Cos'è RAID?
RAID (array ridondante di dischi indipendenti) è una configurazione composta da più dischi per l'archiviazione dei dati. Sono collegati tra loro per prevenire la perdita di dati e/o accelerare le prestazioni. Avere più dischi consente l'impiego di varie tecniche come lo striping del disco , mirroring del disco e parità .
In questo articolo, scopri i tipi di RAID, i loro pro e contro e i loro casi d'uso .
Livelli e tipi di RAID
I livelli RAID sono raggruppati nelle seguenti categorie:
- Livelli RAID standard
- Livelli RAID non standard
- Livelli RAID nidificati/ibridi
Inoltre, puoi scegliere come implementare RAID sul tuo sistema. Pertanto puoi scegliere tra RAID hardware, RAID software e RAID firmware.
L'elenco seguente spiega i livelli RAID standard (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6) e le popolari opzioni non standard e ibride (RAID 10).
RAID 0:Striping
RAID 0, noto anche come set con striping o volume con striping, richiede un minimo di due dischi. I dischi vengono uniti in un unico grande volume in cui i dati vengono archiviati in modo uniforme sul numero di dischi nell'array.
Questo processo è chiamato striping del disco e comporta la divisione dei dati in blocchi e la scrittura simultanea/sequenziale su più dischi. La configurazione dei dischi con striping come una singola partizione aumenta le prestazioni poiché più dischi eseguono operazioni di lettura e scrittura contemporaneamente. Pertanto, RAID 0 viene generalmente implementato per migliorare velocità ed efficienza.
È importante notare che se un array è costituito da dischi di dimensioni diverse, ciascuno sarà limitato alla dimensione del disco più piccola nell'installazione. Ciò significa che un array composto da due dischi, uno da 320 GB e l'altro da 120 GB, ha effettivamente una capacità di 2 x 120 GB (o 240 GB in totale).
Alcune implementazioni consentono di utilizzare i restanti 200 GB per usi diversi. Inoltre, gli sviluppatori possono implementare più controller (o anche uno per disco) per migliorare le prestazioni.
RAID 0 è il tipo più conveniente di configurazione del disco ridondante ed è relativamente facile da configurare. Tuttavia, non include alcuna ridondanza, tolleranza agli errori o parti nella sua composizione. Pertanto, i problemi su uno qualsiasi dei dischi nell'array possono causare la perdita completa dei dati. Questo è il motivo per cui dovrebbe essere utilizzato solo per l'archiviazione non critica, come i file temporanei di cui è stato eseguito il backup da qualche altra parte.
Vantaggi di RAID 0
- Conveniente e semplice da implementare.
- Maggiore prestazioni in lettura e scrittura.
- Nessun sovraccarico (utilizzo totale della capacità).
Svantaggi di RAID 0
- Non fornisce tolleranza agli errori o ridondanza.
Quando dovrebbe essere utilizzato Raid 0
RAID 0 viene utilizzato quando le prestazioni sono una priorità e l'affidabilità no. Se desideri utilizzare al meglio le tue unità e non preoccuparti di perdere dati, opta per RAID 0.
D'altra parte, una tale configurazione non deve essere necessariamente inaffidabile. Puoi configurare lo striping del disco sul tuo sistema insieme a un altro array RAID che garantisce protezione e ridondanza dei dati.
RAID 1:mirroring
RAID 1 è un array composto da almeno due dischi in cui gli stessi dati sono archiviati su ciascuno per garantire la ridondanza. L'uso più comune di RAID 1 è l'impostazione di una coppia con mirroring composta da due dischi in cui il contenuto del primo disco viene rispecchiato nel secondo. Questo è il motivo per cui tale configurazione è anche chiamata mirroring.
A differenza di RAID 0, dove l'attenzione è rivolta esclusivamente alla velocità e alle prestazioni, l'obiettivo principale di RAID 1 è fornire ridondanza. Elimina la possibilità di perdita di dati e tempi di inattività sostituendo un'unità guasta con la sua replica.
In tale configurazione, il volume dell'array è grande quanto il disco più piccolo e funziona finché un'unità è operativa. Oltre all'affidabilità, il mirroring migliora le prestazioni di lettura poiché una richiesta può essere gestita da qualsiasi unità dell'array. D'altra parte, le prestazioni di scrittura rimangono le stesse di un disco ed è uguale al disco più lento nella configurazione.
Vantaggi di RAID 1
- Maggiore prestazioni di lettura.
- Fornisce ridondanza e tolleranza agli errori.
- Semplice da configurare e facile da usare.
Svantaggi del RAID 1
- Utilizza solo metà della capacità di archiviazione.
- Più costoso (richiede il doppio dei driver).
- Richiede lo spegnimento del computer per sostituire l'unità guasta.
Quando dovrebbe essere utilizzato Raid 1
RAID 1 viene utilizzato per l'archiviazione mission-critical che richiede un rischio minimo di perdita di dati. I sistemi di contabilità spesso optano per RAID 1 poiché gestiscono dati critici e richiedono un'elevata affidabilità.
È adatto anche per server più piccoli con solo due dischi, così come se stai cercando una configurazione semplice da impostare facilmente (anche a casa).
Raid 2:striping a livello di bit con parità di codice di Hamming dedicata
RAID 2 è usato raramente nella pratica oggi. Combina lo striping a livello di bit con il controllo degli errori e la correzione delle informazioni. Questa implementazione RAID richiede due gruppi di dischi:uno per la scrittura dei dati e l'altro per la scrittura dei codici di correzione degli errori. RAID 2 richiede anche un controller speciale per la rotazione sincronizzata di tutti i dischi.
Invece dei blocchi di dati, RAID 2 esegue lo striping dei dati a livello di bit su più dischi. Inoltre, utilizza la correzione dell'odo di errore Humming (ECC) e memorizza queste informazioni sul disco di ridondanza.
L'array calcola al volo la correzione del codice di errore. Durante la scrittura dei dati, li rimuove sul disco dati e scrive il codice sul disco di ridondanza. D'altra parte, durante la lettura dei dati dal disco, legge anche dal disco di ridondanza per verificare i dati e apportare correzioni se necessario.
Vantaggi di RAID 2
- Affidabilità.
- La possibilità di correggere le informazioni memorizzate.
Svantaggi di RAID 2
- Caro.
- Difficile da implementare.
- Richiedi interi dischi per ECC.
Quando dovrebbe essere utilizzato Raid 2
RAID 2 non è una pratica comune oggi poiché la maggior parte delle sue funzionalità sono ora disponibili sui moderni dischi rigidi. A causa dei costi e dei requisiti di implementazione, questo livello RAID non è mai diventato popolare tra gli sviluppatori.
Raid 3:Striping a livello di bit con parità dedicata
Come RAID 2, RAID 3 è usato raramente nella pratica. Questa implementazione RAID utilizza lo striping a livello di bit e un disco di parità dedicato. Per questo motivo, richiede almeno tre unità, di cui due vengono utilizzate per archiviare le strisce di dati e una viene utilizzata per la parità.
Per consentire la rotazione sincronizzata, RAID 3 necessita anche di un controller speciale. Grazie alla sua configurazione e alla rotazione sincronizzata del disco, ottiene prestazioni migliori con le operazioni sequenziali rispetto alle operazioni di lettura/scrittura casuali.
Vantaggi di RAID 3
- Buon throughput durante il trasferimento di grandi quantità di dati.
- Alta efficienza con operazioni sequenziali.
- Resilienza agli errori del disco.
Svantaggi di RAID 3
- Non adatto per il trasferimento di file di piccole dimensioni.
- Complesso da implementare.
- Difficile da configurare come RAID software.
Quando dovrebbe essere utilizzato Raid 3
RAID 3 non è comunemente usato oggi. Le sue funzionalità sono vantaggiose per un numero limitato di casi d'uso che richiedono velocità di trasferimento elevate per letture e scritture sequenziali lunghe (come l'editing e la produzione video).
Raid 4:Striping a livello di blocco con parità dedicata
RAID 4 è un altro livello RAID standard impopolare. Consiste in uno striping di dati a livello di blocco su due o più dischi indipendenti e un disco di parità dedicato.
L'implementazione richiede almeno tre dischi:due per l'archiviazione di strisce di dati e uno dedicato per l'archiviazione della parità e la ridondanza. Poiché ogni disco è indipendente e non c'è rotazione sincronizzata, non è necessario un controller.
La configurazione RAID 4 è soggetta a colli di bottiglia durante la memorizzazione dei bit di parità per ciascun blocco di dati su una singola unità. Tali colli di bottiglia del sistema hanno un grande impatto sulle prestazioni del sistema.
Vantaggi di RAID 4
- Operazioni di lettura rapida.
- Basso sovraccarico di archiviazione.
- Richieste di I/O simultanee.
Svantaggi di RAID 4
- Colli di bottiglia che hanno un grande effetto sulle prestazioni complessive.
- Operazioni di scrittura lente.
- La ridondanza viene persa se il disco di parità si guasta.
Quando dovrebbe essere utilizzato Raid 4
Considerando la sua configurazione, RAID 4 funziona al meglio con casi d'uso che richiedono lettura e scrittura sequenziale di processi di dati di file di grandi dimensioni. Tuttavia, proprio come con RAID 3, nella maggior parte delle soluzioni, RAID 4 è stato sostituito con RAID 5.
Raid 5:Striping with Parity
RAID 5 è considerata l'implementazione RAID più sicura e più comune. Combina striping e parità per fornire una configurazione rapida e affidabile. Tale configurazione offre all'utente l'usabilità dell'archiviazione come con RAID 1 e l'efficienza delle prestazioni di RAID 0.
Questo livello RAID è costituito da almeno tre dischi rigidi (e al massimo 16). I dati sono divisi in strisce di dati e distribuiti su diversi dischi nell'array. Ciò consente prestazioni elevate grazie alle transazioni di dati di lettura rapida che possono essere eseguite contemporaneamente da diverse unità nell'array.
I bit di parità vengono distribuiti uniformemente su tutti i dischi dopo il salvataggio di ciascuna sequenza di dati. Questa funzione garantisce di avere ancora accesso ai dati dai bit di parità in caso di guasto dell'unità. Pertanto, RAID 5 fornisce ridondanza tramite bit di parità anziché mirroring.
Vantaggi di RAID 5
- Alte prestazioni e capacità.
- Velocità di lettura veloce e affidabile.
- Tollera il guasto di una singola unità.
Svantaggi di RAID 5
- Tempi di ricostruzione più lunghi.
- Utilizza metà della capacità di archiviazione (a causa della parità).
- Se più di un disco si guasta, i dati vanno persi.
- Più complesso da implementare.
Quando dovrebbe essere utilizzato Raid 5
RAID 5 viene spesso utilizzato per file e server di applicazioni grazie alla sua elevata efficienza e allo storage ottimizzato. Inoltre, è la soluzione migliore ed economica se l'accesso continuo ai dati è una priorità e/o se è necessaria l'installazione di un sistema operativo sull'array.
Raid 6:Striping con doppia parità
RAID 6 è un array simile a RAID 5 con l'aggiunta della sua funzione di doppia parità. Per questo motivo viene anche chiamato RAID a doppia parità.
Questa configurazione richiede un minimo di quattro unità. La configurazione è simile a RAID 5 ma include due blocchi di parità aggiuntivi distribuiti sul disco. Pertanto, utilizza lo striping a livello di blocco per distribuire i dati nell'array e memorizza due blocchi di parità per ciascun blocco di dati.
Lo striping a livello di blocco con due blocchi di parità consente due errori del disco prima che i dati vadano persi. Ciò significa che in caso di guasto di due dischi, RAID può comunque ricostruire i dati richiesti.
Le sue prestazioni dipendono da come viene implementato l'array, nonché dal numero totale di unità. Le operazioni di scrittura sono più lente rispetto ad altre configurazioni a causa della sua funzione di doppia parità.
Vantaggi di RAID 6
- Alta tolleranza ai guasti e all'azionamento.
- Efficienza di archiviazione (quando vengono utilizzate più di quattro unità).
- Operazioni di lettura rapida.
Svantaggi di RAID 6
- Il tempo di ricostruzione può richiedere fino a 24 ore.
- Prestazioni di scrittura lente.
- Complesso da implementare.
- Più costoso.
Quando dovrebbe essere utilizzato Raid 6
RAID 6 è una buona soluzione per le applicazioni mission-critical in cui la perdita di dati non può essere tollerata. Pertanto, viene spesso utilizzato per la gestione dei dati nei settori della difesa, della sanità e delle banche.
Raid 10:Mirroring con striping
RAID 10 fa parte di un gruppo chiamato RAID nidificato o ibrido, il che significa che è una combinazione di due diversi livelli RAID. Nel caso di RAID 10, l'array combina il mirroring di livello 1 e lo striping di livello 0. Questo array RAID è anche noto come RAID 1+0.
RAID 10 utilizza il mirroring logico per scrivere gli stessi dati su due o più unità per fornire ridondanza. Se un disco si guasta, è presente un'immagine speculare dei dati archiviati su un altro disco. Inoltre, l'array utilizza lo striping a livello di blocco per distribuire blocchi di dati su diverse unità. Ciò migliora le prestazioni e la velocità di lettura e scrittura poiché i dati sono accessibili contemporaneamente da più dischi.
Per implementare tale configurazione, l'array richiede almeno quattro unità, oltre a un controller del disco.
Vantaggi di RAID 10
- Alte prestazioni.
- Elevata tolleranza ai guasti.
- Operazioni di lettura e scrittura rapide.
- Tempi di ricostruzione rapidi.
Svantaggi di RAID 10
- Scalabilità limitata.
- Costoso (rispetto ad altri livelli RAID).
- Utilizza metà della capacità di spazio su disco.
- Più complicato da configurare.
Quando dovrebbe essere utilizzato Raid 10
RAID 10 viene spesso utilizzato nei casi d'uso che richiedono l'archiviazione di elevati volumi di dati, tempi di lettura e scrittura rapidi e un'elevata tolleranza agli errori. Di conseguenza, questo livello RAID viene spesso implementato per server di posta elettronica, server di hosting Web e database.
RAID non standard
I livelli RAID sopra menzionati sono considerati implementazioni RAID standard o comunemente utilizzate. Tuttavia, ci sono una miriade di modi per configurare array ridondanti di dischi indipendenti.
Di conseguenza, molti progetti e aziende open source hanno creato le proprie configurazioni per aderire alle proprie esigenze. Di conseguenza, ci sono molte implementazioni RAID non standard, come:
- RAID-DP
- Linux MD RAID 10
- RAID-Z
- Drive Extender
- Raid decluster
RAID nidificato (ibrido)
È possibile combinare due o più livelli RAID standard per garantire prestazioni e ridondanza migliori. Tali combinazioni sono chiamate livelli RAID nidificati (o ibridi).
Le implementazioni RAID ibride prendono il nome dai livelli RAID che incorporano. Nella maggior parte dei casi, includono due numeri in cui il loro ordine rappresenta lo schema di stratificazione.
I livelli RAID ibridi più diffusi includono:
- RAID 01 (striping e mirroring; noto anche come "specchio di strisce")
- RAID 03 (striping a livello di byte e parità dedicata)
- RAID 10 (mirroring del disco e striping diretto a livello di blocco)
- RAID 50 (parità distribuita e striping straight block-level)
- RAID 60 (dual parity e striping diritto a livello di blocco)
- RAID 100 (una striscia di RAID 10)
Tipi di implementazione RAID
Esistono tre modi per utilizzare RAID, a seconda del luogo in cui avviene l'elaborazione.
RAID basato su hardware
Durante l'installazione dell'hardware configurazione, si inserisce una scheda controller RAID in uno slot PCI-Express veloce sulla scheda madre e la si collega alle unità. Sono disponibili anche alloggiamenti per unità RAID esterne con una scheda controller integrata.
RAID basato su software
Per il software configurazione, si collegano le unità direttamente al computer, senza utilizzare un controller RAID. In tal caso, gestisci i dischi tramite software di utilità sul sistema operativo.
RAID basato su firmware/driver
I RAID basati su firmware (noti anche come RAID basati su driver) sono sistemi RAID spesso archiviati direttamente sulla scheda madre. Tutte le sue operazioni vengono eseguite dalla CPU del computer, non da un processore dedicato.