La tecnología RAID

Tecnología RAID
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La Tecnología RAID
(Redundant array of independent disks o Redundant array
of inexpensive disks):
Afirmar que la información es el activo más valioso e importante de cualquier empresa y
que los datos han de estar disponibles en todo momento (24x7x365) y asegurados
contra incidencias, es un hecho sumamente aceptado en la actualidad. El coste de una
posible pérdida de información y el tiempo durante el cual el sistema no está en
explotación mientras se soluciona el problema, es un lujo que cada vez menos empresas
pueden permitirse. Así pues, disponer de un sistema de almacenamiento seguro y
tolerante al fallo, como los sistemas RAID StoreData y MacData, se hace
indispensable.
La utilización de sistemas de almacenamiento tolerantes al fallo es imprescindible
actualmente en la configuración de un servidor de datos. Diferentes estudios demuestran
que el coste de la pérdida de datos, sumado al coste del tiempo durante el cual el
sistema no está en explotación, es superior al coste de un sistema RAID.
En la actualidad es normal que los sistemas estén funcionando de forma permanente las
24 horas. Un fallo en un disco supone la pérdida de acceso a los datos hasta que éste ha
sido repuesto y la información restaurada a través de la copia de seguridad. Una vez
recuperado el sistema, toda la información generada en el tiempo transcurrido entre la
última copia de seguridad y el instante del fallo, se ha perdido de forma irremediable. El
coste del tiempo de no utilización del sistema, más el coste de la información perdida en
dicho intervalo es muy elevado. La tecnología RAID asegura la integridad de los datos
ante la eventual avería de uno de los discos, asegurando un funcionamiento continuo y
permitiendo incluso la substitución de la unidad defectuosa sin necesidad de detener los
procesos que se estén ejecutando.
¿Qué es RAID?
El término RAID es un acrónimo del inglés "Redundant Array of Independent Disks".
Significa matriz redundante de discos independientes o también se usa
"Redundant Array of Inexpensive Disks", es decir, matriz redundante de discos
de bajo coste. RAID es un método de combinación de varios discos duros para formar
una única unidad lógica en la que se almacenan los datos de forma redundante. Ofrece
mayor tolerancia a fallos y más altos niveles de rendimiento que un sólo disco duro o un
grupo de discos duros independientes.
Una matriz consta de dos o más discos duros que ante el sistema principal funcionan
como un único dispositivo. Un RAID, para el sistema operativo, aparenta ser un sólo
disco duro lógico (LUN). Los datos se desglosan en fragmentos que se escriben en varias
unidades de forma simultánea. En este método, la información se reparte entre varios
discos, usando técnicas como el entrelazado de bloques (RAID nivel 0) o la duplicación de
discos (RAID nivel 1) para proporcionar redundancia, reducir el tiempo de acceso, y/o
obtener mayor ancho de banda para leer y/o escribir, así como la posibilidad de
recuperar un sistema tras la avería de uno de los discos.
La tecnología RAID protege los datos contra el fallo de una unidad de disco duro. Si se
produce un fallo, RAID mantiene el servidor activo y en funcionamiento hasta que se
sustituya la unidad defectuosa.
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La tecnología RAID se utiliza también con mucha frecuencia para mejorar el rendimiento
de servidores y estaciones de trabajo. Estos dos objetivos, protección de datos y mejora
del rendimiento, no se excluyen entre sí.
RAID ofrece varias opciones, llamadas niveles RAID, cada una de las cuales proporciona
un equilibrio distinto entre tolerancia a fallos, rendimiento y coste.
Todos los sistemas RAID suponen la pérdida de parte de la capacidad de almacenamiento
de los discos, para conseguir la redundancia o almacenar los datos de paridad.
Los sistemas RAID profesionales deben incluir los elementos críticos por duplicado:
fuentes de alimentación y ventiladores redundantes y Hot Swap (Hot Swap: Habilidad
de sustituir un dispositivo o componente defectuoso de un sistema y reemplazarlo por
otro sin apagar el sistema y sin interferir en las funciones de otros dispositivos. También
llamado "cambio en caliente".). De poco sirve disponer de un sistema tolerante al fallo de
un disco si después falla por ejemplo una fuente de alimentación que provoca la caída del
sistema.
También cada vez es más recomendable, sobre todo en instalaciones de cluster,
configuraciones de dos controladoras redundantes y Hot Swap, de manera que en el caso
de fallo de una de ellas se puede proceder a su sustitución sin tener que detener el
funcionamiento del sistema. Además, esta configuración con controladoras redundantes
nos permite conectar el sistema RAID a diferentes servidores simultáneamente.
Fig.1 Ejemplos de discos con tecnología RAID
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Ventajas de RAID
RAID proporciona tolerancia a fallos, mejora el rendimiento del sistema y aumenta la
productividad.
Tolerancia a fallos: RAID protege contra la pérdida de datos y proporciona
recuperación de datos en tiempo real con acceso interrumpido en caso de que falle un
disco.
Mejora del Rendimiento/ Velocidad: Una matriz consta de dos o más discos duros
que ante el sistema principal funcionan como un único dispositivo. Los datos se
desglosan en fragmentos que se escriben en varias unidades de forma simultánea. Este
proceso, denominado fraccionamiento de datos, incrementa notablemente la capacidad
de almacenamiento y ofrece mejoras significativas de rendimiento. RAID permite a
varias unidades trabajar en paralelo, lo que aumenta el rendimiento del
sistema.
Mayor Fiabilidad: Las soluciones RAID emplean dos técnicas para aumentar la
fiabilidad: la redundancia de datos y la información de paridad. La redundancia implica
el almacenamiento de los mismos datos en más de una unidad. De esta forma, si falla
una unidad, todos los datos quedan disponibles en la otra unidad, de inmediato. Aunque
este planteamiento es muy eficaz, también es muy costoso, ya que exige el uso de
conjuntos de unidades duplicados. El segundo planteamiento para la protección de los
datos consiste en el uso de la paridad de datos. La paridad utiliza un algoritmo
matemático para describir los datos de una unidad. Cuando se produce un fallo en una
unidad se leen los datos correctos que quedan y se comparan con los datos de paridad
almacenados por la matriz. El uso de la paridad para obtener fiabilidad de los datos es
menos costoso que la redundancia, ya que no requiere el uso de un conjunto redundante
de unidades de disco.
Alta Disponibilidad: RAID aumenta el tiempo de funcionamiento y la
disponibilidad de la red. Para evitar los tiempos de inactividad, debe ser posible
acceder a los datos en cualquier momento. La disponibilidad de los datos se divide en dos
aspectos: la integridad de los datos y tolerancia a fallos. La integridad de los datos se
refiere a la capacidad para obtener los datos adecuados en cualquier momento. La
mayoría de las soluciones RAID ofrecen reparación dinámica de sectores, que repara
sobre la marcha los sectores defectuosos debidos a errores de software. La tolerancia a
fallos, el segundo aspecto de la disponibilidad, es la capacidad para mantener los datos
disponibles en caso de que se produzcan uno o varios fallos en el sistema.
Implementación de RAID
Los sistemas RAID pueden implementarse de dos formas:
•
Mediante software: sistema poco práctico porque supone una considerable carga de trabajo
adicional al microprocesador y puede requerir que el disco del sistema operativo no
pertenezca al RAID.
•
Mediante hardware: sistema en el que la carga de trabajo recae sobre un elemento
especializado llamado controladora RAID, con el esquema interno del RAID absolutamente
invisible para el resto del sistema.
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Niveles de RAID
La elección de los diferentes niveles de RAID va a depender de las necesidades del
usuario en lo que respecta a factores como seguridad, velocidad, capacidad, coste, etc.
Cada nivel de RAID ofrece una combinación específica de tolerancia a fallos
(redundancia), rendimiento y coste, diseñadas para satisfacer las diferentes
necesidades de almacenamiento. La mayoría de los niveles RAID pueden satisfacer de
manera efectiva sólo uno o dos de estos criterios. No hay un nivel de RAID mejor que
otro; cada uno es apropiado para determinadas aplicaciones y entornos informáticos. De
hecho, resulta frecuente el uso de varios niveles RAID para distintas aplicaciones del
mismo servidor. Oficialmente existen siete niveles diferentes de RAID (0-6), definidos y
aprobados por el RAID Advisory Board (RAB). Luego existen las posibles combinaciones
de estos niveles (10, 50, ...). Los niveles RAID 0, 1, 0+1 y 5 son los más populares.
JBOD: Concatenación de discos
Ante todo, dejemos claro que JBOD no es un método RAID, pues no aumenta la fiabilidad
ni el rendimiento; sin embargo, muchas controladoras RAID lo incluyen por lo sencillo
que les resulta implementarlo.
JBOD significa “Just a Bunch Of Disk” (“Simplemente una unión de discos”). Un sistema
JBOD une varios discos en un único “disco lógico”, de forma absolutamente lineal:
cuando un disco se llena, se empieza a ocupar el siguiente, pero el usuario no nota esta
unión.
El rendimiento que se obtiene es el mismo que sería con los discos sueltos (siempre que
se trate de RAID por hardware) y no existe redundancia alguna; pero es cómodo para
unir varios discos pequeños que se tengan por ahí en uno de gran tamaño, que permita
por ejemplo almacenar archivos realmente grandes (como los generados en la grabación
de vídeo sin compresión). De todas formas, su utilidad es escasa.
RAID 0: Disk Striping "La más alta transferencia, pero sin tolerancia a
fallos".
También conocido como "separación ó fraccionamiento/ Striping". Los datos se
desglosan en pequeños segmentos y se distribuyen entre varias unidades. Este nivel de
"array" o matriz no ofrece tolerancia al fallo. Al no existir redundancia, RAID 0 no
ofrece ninguna protección de los datos. El fallo de cualquier disco de la matriz tendría
como resultado la pérdida de los datos y sería necesario restaurarlos desde una copia de
seguridad. Por lo tanto, RAID 0 no se ajusta realmente al acrónimo RAID. Consiste en
una serie de unidades de disco conectadas en paralelo que permiten una transferencia
simultánea de datos a todos ellos, con lo que se obtiene una gran velocidad en las
operaciones de lectura y escritura. La velocidad de transferencia de datos aumenta
en relación al número de discos que forman el conjunto. Esto representa una gran
ventaja en operaciones secuénciales con ficheros de gran tamaño. Por lo tanto, este
array es aconsejable en aplicaciones de tratamiento de imágenes, audio, video o
CAD/CAM, es decir, es una buena solución para cualquier aplicación que necesite un
almacenamiento a gran velocidad pero que no requiera tolerancia a fallos.
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Se necesita un mínimo de dos unidades de disco para implementar una solución
RAID 0.
RAID 0: Striped Disk Array without Fault Tolerance
RAID nivel 0 requiere un mínimo de 2 unidades de disco para implementarlo
Características/Ventajas
Desventajas
RAID 0 implementa un fraccionamiento en
pequeños segmentos (a striped disk array),
los datos son separados en bloques y cada
bloque es escrito en un disco distinto.
No es un verdadero sistema RAID porque no
tiene tolerancia a fallos.
Permite acceder a más de un disco a la vez,
logrando una tasa de transferencia más
elevada y un rápido tiempo de acceso.
Proporcionan un alto rendimiento. El mejor
rendimiento se da cuando los datos son
separados en varios controladores con una
sola unidad de disco por controlador.
No tiene un costo adicional.
Toda la capacidad del disco se emplea.
Muy simple de diseñar.
Fácil de implementar.
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Un error en uno de los discos implica la
perdida total de los datos.
Nunca debería ser usado en entornos críticos.
Aplicaciones Recomendadas
•
•
•
Edición de Video
Edición de imágenes
Cualquier aplicación que requiera un
alto ancho de banda.
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RAID 1: Mirroring "Redundancia. Más rápido que un disco y más seguro"
También llamado "Mirroring" o "Duplicación" (Creación de discos en espejo). Se
basa en la utilización de discos adicionales sobre los que se realiza una copia en todo
momento de los datos que se están modificando. RAID 1 ofrece una excelente
disponibilidad de los datos mediante la redundancia total de los mismos. Para ello, se
duplican todos los datos de una unidad o matriz en otra. De esta manera se asegura la
integridad de los datos y la tolerancia al fallo, pues en caso de avería, la controladora
sigue trabajando con los discos no dañados sin detener el sistema. Los datos se pueden
leer desde la unidad o matriz duplicada sin que se produzcan interrupciones. RAID 1 es
una alternativa costosa para los grandes sistemas, ya que las unidades se deben añadir
en pares para aumentar la capacidad de almacenamiento. Sin embargo, RAID 1 es una
buena solución para las aplicaciones que requieren redundancia cuando hay sólo dos
unidades disponibles. Los servidores de archivos pequeños son un buen ejemplo. Esta
diseñado para sistemas en donde la disponibilidad de información es esencial y su
reemplazo resultaría difícil y costoso (mas costoso que reponer el disco en si)
Típico en escrituras aleatorias pequeñas con tolerancia a fallos. El problema de este tipo
de RAID es el costo que implica duplicar el disco.
La configuración de nivel 1 de Raid o disco en espejo incluye dos unidades de disco:
1 unidad de datos y una unidad de replica. Cuando se escriben datos en una unidad,
también se escriben en la otra. El disco redundante es una replica exacta del disco de
datos, por lo que se conoce también como disco espejo. Los datos pueden leerse de
cualquiera de las 2 unidades de forma que si se avería la unidad de datos es posible
acceder a la unidad de replica, con lo que el sistema puede seguir funcionando. Con el
nivel de Raid se obtiene la misma velocidad de lectura/ escritura que una configuración
normalizada de disco, por lo que constituye la mejor opción para aplicaciones que
conllevan un gran número de operaciones de escritura.
Su principal inconveniente es el costo que supone multiplicar el número de discos
necesarios para los datos desaprovechando la mitad de la capacidad total del conjunto
del disco. Es el mejor en ambientes que necesitan un alto rendimiento de lectura, pues el
controlador selecciona la unidad que ofrece el tiempo de búsqueda mas rápido.
El problema se presenta cuando se escriben datos deteriorados en un disco, pues son
duplicados con los mismos defectos en el disco espejo.
Se necesita un mínimo de dos unidades para implementar una solución RAID 1.
RAID 1: Mirroring and Duplexing
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Para mayor rendimiento, el controlador debe ser capaz de hacer dos lecturas separadas
concurrentemente por pares de espejos o dos escrituras duplicadas por cada par de
espejos.
RAID 1 requiere un mínimo de 2 unidades de discos.
Características/Ventajas
Desventajas
Una escritura o dos lecturas son posibles
por pares de espejos.
Puede no soportar hot swap al fallar un
disco cuando la implementación es por
software.
El 100% de la redundancia de los datos
no significa que sea necesario
reconstruirlo entero en caso de que un
disco falle, solo una copia del disco a
reemplazar.
Podemos recuperar todos los datos en
caso de error en unos de los discos ya
que si un disco suspende la operación el
otro continua disponible.
Para altas capacidades, el sistema
resulta caro ya que un 50% de la
inversión en discos está dedicado a la
redundancia.
Moderada lentitud en la escritura de
datos ya que la hemos de escribir en
dos localizaciones.
Aplicaciones Recomendadas
Este nivel es altamente confiable y
optimiza el rendimiento de lectura de
datos.
Las aplicaciones de proceso de
transacciones funcionan bien.
•
•
•
•
Facturación
Nominas
Financieras
Cualquier aplicación que requiera
alta disponibilidad.
RAID 0+1/ RAID 0/1 ó RAID 10: "Ambos mundos"
Combinación de los arrays anteriores que proporciona velocidad y tolerancia al fallo
simultáneamente. El nivel de RAID 0+1 fracciona los datos para mejorar el rendimiento,
pero también utiliza un conjunto de discos duplicados para conseguir redundancia de
datos. Al ser una variedad de RAID híbrida, RAID 0+1 combina las ventajas de
rendimiento de RAID 0 con la redundancia que aporta RAID 1. Sin embargo, la principal
desventaja es que requiere un mínimo de cuatro unidades y sólo dos de ellas se
utilizan para el almacenamiento de datos. Las unidades se deben añadir en pares cuando
se aumenta la capacidad, lo que multiplica por dos los costes de almacenamiento. El
RAID 0+1 tiene un rendimiento similar al RAID 0 y puede tolerar el fallo de varias
unidades de disco. Una configuración RAID 0+1 utiliza un número par de discos
(4, 6, 8) creando dos bloques. Cada bloque es una copia exacta del otro, de ahí RAID 1,
y dentro de cada bloque la escritura de datos se realiza en modo de bloques alternos, el
sistema RAID 0.
RAID 0+1 es una excelente solución para cualquier uso que requiera gran rendimiento y
tolerancia a fallos, pero no una gran capacidad. Se utiliza normalmente en entornos
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como servidores de aplicaciones, que permiten a los usuarios acceder a una aplicación en
el servidor y almacenar datos en sus discos duros locales, o como los servidores Web,
que permiten a los usuarios entrar en el sistema para localizar y consultar información.
Este nivel de RAID es el más rápido, el más seguro, pero por contra el más costoso de
implementar.
RAID 10 es ideal para sistemas de emisión critica, donde se requiera mayor confiabilidad
de la información , ya que pueden fallar dos discos inclusive (uno por cada canal) y los
datos todavía se mantienen en línea .Es apropiado también en escritura aleatorias
pequeñas .
RAID 0+1: High Data Transfer Performance
RAID Nivel 0+1 requiere un mínimo de 4 unidades de disco
Características/Ventajas
RAID 0+1 es implementado como un espejo
cuyos segmentos son RAID 0
RAID 0+1 tiene la misma tolerancia a fallos
que RAID 5
RAID 0+1 tiene la misma tolerancia a fallos
que un disco espejo.
Desventajas
RAID 0+1 no debe ser confundido con RAID
10. Un simple fallo en una unidad causara el
reemplazo de todo el array, exactamente igual
que en el RAID 0.
Muy caro y elevada carga.
Limitada escabilidad y muy alto coste.
Altas velocidades de I/O son alcanzados
gracias a los múltiples segmentos
distribuidos.
Excelente solución para sitios que necesiten
alto rendimiento pero no preocupados en
alcanzar la máxima seguridad.
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Aplicaciones Recomendadas
•
•
Aplicaciones de imágenes
Servidor de ficheros.
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RAID 10: Very High Reliability combined with High Performance
RAID Level 10 requires a minimum of 4 drives to implement
Características/Ventajas
Desventajas
RAID 10 es implementado como una matriz
distribuida en la que los segmentos son
matrices RAID 1.
Muy caro / Alta carga
Muy limitada escabilidad y un alto coste.
RAID 10 la misma tolerancia a fallos que
RAID nivel 1.
Aplicaciones Recomendadas
Altas velocidades de I/O son alcanzadas por
los segmentos distribuidos de RAID 1.
Bajo determinadas circunstancias, RAID 10
puede tener varios fallos simultáneos en
distintas unidades.
Este nivel ofrece un 100 % de redundancia de
la información y un soporte para grandes
volúmenes de datos, donde el precio no es un
factor importante.
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•
Servidor de base de datos que
requieran un alto rendimiento y
tolerancia a fallos.
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RAID 2: "Acceso paralelo con discos especializados. Redundancia a través
del código Hamming"
Es el primer nivel de Raid que usa código de correcciones de error utilizando la
“generación Hamming” de código de error.
Este nivel cuenta con varios discos para bloques de redundancia y corrección de
errores. La división es a nivel de bits (el código ECC (Error Correction Code) se
intercala a través de varios discos a nivel de bit.), cada byte se graba con un bit cada
uno de los discos y un bit de paridad en el noveno y el acceso es simultaneo a todas las
unidades tanto en operaciones de escritura como lectura. Algunos de estos discos son
empleados para códigos de error, los cuales se emplean para referencias de los datos
en caso de que falle uno de los discos. Este nivel tiene un costo bastante elevado ya
que necesitamos muchos discos para mantener los códigos de error. Gracias a como
están distribuidos los datos en los discos se consigue mejorar la velocidad de
transferencia principalmente en la lectura ya que podemos emplear todos los discos en
paralelo.
Con un bit de paridad solo se puede detectar un único error, por lo que si esta
interesado en la recuperación de mas errores son necesarios mas discos adicionales.
Sistemas de nueve discos.
Estos discos aunque proporcionen un buen rendimiento no son muy empleados ya que
los niveles 1 –3 – 5 proporcionan una mayor relación costo/rendimiento.
RAID 2 no ha sido apenas implementado en productos comerciales, lo que también es
debido a que requiere características especiales en los discos y no usa discos
estándares.
Está diseñado para ser utilizado con discos que carecen de detección de error interna
(discos antiguos). Todos los discos SCSI soportan detección de error interna, por lo que
este nivel de RAID tiene muy poca utilidad práctica para esos modelos de discos.
Debido a que es esencialmente una tecnología de acceso paralelo, RAID 2 está más
indicado para aplicaciones que requieran una alta tasa de transferencia y menos
conveniente para aquellas otras que requieran una alta tasa de demanda I/O.
RAID 2: Hamming Code ECC
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Cada bit de una palabra es escrito a una unidad de disco de datos (4 en este ejemplo: 0
a 3). Cada palabra tiene un código Hamming ECC grabada en el disco ECC. Al leerse, el
código ECC verifica que el dato sea correcto o corrige el error en un disco.
Características/Ventajas
Desventajas
Corrección de errores en el mismo momento.
Solución cara, ya que requeriremos mucho
disco para guardar los códigos de error.
Son posibles altísimas velocidades de
transferencia de datos.
Diseño del controlador relativamente sencillo
en comparación con los niveles RAID 3,4 y 5
Tiempo de escritura de datos bastante lentos,
incluso aunque los datos se separen en los
diferentes discos
Elevado coste.
Se emplea para mejorar la velocidad de
transferencia.
No existen implementaciones comerciales por
no ser muy viable.
Podemos recuperar los datos gracias a los
discos de código de error.
RAID 3: "Acceso síncrono con un disco dedicado a paridad"
Conocido también como Striping con paridad dedicada. Dedica un único disco al
almacenamiento de información de paridad. La información de ECC (Error Checking and
Correction) se usa para detectar errores. La recuperación de datos se consigue
calculando el O exclusivo (XOR) de la información registrada en los otros discos. La
operación I/O accede a todos los discos al mismo tiempo, por lo cual el RAID 3 es mejor
para sistemas de un sólo usuario con aplicaciones que contengan grandes registros.
RAID 3 ofrece altas tasas de transferencia, alta fiabilidad y alta disponibilidad, a un coste
intrínsicamente inferior que un Mirroring (RAID 1). Sin embargo, su rendimiento de
transacción es pobre porque todos los discos del conjunto operan al unísono.
Los datos se dividen en fragmentos que se transfieren a los discos que funcionan en
paralelo, lo que permiten enviar más datos de una sola vez, y aumentar en forma
sustancial la velocidad general de transferencia de datos. Esta ultima característica
convierte a este nivel en idóneo para que estas aplicaciones que requieran la
transferencia de grandes ficheros contiguos hacia y desde el ordenador central.
Resultan mas adecuados para sistemas en los que trasfieren grandes cantidades de datos
secuencialmente, ejemplo audio, video. Para estos es el nivel Raid más eficiente ya que
nunca es necesario leer modificar, escribir el bloque de paridad. Es menos apropiado
para el tipo de acceso de base de datos en los cuales se necesitan transferir pequeñas
unidades de datos de manera aleatoria.
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No obstante en aquellos entornos en los que muchos usuarios desean leer y escribir
múltiple registros aleatorios, las peticiones de operaciones de entrada/salida simultáneas
pueden sobrecargar y ralentizar el sistema. En el nivel 3 de Raid los discos participan en
cada transacción, atendiendo cada petición de Entrada/Salida de una en una. Por
consiguiente el nivel 3 de Raid no es una opción adecuada para operaciones
transaccionales, en la que la mayor parte del tiempo se emplea en buscar pequeños
registros esparcidos aleatoriamente en los discos.
Se necesita un mínimo de tres unidades para implementar una solución RAID 3.
RAID 3: Parallel transfer with parity
The data block is subdivided ("striped") and written on the data disks. Stripe parity is
generated on Writes, recorded on the parity disk and checked on Reads.
RAID 3 requiere un mínimo de 3 unidades de disco.
Características/Ventajas
Desventajas
Muy alta velocidad en lectura y escritura de
datos.
Diseño de controlador bastante compleja.
Un fallo en un disco tiene un insignificante
impacto en la transferencia.
Si perdemos el disco de paridad perdemos
toda la información redundante que teníamos
Tipo de escritura de datos bastante lento.
Una baja velocidad del disco ECC (Parity) al
disco de datos implica una alta eficiencia.
Aplicaciones Recomendadas
Gracias al disco de paridad podemos
recuperar datos.
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•
•
•
Edición de video.
Edición de imágenes.
Servidores de aplicación.
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RAID 53: High I/O Rates and Data Transfer Performance
RAID 53 requiere un mínimo de 5 unidades de disco.
Características/Ventajas
Desventajas
RAID 53 debería realmente llamarse "RAID
03" porque implementa una matriz distribuida
(RAID 0) cuyos segmentos son RAID 3.
Muy caro de implementar.
RAID 53 tiene la misma tolerancia a fallos que
RAID 3.
Altas velocidades de transferencia son
alcanzadas gracias a los segmentos de RAID
3.
Altas velocidades de I/O para pequeñas
solicitudes son alcanzadas gracias a la
segmentación de RAID 0.
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La distribución en Bytes empobrece la
utilización de la capacidad formateada.
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RAID 4: "Acceso Independiente con un disco dedicado a paridad."
Basa su tolerancia al fallo en la utilización de un disco dedicado a guardar la información
de paridad calculada a partir de los datos guardados en los otros discos. En caso de
avería de cualquiera de las unidades de disco, la información se puede reconstruir en
tiempo real mediante la realización de una operación lógica de O exclusivo. Debido a su
organización interna, este RAID es especialmente indicado para el almacenamiento de
ficheros de gran tamaño, lo cual lo hace ideal para aplicaciones gráficas donde se
requiera, además, fiabilidad de los datos.
El nivel 4 de Raid es preferible al nivel 2 de Raid para pequeños bloques de datos, por
que en este nivel, los datos son distribuidos por sectores y no por bits .Otra ventaja del
nivel 4 de RAID frente a los niveles 2 y 3 es que al mismo tiempo puede estar activa
mas de una operación de lectura escritura sobre el conjunto de discos.
La ventaja con el RAID 3 está en que se puede acceder a los discos de forma individual.
RAID 4 se diferencia de RAID 3 en que mientras el primero guarda datos en bandas de
un sector a la vez, RAID 3 lo hace en bandas de un byte a la vez.
Se necesita un mínimo de tres unidades para implementar una solución RAID 4.
RAID 4: Independent Data disks with shared Parity disk
Each entire block is written onto a data disk. Parity for same rank blocks is generated on
Writes, recorded on the parity disk and checked on Reads.
RAID 4 requiere un mínimo de 3 unidades de disco.
Características/Ventajas
Desventajas
Alta velocidad de lectura en transacciones.
Diseño del controlador bastante complejo.
Buen rendimiento en las escrituras de datos.
Worst Write transaction rate and Write
aggregate transfer rate
Tiene integridad de datos.
Si perdemos el disco de paridad, perdemos
toda la información redundante que teníamos.
Menor rendimiento en las lecturas de datos.
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RAID 5: "Acceso independiente con paridad distribuida."
Este array ofrece tolerancia al fallo, pero además, optimiza la capacidad del sistema
permitiendo una utilización de hasta el 80% de la capacidad del conjunto de discos. Esto
lo consigue mediante el cálculo de información de paridad y su almacenamiento
alternativo por bloques en todos los discos del conjunto. La información del usuario se
graba por bloques y de forma alternativa en todos ellos. De esta manera, si cualquiera de
las unidades de disco falla, se puede recuperar la información en tiempo real, sobre la
marcha, mediante una simple operación de lógica de O exclusivo, sin que el servidor deje
de funcionar.
Así pues, para evitar el problema de cuello de botella que plantea el RAID 4 con el disco
de comprobación, el RAID 5 no asigna un disco específico a esta misión sino que asigna
un bloque alternativo de cada disco a esta misión de escritura, es decir, RAID 5 guarda la
paridad del dato dentro de los discos y no hace falta un disco para guardar dichas
paridades. Al distribuir la función de comprobación entre todos los discos, se disminuye el
cuello de botella y con una cantidad suficiente de discos puede llegar a eliminarse
completamente, proporcionando una velocidad equivalente a un RAID 0.
RAID 5 es el nivel de RAID más eficaz y el de uso preferente para las aplicaciones de
servidor básicas para la empresa. Comparado con otros niveles RAID con tolerancia a
fallos, RAID 5 ofrece la mejor relación rendimiento-coste en un entorno con varias
unidades. Gracias a la combinación del fraccionamiento de datos y la paridad como
método para recuperar los datos en caso de fallo, constituye una solución ideal para los
entornos de servidores en los que gran parte del E/S es aleatoria, la protección y
disponibilidad de los datos es fundamental y el coste es un factor importante. Este nivel
de array es especialmente indicado para trabajar con sistemas operativos multiusuarios.
Los niveles 4 y 5 de RAID pueden utilizarse si se disponen de tres o más unidades de
disco en la configuración, aunque su resultado óptimo de capacidad se obtiene con siete
o más unidades. RAID 5 es la solución más económica por megabyte, que ofrece la mejor
relación de precio, rendimiento y disponibilidad para la mayoría de los servidores.
Es recomendable para aplicaciones intensas de entrada/salida y lectura/escritura, tal
como procesamiento de transacciones.
Se necesita un mínimo de tres unidades para implementar una solución RAID 5.
RAID 5: Independent Data disks with distributed parity blocks
Each entire data block is written on a data disk; parity for blocks in the same rank is
generated on Writes, recorded in a distributed location and checked on Reads.
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RAID 5 requiere un mínimo de 3 unidades de disco.
Características/Ventajas
Desventajas
Alta velocidad de lectura en transacciones.
Un fallo en un disco tiene un medio impacto
en la transferencia.
Media velocidad de escritura en
transacciones.
Diseño del controlador complejo.
Alto rendimiento en aplicaciones de velocidad
de demanda interactiva.
El rendimiento en las escrituras de datos es
bajo.
Costo efectivo. No desaprovecha un disco
exclusivamente para paridad.
No aumenta el rendimiento en las
aplicaciones, aunque la velocidad de
transferencia de datos es alta.
Se pueden recuperar datos.
Aplicaciones Recomendadas
•
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•
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Servidor de ficheros y aplicaciones.
Servidor de Base de Datos.
Servidores web, Email.
Servidores Intranets
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RAID 6: "Acceso independiente con doble paridad"
Similar al RAID 5, pero incluye un segundo esquema de paridad distribuido por los
distintos discos y por tanto ofrece tolerancia extremadamente alta a los fallos y a las
caídas de disco, ofreciendo dos niveles de redundancia. Hay pocos ejemplos
comerciales en la actualidad, ya que su coste de implementación es mayor al de otros
niveles RAID, ya que las controladoras requeridas que soporten esta doble paridad son
más complejas y caras que las de otros niveles RAID. Así pues, comercialmente no se
implementa.
RAID 6: Independent Data disks with two independent distributed
parity schemes
Características/Ventajas
Desventajas
RAID 6 es esencialmente una extensión de
RAID 5 que permite tolerancia a fallos
adicional usando un segundo esquema de
paridad independiente.
Diseño del controlador complejo.
RAID 6 proporciona una extremada tolerancia
a fallos y puede soportar varios errores de
disco simultáneos.
Solución perfecta para aplicaciones críticas.
Podemos recuperar diversos errores
simultáneamente.
Nivel de integridad muy elevado solución
perfecta para aplicaciones criticas.
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Requiere N+2 unidades para la
implementación debido a las 2 dimensiones
que se usan para la paridad.
El rendimiento en escritura de datos es
bastante lento.
No se dispone de muchas implementaciones
comerciales en el nivel de Raid 6.
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RAID 7: Optimized Asynchrony for High I/O Rates as well as High
Data Transfer Rates
Architectural Features:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
All I/O transfers are asynchronous, independently controlled and cached including host interface transfers
All reads and write are centrally cached via the high speed x-bus
Dedicated parity drive can be on any channel
Fully implemented process oriented real time operating system resident on embedded array control
microprocessor
Embedded real time operating system controlled communications channel
Open system uses standard SCSI drives, standard PC buses, motherboards and memory SIMMs
High speed internal cache data transfer bus (X-bus)
Parity generation integrated into cache
Multiple attached drive devices can be declared hot standbys
Manageability: SNMP agent allows for remote monitoring and management
Características/Ventajas
Desventajas
Overall write performance is 25% to 90%
better than single spindle performance and
1.5 to 6 times better than other array levels
One vendor proprietary solution
Host interfaces are scalable for connectivity or
increased host transfer bandwidth
Small reads in multi user environment have
very high cache hit rate resulting in near zero
access times
Write performance improves with an increase
in the number of drives in the array
Access times decrease with each increase in
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Extremely high cost per MB
Very short warranty
Not user serviceable
Power supply must be UPS to prevent loss of
cache data
Tecnología RAID
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the number of actuators in the array
No extra data transfers required for parity
manipulation
RAID 7 is a registered trademark of Storage Computer
Corporation.
OTROS SISTEMAS RAID:
Raid 30
Es ideal para aplicaciones no interactiva, tal como señales de grafico e imágenes. Se
conoce también como Striping de arreglos de paridad dedicada. La información es
distribuida a través de los discos, como en Raid 0 y utiliza paridad dedicada, como Raid
3, en un segundo canal, requiere mínimo 6 discos.
Ventajas:
-
Proporciona una alta confiabilidad igual que el Raid 10 ya que también es capaz
de tolerar dos fallas físicas en canales diferentes, manteniendo la información
disponible.
Ambientes donde implementarlo:
Raid 30 es mejor para aplicaciones no interactivas, tal como señales de video, gráficos,
que procesan secuencialmete grandes archivos y requieren alta velocidad y
disponibilidad.
Raid 50
Esta diseñado para aplicaciones que requieren un almacenamiento altamente confiable
una elevada tasa de lectura y un buen rendimiento en la transferencia de datos con un
nivel de Raid 50 , la información se reparte en los discos y se usa paridad distribuida ,
por eso se conoce como Striping de arreglo de paridad distribuidas .Se requiere mínimo 6
discos
Ventajas:
-
Se logra confiabilidad de la información, un buen rendimiento en general, y
además soporta grandes volúmenes de datos. Igualmente si dos discos sufren
fallas físicas en diferentes canales, la información no se pierde.
Ambientes donde implementarlo:
Raid 50 es ideal para aplicaciones que requieran
un almacenamiento altamente
confiable, una elevada tasa de lectura , y un buen rendimiento en la transferencia de
datos .A este nivel se encuentran aplicaciones de oficina con muchos usuarios accediendo
a pequeños archivos, al igual que procesamiento de transacciones.
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Tecnología RAID
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Tipos de RAID
Existen dos tipos de tecnología RAID: basada en software y basada en hardware.
Cada uno de ellos tiene sus ventajas y sus inconvenientes.
A su vez, el RAID basado en hardware puede ser basado en host o RAID externo.
La ventaja de los RAID basados en hardware es su independencia de la plataforma o
sistema operativo, ya que son vistos por éste como un gran disco duro más, y además
son mucho más rápidos, entre otras ventajas. Los sistemas RAID software no son
implementaciones adecuadas en la mayoría de los casos, y cada vez son menos
empleados.
El software RAID puede ser una opción apropiada cuando el factor de decisión es el
coste inicial. Sin embargo, cuando se considera el coste total de propiedad, los costes
ocultos del software RAID pueden convertirlo en la opción más cara a largo plazo. Este
coste más elevado de propiedad del RAID basado en software, es debido a la
productividad más baja del usuario, costes más altos de gestión y reconfiguración.
Sistemas operativos de redes como NetWare y Windows NT incluyen software RAID
integrado. Todas las funciones RAID son manejadas por la CPU, lo que puede ralentizar
en exceso otras aplicaciones. Este tipo de RAID no ofrece protección para el sistema
operativo, a menos que se añada una unidad adicional a la matriz. Además, el RAID
basado en software no cuenta con importantes características, como el intercambio de
unidades de repuesto en funcionamiento, matrices de arranque y funciones de gestión
remota. La utilización excesiva de la CPU es su principal inconveniente. Las soluciones
RAID dependen del software para controlar la matriz. Sin embargo, las matrices basadas
en software ejecutan todos los comandos de E/S y los algoritmos con numerosas
operaciones matemáticas en la CPU del host. Esto puede ralentizar el rendimiento del
sistema, ya que aumenta el tráfico del bus PCI del host y la utilización e interrupciones
de la CPU. El uso del software RAID puede degradar el rendimiento del sistema hasta un
nivel en el que resulta más costoso actualizar.
A diferencia de las matrices basadas en software, las que están basadas en hardware
utilizan controladores RAID que se conectan a una ranura PCI del host. Con tan sólo una
diferencia mínima de precio con respecto al coste del controlador que se necesita para el
software RAID, el hardware RAID ofrece ventajas significativas en lo que respecta a:
• Rendimiento
• Integridad de los datos
• Gestión de matrices
El hardware RAID basado en host supone un mayor rendimiento que el RAID basado en
software, sin embargo la solución más profesional y de gama alta es la solución
hardware RAID externa. En este caso, las operaciones RAID se llevan a cabo mediante
un controlador situado en el subsistema de almacenamiento RAID externo, que se
conecta al servidor mediante un adaptador de bus de host SCSI o Fibre Channel. Las
soluciones RAID externas son independientes del sistema operativo, aportan mayor
flexibilidad y permiten crear sistemas de almacenamiento de gran capacidad para
servidores de gama alta.
La mayoría de los Sistemas Operativos de Red modernos (Windows NT, Netware, Solaris,
SCO Unix, etc.), tienen capacidad de manejar algunos de los niveles antes mencionados
de RAID (Sistemas RAID basados en software), pero cuando se buscan altos niveles de
seguridad en la redundancia de la información almacenada, se recurre a Sistemas RAID
basados en hardware. Además de ser más seguras, las soluciones RAID basadas en
hardware son también más rápidas que las soluciones basadas en software.
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Tecnología RAID
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El Disk Array y el Back-Up
Un Disk Array nos brinda seguridad de trabajo con nuestros datos, ya que en caso
que falle algún componente o de hecho, se dañe alguno de los discos rígidos, el Sistema
seguirá funcionando ininterrumpidamente y Ud. no perderá sus datos -dependiendo de
los niveles de seguridad que Ud. haya elegido-.
Sin embargo, tener los datos en un Sistema Disk Array no significa que los
datos estén resguardados. El resguardo de datos se hace para que sea lo que fuere
que ocurra con nuestros discos rígidos, ya sean fallas del hardware, errores o siniestros
-como robo, incendio, inundaciones, boicot, error humano, derrumbes en el edificio
donde esté el sistema, etc.- que provoquen la pérdida parcial o total de nuestros datos;
tengamos una copia de los datos de el día anterior o por lo menos de una semana atrás.
Esa copia es el backup, que debe realizarse sobre una cinta o un medio óptico, y debe
guardarse en un lugar físico distinto y alejado de donde se encuentran los discos.
Entonces un Sistema Disk Array requiere indefectiblemente el Back-up.
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GLOSARIO DE TÉRMINOS
A________________________________
ASP: Aplication Service Providers (Proveedor de Servicios de Aplicaciones). Modelo
de negocio de software que se centra en el alquiler de las aplicaciones (sistemas ERP,
soluciones CRM, aplicaciones verticales, aplicaciones ofimáticas, etc.) utilizando Internet
como canal de distribución, encargándose el ASP del almacenamiento de dichas
aplicaciones (Application Hosting) y de la administración, soporte, mantenimiento y
seguridad de la información y/o datos del cliente, el cual se despreocupa de la
infraestructura de sus sistemas informáticos y se centra en el negocio objeto de su
actividad principal.
D________________________________
DAS: Direct Attached Storage. Es el método tradicional de almacenamiento y el más
sencillo. Consiste en conectar el dispositivo de almacenamiento directamente al servidor
o estación de trabajo, es decir, físicamente conectado al dispositivo que hace uso de él.
F_________________________________
Fibre Channel: Es un estándar de conexión de alto rendimiento diseñado para realizar
comunicaciones bidireccionales de datos en serie entre servidores, subsistemas de
almacenamiento masivo y periféricos, a través de concentradores, conmutadores y
conexiones punto a punto. Fibre Channel proporciona conectividad de larga distancia y
el ancho de banda necesario para transferir de forma eficaz grandes archivos de datos
entre el servidor y los sistemas de almacenamiento. Desaparecen las limitaciones de
SCSI. Resulta ideal para redes SAN, grupos de ordenadores y otras configuraciones
informáticas en las que existe un flujo de datos intensivo. El Fibre Channel puede ir
tanto sobre cable de cobre como en fibra óptica.
H________________________________
Host: Ordenador "servidor" en red que provee servicios y/o aplicaciones a otros
ordenadores.
Host Bus Adapter (HBA): Adaptador de bus de host. Localizado dentro de un servidor
(conectado en el bus del host) permite la comunicación entre el mismo y los equipos,
periféricos y/o componentes del sistema. Los HBA pueden utilizar diferentes protocolos:
SCSI, Fibre Channel, etc. Los host bus adapters Fibre Channel permiten conectar los
servidores a la SAN y dispositivos Fibre Channel.
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Hot Swap: Habilidad de sustituir un dispositivo o componente defectuoso de un
sistema y reemplazarlo por otro sin apagar el sistema y sin interferir en las funciones
de otros dispositivos. También llamado "cambio en caliente".
J_________________________________
JBOD: Just a bunch of disks. Conjunto de discos.
N________________________________
NAS: Network Attached Storage. El dispositivo de almacenamiento NAS se conecta a
una red local (LAN), normalmente Ethernet, y dispone de una dirección IP propia. Con
un único NAS se proporciona capacidad de almacenamiento para múltiples servidores.
R________________________________
RAID: Acrónimo del inglés "Redundant Array of Independent Disks". Significa
matriz redundante de discos independientes. RAID es un método de combinación de
varios discos duros para formar una única unidad lógica en la que se almacenan los
datos de forma redundante. Ofrece mayor tolerancia a fallos y más altos niveles de
rendimiento que un sólo disco duro o un grupo de discos duros independientes.
S________________________________
SAN (Storage Area Network) es una red independiente de almacenamiento de altas
prestaciones basada en tecnología Fibre Channel. Su función es centralizar el
almacenamiento de los ficheros en una red de alta velocidad y máxima seguridad. Es
una solución global donde se comparte todo el área de almacenamiento corporativo.
Más información de la tecnología Fibre Channel/ SAN.
SCSI (pronunciado "escasi"): son las siglas de Small Computer Systems
Interface. Interfaz de alta velocidad. El bus SCSI es el más empleado en los servidores
de datos para la conexión de dispositivos de almacenamiento mediante la instalación de
una tarjeta SCSI. Sus principales limitaciones son el ancho de banda, la longitud física
del bus y el número de dispositivos que pueden conectarse (hasta 15).
SNIA: Storage Networking Industry Association. Asociación internacional que
concentra su actividad en las tecnologías asociadas a las redes de almacenamiento. El
propósito de la organización es desarrollar estándares abiertos que permitan desarrollar
tecnologías realmente útiles, eficientes y fiables para el sector del almacenamiento. El
SNIA representa un punto de encuentro entre los fabricantes de productos de
almacenamiento y networking, junto a integradores de sistemas, fabricantes de
aplicaciones y proveedores de servicios. Está formado por numerosas empresas, entre
las que se encuentran las principales compañías informáticas del mundo. Su fundación
data del año 1997 en Estados Unidos, pero en Europa su presencia es más reciente,
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Tecnología RAID
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desde diciembre del año 2000. SM DATA es la primera empresa tecnológica
nacional que se convierte en miembro activo del foro, y ha sido admitida por su
especialización tecnológica en el sector del almacenamiento y su know how técnico.
SSP: Storage Service Provider. Centros proveedores de capacidad de
almacenamiento a sus clientes.
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