Visão geral do RAID

    RAID é uma tecnologia utilizada para melhorar o desempenho e a confiabilidade do armazenamento de dados. 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 de 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 (0, 1, 5 e 6) e os níveis 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 na distribuição de dados, em que o fluxo de dados é dividido em vários segmentos ou blocos, sendo cada bloco armazenado em um disco diferente. Assim, quando o sistema precisa ler os dados, ele pode ler simultaneamente os dados de todos os discos e combiná-los para reconstruir o fluxo de dados completo. A vantagem dessa abordagem é que as operações de leitura/gravação são significativamente mais rápidas, tornando-a ideal para cenários em que o desempenho tem prioridade sobre outras considerações. Além disso, a capacidade total de todo o volume é a soma das capacidades de todos os discos individuais.

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

Vantagens

• Os dados estão distribuídos por várias unidades

• O espaço em disco está totalmente ocupado

• São necessárias pelo menos duas unidades

• Alto desempenho

Desvantagens

• Não suporta redundância de dados

• Não oferece suporte à tolerância a falhas

• Sem mecanismo de detecção de erros

• A falha de qualquer disco individual resulta na perda total dos dados na matriz correspondente

RAID 1

O RAID 1 utiliza o conceito de espelhamento de dados, no qual os dados são espelhados ou clonados em um conjunto de discos idênticos, de modo que, se um disco falhar, outro possa ser utilizado. Ele também melhora o desempenho de leitura, pois diferentes blocos de dados podem ser acessados simultaneamente a partir de todos os discos.

No entanto, ao contrário do RAID 0, o desempenho de gravação é reduzido, pois todas as unidades precisam ser atualizadas sempre que novos dados são gravados. Outra desvantagem é que se desperdiça espaço com a 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 cópias dos dados são armazenadas em diferentes dispositivos de armazenamento, o que também aumenta a redundância e o desempenho.

O RAID 1 é o tipo de RAID mais utilizado, projetado para aumentar a segurança dos dados armazenados. Por exemplo, se um arquivo for gravado e salvo em um disco rígido, ele é 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 está pronta para assumir o controle.

Vantagens

·Realiza espelhamento de dados, em que os mesmos dados de uma unidade são gravados em outra unidade para garantir a redundância.

• Altas velocidades de leitura, já que qualquer unidade pode ser utilizada caso uma delas esteja ocupada

• O array continua a funcionar normalmente mesmo que alguma unidade falhe

• São necessárias pelo menos duas unidades

Desvantagens

• Custo mais elevado (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, assim como o RAID 0, distribui os dados por várias unidades, mas também possui “paridade” distribuída entre as unidades. No caso de falha de uma única unidade, as informações de paridade armazenadas nas outras unidades são utilizadas para reconstruir os dados. O tempo de inatividade é zero. As velocidades de leitura são muito rápidas, mas as de gravação são ligeiramente 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 (ao usar três discos) devido à paridade, mas ainda assim é uma configuração mais econômica do que o RAID 1. A configuração mais comum do RAID 5 utiliza quatro discos, o que reduz a perda de espaço de armazenamento para 25%. Ele pode funcionar com até 16 discos.

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 do array

·Alto desempenho

·Custo-benefício

·Requer pelo menos 3 unidades

Desvantagens

• A recuperação pode demorar mais em caso de falha de um disco, pois a paridade precisa ser calculada a partir de todas as unidades disponíveis

• Não tolera falhas simultâneas em discos rígidos

RAID 6

O RAID 6 utiliza blocos de paridade duplos para oferecer uma redundância de dados superior à do RAID 5, o que aumenta a tolerância a falhas para até duas unidades com defeito na matriz. Cada disco possui dois blocos de paridade, que são armazenados em discos diferentes da matriz. O RAID 6 é uma infraestrutura muito prática para a manutenção de sistemas de alta disponibilidade.

O RAID 6 é uma boa opção para servidores web padrão, nos quais a maioria das transações consiste em operações de leitura, mas não é recomendado para ambientes de gravação, como servidores de banco de dados.

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

Vantagens

·Remoção de blocos com paridade distribuída DUAL

·Cria 2 blocos de paridade

·É capaz de suportar duas falhas simultâneas de unidades no array

·Maior tolerância a falhas e redundância

·Requer pelo menos 4 unidades

Desvantagens

• O custo pode ser um fator

• A gravação de dados leva mais tempo 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: o desempenho rápido do RAID 0 e a redundância do RAID 1. Nessa configuração, vários blocos RAID 1 são interconectados para funcionar como RAID 0. É utilizado quando se requer tanto alto desempenho de disco (superior ao RAID 5 ou 6) quanto redundância.

Vantagens

·Sem paridade

·Realiza striping em RAID 0 e espelhamento em RAID 1

·O striping é realizado antes do espelhamento

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

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

·Alto desempenho na distribuição de dados

Desvantagens

• Custo elevado, já que cada unidade requer uma unidade adicional

• A capacidade do disco não é utilizada em 100%, pois metade é destinada ao espelhamento

• Escalabilidade muito limitada

RAID 50

O RAID 50 consiste em duas ou mais matrizes RAID 5, formando uma matriz distribuída semelhante ao RAID 0. Em comparação com a configuração do mesmo número de matrizes RAID 5, ele oferece melhor desempenho de acesso e maior proteção de dados. Uma única matriz equivalente a RAID 5 é chamada de “subconjunto” ou “submatriz”, e é possível configurar três ou mais subconjuntos.

O RAID 50 pode ser implementado em servidores e matrizes para executar diversas aplicações, tais como servidores de arquivos, servidores de bancos de dados, armazenamento e backup de máquinas virtuais, edição de vídeo, renderização de animação 3D e assim por diante.

O RAID 50 também é conhecido como “striped 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 (também conhecido como RAID 6+0) combina vários conjuntos RAID 6 (distribuição em faixas com paridade dupla) com o RAID 0 (distribuição em faixas). A paridade dupla permite que duas unidades falhem em cada matriz RAID 6, enquanto o striping melhora a capacidade e o desempenho sem adicionar unidades a cada matriz RAID 6.

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

Observe que todas as configurações com múltiplos ramos 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 ramificação contendo 18 unidades, ou um RAID 60 com três ramificações, cada uma contendo 12 unidades.

O RAID 60 é semelhante ao RAID 50, mas oferece maior redundância, tornando-o adequado para servidores com capacidades extremamente grandes, especialmente aqueles que não realizam backup de dados (por exemplo, servidores de vigilância por vídeo que gerenciam um grande número de câmeras).

O RAID 60 também é conhecido como “striped across zones” com paridade distribuída dupla:

Vantagens

·Cada matriz RAID 6 dentro do grupo é capaz de suportar duas falhas de unidade, o que a torna muito segura.

·Muito grande e econômico, considerando que esse nível de RAID só seria utilizado se 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 os cálculos de paridade

Comparação entre níveis de RAID

A escolha dos níveis de RAID é determinada pelos seguintes fatores:

• Desempenho de leitura

• Desempenho na gravação

• Tolerância a falhas

• Diminuição do desempenho da matriz (para níveis RAID tolerantes a falhas)

• Capacidade efetiva de armazenamento