RAID 1 é o RAID mais comumente usado, projetado para aumentar a segurança dos dados armazenados. Por exemplo, se um arquivo for gravado e salvo em um disco rígido, ele será automaticamente salvo nos discos rígidos 2, 3 ou em outros discos. Isso significa que o sistema oferece redundância total, ou seja, se uma unidade falhar, a segunda unidade estará pronta para assumir o controle.

Vantagens

-Realiza espelhamento de dados, em que os mesmos dados de uma unidade são gravados em outra unidade para obter redundância.

- Altas velocidades de leitura, pois qualquer unidade pode ser usada se uma unidade estiver ocupada

- A matriz continua funcionando normalmente, mesmo que alguma unidade falhe

- São necessárias pelo menos 2 unidades

Desvantagens

- Custo mais alto (cada unidade requer uma unidade adicional para espelhamento)

- Desempenho de gravação mais lento devido à necessidade de atualizar todas as unidades

RAID 5

O RAID 5 requer pelo menos três unidades e, como o RAID 0, distribui dados em várias unidades, mas também tem "paridade" distribuída entre as unidades. No caso de falha de uma única unidade, as informações de paridade armazenadas nas outras unidades são usadas para reconstruir os dados. O tempo de inatividade é zero. As velocidades de leitura são muito rápidas, mas as velocidades de gravação são um pouco mais lentas devido à necessidade de calcular a paridade. É ideal para servidores de arquivos e aplicativos com um número limitado de unidades de dados.

O RAID 5 perde 33% do espaço de armazenamento (usando três unidades) devido à paridade, mas ainda é uma configuração mais econômica do que o RAID 1. A configuração mais popular do RAID 5 usa quatro unidades, o que reduz a perda de espaço de armazenamento para 25%. Ela pode funcionar com até 16 unidades.

O RAID 5 também é conhecido como striping com paridade distribuída:

Vantagens

-Striping em nível de bloco com paridade distribuída

-A paridade é distribuída entre os discos da matriz

-Alto desempenho

-Custo-benefício

-Requer pelo menos 3 unidades

Desvantagens

- A recuperação pode ser mais demorada no caso de falha de um disco, pois a paridade deve ser calculada a partir de todas as unidades disponíveis

- Não pode tolerar falhas simultâneas na unidade

RAID 6

O RAID 6 usa blocos de paridade dupla para obter melhor redundância de dados do que o RAID 5, o que aumenta a tolerância a falhas de até duas unidades na matriz. Cada disco tem dois blocos de paridade, que são armazenados em discos diferentes na matriz. O RAID 6 é uma infraestrutura muito prática para manter sistemas de alta disponibilidade.

O RAID 6 é uma boa opção para servidores da Web padrão, em que a maioria das transações são operações de leitura, mas não é recomendado para ambientes de regravação, como servidores de banco de dados.

O RAID 6 também é conhecido como striping com paridade dupla distribuída:

Vantagens

-Descarga em nível de bloco com paridade distribuída DUAL

-Cria 2 blocos de paridade

-Pode suportar 2 falhas de unidade simultaneamente no array

-Tolerância a falhas e redundância adicionais

-Requer pelo menos 4 unidades

Desvantagens

- O custo pode ser um fator

- A gravação de dados é mais demorada devido à paridade dupla

RAID 10 (RAID 1+0)

O RAID 10 combina o RAID 1 e o RAID 0 na ordem inversa. Às vezes é chamado de RAID "aninhado" ou "híbrido", oferecendo o melhor dos dois mundos com o desempenho rápido do RAID 0 e a redundância do RAID 1. Nessa configuração, vários blocos de RAID 1 são interconectados para funcionar como RAID 0. É usado quando é necessário alto desempenho de disco (maior que o RAID 5 ou 6) e redundância.

Vantagens

-Sem paridade

-Executa striping RAID 0 e espelhamento RAID 1

-O striping é realizado antes do espelhamento

-A capacidade disponível é n/2 * tamanho do disco (n = número de discos)

-O número de unidades necessárias deve ser um múltiplo de 2

-Alto desempenho ao fazer striping de dados

Desvantagens

- Alto custo, pois cada unidade requer uma unidade adicional

- 100% da capacidade do disco não é utilizada, pois metade é usada para espelhamento

- Escalabilidade muito limitada

RAID 50

O RAID 50 consiste em duas ou mais matrizes RAID 5, formando uma matriz em faixas semelhante ao RAID 0. Em comparação com a configuração do mesmo número de matrizes RAID 5, ele oferece maior desempenho de acesso e maior desempenho de proteção de dados. Um único array equivalente ao RAID 5 é chamado de "subconjunto" ou "subarray", e três ou mais subconjuntos podem ser configurados.

O RAID 50 pode ser implementado em servidores e matrizes para executar vários aplicativos, como servidores de arquivos, servidores de banco de dados, armazenamento e backup de máquinas virtuais, edição de vídeo, renderização de animações em 3D e assim por diante.

O RAID 50 também é conhecido como distribuído em faixas com paridade distribuída:

Vantagens

-Reduz o tempo de reconstrução

-Melhora o desempenho da redundância

-Melhora o desempenho do acesso

Desvantagens

-Requer mais de 6 unidades

-Reduz a eficiência da instalação

-Redundância limitada

RAID 60

O RAID 60 (às vezes chamado de RAID 6+0) combina vários conjuntos de RAID 6 (striping com paridade dupla) com RAID 0 (striping). A paridade dupla permite que duas unidades falhem em cada array RAID 6, enquanto o striping melhora a capacidade e o desempenho sem adicionar unidades a cada array RAID 6.

Assim como o RAID 50, as configurações do RAID 60 podem acomodar 8 ou mais unidades, mas são adequadas apenas para configurações com 16 ou mais unidades. A capacidade utilizável do RAID 60 varia de 50% a 88%, dependendo do número de unidades de dados no grupo RAID.

Observe que todas as configurações de várias ramificações acima disponíveis para RAID 10 e RAID 50 também estão disponíveis para RAID 60. Por exemplo, para 36 unidades, você pode ter um RAID 60 com cada ramo contendo 18 unidades, ou um RAID 60 com três pernas, cada uma contendo 12 unidades.

O RAID 60 é semelhante ao RAID 50, mas oferece mais redundância, o que o torna adequado para servidores com capacidades extremamente grandes, especialmente aqueles que não fazem backup dos dados (por exemplo, servidores de vigilância por vídeo que lidam com um grande número de câmeras).

O RAID 60 também é conhecido como distribuído em faixas entre zonas com paridade distribuída dupla:

Vantagens

-Cada array RAID 6 do grupo pode suportar duas falhas de unidade, o que o torna muito seguro.

-Muito grande e econômico, considerando que esse nível de RAID não seria usado a menos que houvesse um grande número de unidades.

Desvantagens

- Requer um grande número de unidades

- Um pouco mais caro que o RAID 50 devido à perda de mais unidades para cálculos de paridade

Comparação de níveis de RAID

A seleção dos níveis de RAID é orientada pelos seguintes fatores:

- Desempenho de leitura

- Desempenho de gravação

- Tolerância a falhas

- Degradação do desempenho da matriz (para níveis de RAID tolerantes a falhas)

- Capacidade efetiva de armazenamento