Proteccin - Sistemas RAIDJunio 2014

Presentacin de la tecnologa RAIDLa tecnologa RAID (sigla que significa Redundant Array of Inexpensive Disks, conjuntoredundante de discos de bajo costo, o en algunos casos Redundant Array of Independent Disks,conjunto redundante de discos independientes) permite al usuario formar una unidad dealmacenamiento a partir de varios discos rgidos. Por tanto, la unidad creada (denominadaclster) es altamente tolerante a los errores (disponibilidad alta) o posee una mayorcapacidad/velocidad de escritura. La distribucin de datos en varios discos rgidos proporcionauna mayor seguridad de los datos y servicios asociados ms fiables.Esta tecnologa fue desarrollada en 1987 por tres investigadores (Patterson, Gibson y Katz) en laUniversidad de California (Berkeley). Desde 1992, la junta consultiva para el uso de sistemasRAID (RAID Advisory Board) ha administrado estas especificaciones. Estas consisten en laformacin de una unidad con gran capacidad (y por lo tanto costosa) a partir de unidades mspequeas y econmicas (es decir, unidades en las que el MTBF, Mean Time Between Failure[tiempo medio entre fallos], sea corto).Con la tecnologa RAID, los discos unidos pueden utilizarse de maneras diferentes,denominadas niveles RAID. La Universidad de California ha definido 5 niveles, a los que sehan agregado los niveles 0 y 6. Cada uno de estos niveles describe la forma en la que sedistribuyen los datos en las unidades:

Nivel 0: denominado configuracin en bandas (striping)Nivel 1: Nivel 1: denominado rplica (mirroring), emulacin (shadowing) o duplicacin(duplexing)Nivel 2: Nivel 2: denominado configuracin en bandas con paridad (obsoleto)Nivel 3: Nivel 3: denominado conjunto de discos con datos entrelazados en bitsNivel 4: Nivel 4: denominado conjunto de discos con datos entrelazados en bloquesNivel 5: Nivel 5: denominado conjunto de discos con paridad distribuida de entrelazado debloquesNivel 6: Nivel 5: denominado conjunto de discos con paridad distribuida de entrelazado debloques

Cada uno de estos niveles constituye una forma de utilizar el clster, segn:el rendimientoel costoel acceso a los discos.

Nivel 0

El nivel RAID-0, denominado de configuracin en bandas (striping, concepto al que a vecesse denomina errneamente stripping) consiste en almacenar datos distribuyndolos en todaslas unidades de clster. Este nivel no tiene redundancia alguna y por tanto no tolera errores. Dehecho, si falla una de las unidades, los datos divididos y distribuidos por todas las unidades seperdern.Sin embargo, dado que cada unidad del clster posee su propio controlador, esta solucinofrece una velocidad de transferencia elevada.El RAID-0 supone la yuxtaposicin lgica (agregacin) de varios discos rgidos fsicos. En elmodo RAID-0, los datos se anotan en bandas (traduccin del trmino ingls "stripes"):

Unidad 1Banda 1Banda 4Banda 7

Unidad 2Banda 2Banda 5Banda 8

Unidad 3Banda 3Banda 6Banda 9

El trmino "striping" se utiliza para caracterizar el tamao relativo de los fragmentos (bandas)almacenadas en cada unidad fsica. La salida promedio depende de este factor (cuanto mscortas sean las bandas, mejor sern las salidas)Si alguno de los elementos del clster es ms grande que el resto, el sistema que se usa paraalmacenar datos en las unidades se bloquear cuando el disco ms pequeo se llene. Portanto, el tamao final equivale al doble de la capacidad del ms pequeo de los dos discos:

dos unidades de 20 GB equivalen a una unidad lgica de 40 GBsi una unidad de 10 GB se utiliza junto con una unidad de 27 Gb, se crear una unidadlgica de 20 Gb (17 GB de la segunda unidad quedarn entonces inutilizados)

Se recomienda utilizar dos discos del mismo tamao para el RAID-0; de lo contrario, no sepodr explotar al mximo la unidad con mayor capacidad.

Nivel 1El objetivo del nivel 1 es duplicar la informacin y almacenarla en varias unidades. Los trminosrplica (mirroring) o emulacin (shadowing) se utilizan para describir este procedimiento.

Unidad 1Banda 1Banda 2Banda 3

Unidad 2Banda 1Banda 2Banda 3

Unidad 3Banda 1Banda 2Banda 3

El nivel 1 brinda una mayor seguridad de datos, ya que si una de las unidades falla los datos seguardan en la otra. Asimismo, la lectura de los datos puede ser mucho ms rpida cuando

ambos discos estn en funcionamiento. Por ltimo, dado que cada unidad tiene su propiocontrolador, el servidor puede continuar funcionando an cuando una de las unidades falle, dela misma manera en que un camin puede seguir en movimiento si uno de sus neumticosrevienta, ya que posee varios neumticos en cada eje.Por el contrario, la tecnologa RAID-1 es muy costosa si se tiene en cuenta que slo seaprovecha la mitad de la capacidad de almacenamiento.

Nivel 2Actualmente el nivel RAID-2 es obsoleto, ya que utiliza un cdigo Hamming para la correccinde errores (cdigos ECC - Error Correction Code (cdigo de correccin de errores). En laactualidad, el cdigo Hamming se encuentra directamente integrado dentro de los controladoresde los discos rgidos.Esta tecnologa consiste en el almacenamiento de datos bajo el mismo principio que se aplica alRAID-0, aunque la escritura de bits de verificacin ECC se realiza en una unidad aparte(normalmente se utilizan 3 unidades ECC para 4 unidades de datos).La tecnologa RAID 2 ofrece rendimientos mediocres pero un alto nivel de seguridad.

Nivel 3La tecnologa del nivel 3 RAID almacena datos en bytes en cada unidad y utiliza una de lasunidades para almacenar un bit de paridad.

Unidad 1Byte 1Byte 4Byte 7

Unidad 2Byte 2Byte 5Byte 8

Unidad 3Byte 3Byte 6Byte 9

Unidad 4Paridad 1+2+3Paridad 4+5+6Paridad 7+8+9

De esta manera, si uno de los discos fallara, sera posible reconstituir la informacin a partir delas dems unidades. Luego de reconstituir la informacin, el contenido de la unidad con fallosvolvera a estar completo. Por otro lado, si dos de las unidades fallaran en forma simultnea,sera entonces imposible recuperar cualquier dato perdido.

Nivel 4La tecnologa RAID 4 es muy similar a la del nivel 3. La diferencia reside en el nivel de paridad:El nivel 4 utiliza striping a nivel de bloque con un disco de paridad dedicado, mientras que elnivel 3 utiliza striping a nivel de byte. Ms precisamente, esto significa que el striping esdiferente al del RAID 3.

Unidad 1Bloque 1Bloque 4Bloque 7

Unidad 2Bloque 2Bloque 5Bloque 8

Unidad 3Bloque 3Bloque 6Bloque 9

Unidad 4Paridad 1+2+3Paridad 4+5+6Paridad 7+8+9

Para leer una cantidad reducida de bloques, no es necesario que el sistema acceda a unidadesfsicas mltiples, sino solamente a aqullas en las que los datos estn realmente almacenados.Por el contrario, la unidad que posee los datos de control debe tener un tiempo de accesoequivalente a la suma del tiempo de acceso de los dems discos para no limitar el rendimientodel conjunto.

Nivel 5El nivel 5 es similar al nivel 4, es decir que la paridad se calcula a nivel del bloque pero sedistribuye en todas las unidades del clster.

Unidad 1Bloque 1Bloque 4Paridad 7+8+9

Unidad 2Bloque 2Paridad 4+5+6Bloque 7

Unidad 3Bloque 3Bloque 5Bloque 8

Unidad 4Paridad 1+2+3Bloque 6Bloque 9

De esta manera, el RAID 5 mejora en gran medida el acceso a los datos (tanto en escrituracomo en lectura) ya que el acceso a los bits de paridad se distribuye en las diferentes unidadesdel clster.RAID-5 brinda rendimientos muy similares a los obtenidos en RAID-0 al tiempo que asegura unaalta tolerancia de errores. Por este motivo, es uno de los mejores modos RAID en trminos derendimiento y confiabilidad.

Ya que el espacio utilizable de unidad en un clster de n unidades equivale a n-1unidades, se recomienda contar con un gran nmero de unidades para lograr que el RAID5 sea ms "rentable".

Nivel 6Se agreg el nivel 6 a los niveles definidos por los investigadores de Berkeley. Se define el usode dos funciones de paridad y su almacenamiento en dos unidades dedicadas. Este nivelasegura redundancia en caso de que ambas unidades se daen simultneamente. Estosignifica que se necesitan al menos 4 unidades para implementar el sistema RAID-6.

Comparacin

Las soluciones RAID que generalmente se utilizan son los niveles 1 y 5.La eleccin de una solucin RAID depende de tres criterios:

seguridad: Tanto el RAID 1 como el 5 ofrecen un alto nivel de seguridad. Sin embargo, elmtodo de reconstruccin de unidades es diferente en cada solucin. Si el sistema falla, elRAID 5 reconstruye la unidad que falta con la informacin almacenada en las otrasunidades, mientras que RAID 1 proporciona una copia en cada unidad.Rendimiento: El RAID 1 ofrece un mayor rendimiento que el RAID 5 en trminos delectura, pero su rendimiento es menor en trminos de escritura.Costo: el costo est directamente vinculado a la capacidad de almacenamiento que debeimplementarse para tener una capacidad efectiva especfica. La solucin RAID 5 ofrece unvolumen utilizable que representa entre el 80 y el 90% del volumen asignado. (el resto seutiliza para la correccin de errores). Por otro lado, el volumen disponible de la solucinRAID 1 constituye slo el 50% del volumen total (si se tiene en cuenta que la informacinse duplica).

Cmo implementar la solucin RAIDHay diferentes maneras de implementar una solucin RAID en un servidor.

RAID basado en software: Generalmente, aqu se necesita un driver en el nivel delsistema operativo del ordenador que sea capaz de crear un volumen lgico con variasunidades (SCSI o IDE).RAID basado en hardware:

con los DASD (Direct Access Storage Device, dispositivo de almacenamiento deacceso directo): unidades de almacenamiento externo con fuente de alimentacinpropia. Adems, estos dispositivos cuentan con conectores que permiten el cambiode unidades mientras se encuentran encendidos (dichas unidades son"intercambiables en caliente"). Estos dispositivos administran sus unidades en formaautomtica, por lo que se los reconoce como unidades SCSI estndares.con controladores RAID: tarjetas que se colocan en ranuras de expansin PCI oISA y que permiten el control de varios discos rgidos.

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