Blog elhacker.NET: Niveles RAID (Tipos, ventajas e inconvenientes)

Niveles RAID (Tipos, ventajas e inconvenientes)

jueves, 12 de diciembre de 2013 | Publicado por el-brujo | Editar entrada

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

Ningún sistema RAID sustituye a las copias de seguridad tradicionales (Lo que RAID no puede hacer)

RAID no protege los datos. Un sistema RAID no impedirá que los datos se vean modificados o borrados como consecuencia de errores accidentales. Ni tampoco podrá evitar que los datos se dañen (corrompan). Por ejemplo en una ataque de virus o malware tipo Ransomware, un nivel RAID no sirve para nada, no protege nada.
RAID no hace que la recuperación ante desastres sea más simple. Las herramientas de recuperación de datos deberán soportar los controladores RAID apropiados, de lo contrario no podrán acceder a los datos almacenados en los discos afectados. Generalmente los dispositivos NAS/SAN incluyen funcionalidades de “backups”, como la replicación remota, que permite duplicar RAIDs entre unidades o en ubicaciones remotas utilizando la nube.

Niveles RAID (RAID Levels)

El término RAID es un 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.

Las principales finalidades de un sistema RAID son:

Mejorar la tolerancia a fallos y errores.
Aumentar la integridad de los datos.
Mejorar el rendimiento de los sistemas.
Ofrecer una alternativa económica frente a los sistemas SCSI.

Por lo tanto sus ventajas son:

Mayor fiabilidad
Mayor rendimiento y tasa de transferencia
Mayor capacidad de almacenamiento
Mayor integridad.

Consideraciones previas:

Si deseas hacer un modo RAID con unidades de disco duro, ya sea por el sistema operativo o para el almacenamiento de datos únicamente, tienes que tomar esa decisión antes de instalar el sistema operativo. Existen algunas placas bases Asus con el sistema EZ Backup "Drive Xpert" que permite hacerlo por BIOS en cualquier momento, pero no es lo habitual. Este sistema funciona porque no depende de drivers y lo gestiona una controladora. El ajuste de BIOS 'Configurar SATA como "/" Configuración SATA' tiene que ser ajustado a [RAID] antes de que el sistema operativo se instale No es posible cambiar el modo predeterminado IDE o modo AHCI, en modo RAID después de la instalación del sistema operativo.

Tabla Comparativa Resumen niveles RAID

	RAID 0	RAID 1	RAID 5	RAID 6	RAID 10 (1+0)
Cantidad mínima de discos	2	2	3	4	4
Método aplicado	Striping	Espejo (Mirroring)	Striping y paridad	Striping y doble paridad	Striping de los datos en espejo
Seguridad ante fallos	Baja	Muy alta; puede fallar una unidad	Media; puede fallar una unidad	Alta; pueden fallar dos unidades	Muy alta; puede fallar una unidad por subgrupo
Capacidad de almacenamiento de los datos de usuario	100 %	50 %	67 % (aumenta con cada disco adicional)	50 % (aumenta con cada disco adicional)	50 %
Velocidad de escritura	Muy alta	Baja	Media	Baja	Media
Velocidad de lectura	Muy alta	Media	Alta	Alta	Muy alta
Coste	Bajo	Muy alto	Medio	Alto	Muy alto

RAID 0 - División - Stripping

"La más alta transferencia, pero sin tolerancia a fallos".

Mínimo 2 discos
Gran velocidad en las operaciones de lectura y escritura.
Sin tolerancia a fallos (si falla un disco, falla todo)

RAID 1 - Espejo - Mirroring

"Redundancia. Más rápido que un disco y más seguro"
El más utilizado

Recuerda que un RAID 1 nunca debe sustituir a las copias de seguridad (backup)

RAID1 no sirve absolutamente de nada para proteger de:

1. Borrado accidental o error del usuario
2. Virus o programas dañinos
3. Robo o daño físico
4. Corrupción de datos u otra falla de hardware o perdida de corriente eléctrica

Mínimo 2 discos
2 discos iguales al menos en capacidad
Se realiza una copia exacta en todo momento de los datos que se están modificando

RAID 2

Este nivel de RAID es poco utilizado, ya que básicamente se basa realizar un almacenamiento de forma distribuida en varios discos a nivel de bit. A su vez se crea un código de error de esta distribución de datos y se almacena en unidades exclusivamente destinadas a este propósito. De esta forma todos los discos del almacén podrán ser monitorizados y sincronizados para leer y escribir datos. Debido a que los discos actualmente ya traen consigo un sistema de detección de errores, esta configuración es contraproducente y se utiliza el sistema de paridad.

RAID 3

Esta configuración tampoco es utilizada actualmente. Consiste en dividir los datos a nivel de byte en las distintas unidades que forma el RAID, excepto una, en donde se almacena información de paridad para poder unir estos datos al ser leídos. De esta forma cada byte almacenado tiene un bit extra de paridad para identificar errores y poder recuperar datos en caso de pérdida de una unidad.

La ventaja de esta configuración es que los datos, están divididos en varios discos y el acceso a la información es muy rápido, tanto como discos en paralelo haya. Para configurar este tipo de RAID es necesario como mínimo 3 discos duros.

RAID 4

También se trata de almacenar los datos de forma dividida en bloques entre los discos del almacén, dejando uno de ellos para almacenar los bits de paridad. La diferencia fundamental respecto a RAID 3 es que, si perdemos una unidad, los datos pueden ser reconstruidos en tiempo real gracias a los bits de paridad calculados. Está orientado al almacenamiento de archivos de gran tamaño sin necesidad de tener redundancia de ellos, pero la grabación de datos es más lenta debido precisamente a la necesidad de hacer éste cálculo de paridad cada vez que se grabe algo.

RAID 5

RAID 5: “array” de discos con “striping” a nivel bloque y paridad distribuida.

Por su bajo coste RAID 5 es una de las implementaciones más populares. Utiliza “striping” de datos a nivel de bloque distribuyendo la información de paridad entre todos los discos que conforman el “array”. Esta combinación proporciona un excelente rendimiento y buena tolerancia a fallos.

Es como RAID 10 & 01 pero con mayor capacidad. La seguridad utiliza la paridad en cada disco duro. Se debe tener 3 discos duros como mínimo.

La capacidad de almacenamiento es igual a el número de unidades - 1 (ya que una de las unidades se utiliza para los datos de paridad).

Mínimo 3 discos

La RAID 5 está diseñada para ofrecer el nivel de rendimiento de una RAID 0 con una redundancia más económica y es el nivel RAID más habitual en la mayoría de empresas

RAID 6

El RAID es básicamente una ampliación del RAID 5, en el que se añade otro bloque de paridad para hacer un total de dos. Los bloques de información se repartirán nuevamente en unidades distintas y de igual forma los bloques de paridad también están almacenados en dos unidades distintas. De esta forma el sistema será tolerante al fallo de hasta dos unidades de almacenamiento, pero, en consecuencia, necesitaremos hasta cuatro unidades para poder formar un RAID 6E. En este caso también existe una variante RAID 6e con el mismo objetivo que la del RAID 5E.

Niveles RAID Anidados

Dejamos atrás los 6 niveles básicos de RAID para entrar en los niveles anidados. Como podremos suponer, estos niveles son básicamente sistemas que cuentan con un nivel principal de RAID, pero que a su vez contienen otros subniveles que funcionan en otra configuración distinta.

De esta forma existen distintas capas de RAID que son capaces de realizar de forma simultánea las funciones propias de los niveles básicos, y así poder combinar por ejemplo la capacidad de acceso de lectura más rápido con un RAID 0 y la redundancia de un RAID 1.

Veamos pues cuáles son los más utilizados a día de hoy

RAID 0+1

Combinación de los arrays anteriores que proporciona velocidad y tolerancia a fallos 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 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 (RAID 1+0 y RAID 0+1)

Garantiza la integridad de los datos y aumenta el rendimiento. Es necesario tener 4 discos como mínimo.

Combinación de las matrices RAID anteriores que proporciona velocidad y tolerancia al fallo simultáneamente. El nivel de RAID 10 (0+1) fracciona los datos para mejorar el rendimiento, pero también utiliza un conjunto de discos duplicados para conseguir redundancia de datos. 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 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. Por ejemplo , 4 unidades de 120 GB en una matriz RAID 10 aparecerán como una sola de 240 GB en el sistema operativo

Niveles RAID anidados o híbridos (Nested RAID)

Muchas controladoras permiten combinar niveles RAID, es decir, que un RAID pueda usarse como
elemento básico de otro en lugar de discos físicos. La nomenclatura de los RAID anidados es normalmente el resultado de la unión de los números correspondientes a los niveles RAID usados. Por ejemplo, RAID 01 es el resultado de combinar RAID 0 con RAID 1 (en este caso se suele utilizar la nomenclatura RAID 0+1 para evitar confusiones con RAID 1).

RAID 0+1: Un espejo de divisiones (mínimo 4 discos)
RAID 1+0: Una división de espejos
RAID 30: Una división de niveles RAID con paridad dedicada
RAID 100: Una división de una división de espejos
RAID 10+1: Un Espejo de espejos

RAID por Hardware o por Software

Existen 2 tipos de RAID, uno basado en hardware y el otro basado en software. Cada uno posee ventajas y desventajas. El primer tipo es el más utilizado, pues no depende de un sistema operativo (pues estos ven al RAID como un único disco grande) y son bastante rápidos, lo que posibilita explorar íntegramente sus recursos

FakeRaid

Es una especie de raid basada en hardware/software. Un RAID por software y un fakeRAID tienen un rendimiento similar.

Implementaciones RAID híbridas han llegado a ser muy popular con la introducción de controladoras RAID de bajo costo, implementado mediante un controlador de disco estándar y las extensiones de BIOS (software) para proporcionar la funcionalidad RAID. El sistema operativo requiere controladores de dispositivos RAID especializados que presentan el arreglo como un bloque único, basado en disco lógico. Puesto que estos controladores en realidad hacer todos los cálculos en software, no hardware, a menudo son llamados "fakeraids", y tienen casi todas las desventajas de RAID de hardware y software.

Intel Rapid Storage Technology (IRST)

Por ejemplo si una placa base es compatible con la tecnología Intel® Rapid Storage, puede crear configuraciones RAID 0, RAID 1, RAID 5 o RAID 10.

mdadm ( raid por software en linux)

La controladora RAID software del kernel de Linux (llamada md, de multiple disk, ‘disco múltiple’). mdadm viene de (multiple devices admin).

Creando un Array

El modo Create (mdadm --create) se utiliza para crear un nuevo array. En este ejemplo utilizaré mdadm para crear un RAID-0 en /dev/md0 construido con /dev/sdb1 y /dev/sdc1:

# mdadm --create --verbose /dev/md0 --level=0
--raid-devices=2 /dev/sdb1 /dev/sdc1
mdadm: chunk size defaults to 64K
mdadm: array /dev/md0 started.

Crear RAID 1:

mdadm --create /dev/md0 --level=mirror --raid-devices=2 /dev/sda1 /dev/sdb1

La opción --level especifica el tipo de RAID a crear, de la misma manera que lo hace la opción raid-level de raidtools. Es posible indicar 0, 1, 4 y 5 para RAID-0, RAID-1, RAID-4 y RAID-5. También es posible utilizar el modo lineal (--level=linear). La opción --raid-devices funciona de la misma manera que la opción nr-raid-disks cuando se utiliza /etc/raidtab y raidtools.

mdadm --detail --scan >> /etc/mdadm.conf

# cat /proc/mdstat
Personalities : [raid1]
md3 : active raid1 sda4[0] sdb4[1]
      1822442815 blocks super 1.2 [2/2] [UU]

md2 : active raid1 sda3[0] sdb3[1]
      1073740664 blocks super 1.2 [2/2] [UU]

md1 : active raid1 sda2[0] sdb2[1]
      524276 blocks super 1.2 [2/2] [UU]

md0 : active raid1 sda1[0] sdb1[1]
      33553336 blocks super 1.2 [2/2] [UU]

unused devices:

Si el RAID está intacto, se muestra [UU].

Una unidad que falta o está defectuosa se muestra con [U_] y / o [_U].

Mostrar estado del RAID

mdadm -D /dev/md0

mdadm --detail /dev/md0

/dev/md0:
        Version : 1.0
Creation Time : Tue Nov 26 08:38:58 2013
     Raid Level : raid1
     Array Size : 16777088 (16.00 GiB 17.18 GB)
Used Dev Size : 16777088 (16.00 GiB 17.18 GB)
   Raid Devices : 2
Total Devices : 2
    Persistence : Superblock is persistent

    Update Time : Tue Nov 26 08:41:24 2013
          State : clean
Active Devices : 2
Working Devices : 2
Failed Devices : 0
Spare Devices : 0

           Name : rescue:0
         Events : 21

    Number   Major   Minor   RaidDevice State
       0       8        1        0      active sync   /dev/sda1
       1       8       17        1      active sync   /dev/sdb1

Estado del RAID

RAID MD0 sincronizado (clean)

RAID MD0 no sincronizado (degraded)

RAID MD0 sincronizándose (rebuild)

Quitar el RAID de cada partición:

# mdadm /dev/md0 -r /dev/sdb1
# mdadm /dev/md1 -r /dev/sdb2
# mdadm /dev/md2 -r /dev/sdb3
# mdadm /dev/md3 -r /dev/sdb4

Crear el RAID para cada partición :

Nota : Si tiene varias particiones definidas en RAID (md1, md2, md3...) deberá verificar el estado del RAID para cada partición de RAID y lanzar una reconstrucción para cada una de ellas.

# mdadm /dev/md0 -a /dev/sdb1
# mdadm /dev/md1 -a /dev/sdb2
# mdadm /dev/md2 -a /dev/sdb3
# mdadm /dev/md3 -a /dev/sdb4

Monitorizar el RAID :

  mdadm --monitor --daemonise --mail=root@localhost --delay=1800 /dev/md0

Sincornizar el RAID al qutiar un disco duro y añadir uno nuevo

mdadm /dev/md0 --manage --add /dev/sdb1

Windows software Raid

Discos dinámicos

Los Windows Server (2000, 2003 y 2008 ) incluyen dentro del Administrador de discos lo necesario para crear un RAID por software desde el propio Windows, los discos que participan en el RAID por software pasan a ser denominados dinámicos.

Windows ha incorporado en el sistema operativo la capacidad de los discos RAID (desde Windows 2000, creo). Las mayores ventajas son que no requiere hardware especial o los drivers ya que está completamente gestionado por el sistema operativo Windows.

Software RAID implementa los diferentes niveles de RAID en el kernel (dispositivo de bloque) código. Ofrece la solución más barata posible, como costosas tarjetas controladoras de disco o chasis intercambiables en caliente no son necesarios. RAID por software también funciona con discos IDE más baratos así como discos SCSI. Con las rápidas CPU de hoy, el rendimiento del software RAID puede sobresalir respecto al hardware RAID.

Limitación tamaño 2TB

Debido a una limitación de Microsoft para MBR (Master Boot Record), discos duros que se inicializan como discos MBR sólo ve los 2TB y el resto de la unidad es invisible e inaccesible.

Para crear volúmenes RAID, o cualquier otra partición para el caso, de más de 2 TB, el disco duro o un volumen RAID, tiene que ser inicializado como GPT (Tabla de particiones GUID). El principal inconveniente es que con un volumen GPT, es que el volumen no es de arranque - a menos que el ordenador tiene una (U) EFI BIOS. (U) EFI significa (Unificado) Interfaz de Firmware Extensible.

Esto significa que un volumen RAID, que aloja el sistema operativo (SO), no puede ser superior a 2 TB.

GPT sólo se aplica a WinXP x64, Vista x64 SP1, Windows 7, Windows Server 2003 y Windows Server 2008 R2 (o posterior).

(Otro problema relacionado con particiones GPT, es que en una configuración de arranque dual, las dos unidades del sistema tiene que ser del mismo tipo, normalmente conduce MBR).

Etiquetas: array , discos dinámicos , hardware , levels , linux , manual , mdadm , raid , software , sysadmin , tutorial , Windows

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