Níveis de RAID

Níveis de RAID são as várias maneiras de combinar discos para um fim.
RAID
O sistema RAID consiste em um conjunto de dois ou mais discos rígidos com dois objetivos básicos:

1. tornar o sistema de disco mais rápido (isto é, acelerar o carregamento de dados do disco), através de uma técnica chamada divisão de dados (data striping ou RAID 0);
2. tornar o sistema de disco mais seguro, através de uma técnica chamada espelhamento (mirroring ou RAID 1).

Essas duas técnicas podem ser usadas isoladamente ou em conjunto.

Vetor RAID 0 Linear

É uma simples concatenação de partições para criar uma grande partição virtual.

RAID 0 (Striping)

No striping, ou distribuição, os dados são subdivididos em segmentos consecutivos (stripes, ou faixas) que são escritos sequencialmente através de cada um dos discos de um array, ou conjunto. Cada segmento tem um tamanho definido em blocos. A distribuição, ou striping, oferece melhor desempenho comparado a discos individuais, se o tamanho de cada segmento for ajustado de acordo com a aplicação que utilizará o conjunto, ou array.

Há problemas de confiabilidade e desempenho. RAID-0 não terá desempenho desejado com sistemas operacionais que não oferecem suporte a busca combinada de setores. Uma desvantagem desta organização é que a confiança se torna geometricamente pior. Um disco SLED com um tempo médio de vida de 20.000 horas será 4 vezes mais seguro do que 4 discos funcionando em paralelo com RAID 0 (admitindo-se que a capacidade de armazenamento somada dos quatro discos for igual ao do disco SLED). Como não existe redundância, não há confiabilidade neste tipo de organização.
Vantagens:

• acesso rápido as informações
• custo baixo para expansão de memória.

Desvantagens:

• caso algum dos setores de algum dos HD’s venha a apresentar perda de informações, o mesmo arquivo que está dividido entre os mesmos setores dos demais HD’s não terá mais sentido existir, pois uma parte do arquivo foi corrompida, ou seja, caso algum disco falhe, não tem como recuperar;
• não é usada paridade.

RAID 1 (Mirror)

RAID-1 é o nível de RAID que implementa o espelhamento de disco, também conhecido como mirror. Para esta implementação são necessários no mínimo dois discos ou mais desde que seja utilizado sempre um número par. O funcionamento deste nível é simples: todos os dados são gravados em dois discos diferentes; se um disco falhar ou for removido, os dados preservados no outro disco permitem a não descontinuidade da operação do sistema.

Vantagens:

• caso algum setor de um dos discos venha a falhar, basta recuperar o setor defeituoso copiando os arquivos contidos do segundo disco;
• segurança nos dados (com relação a possíveis defeitos que possam ocorrer no HD).

Desvantagens:

• custo relativamente alto se comparado ao RAID 0;
• ocorre aumento no tempo de escrita;

RAID 2

O RAID 2 surgiu no final dos anos 80, onde os HDs não possuíam checagem de erros. Assim, pode-se dizer que o RAID 2 é similar ao RAID 0, mas possuindo algoritmos de Hamming ECC (Error Correcting Code), que é a informação de controle de erros, no lugar da paridade. Além disso, pode-se ter várias configurações, como 10 discos normais + 4 discos somente para ECC. Este fato possibilita uma proteção adicional, porém o RAID 2 ficou obsoleto pelas novas tecnologias de disco já possuírem este tipo de correção internamente. O RAID 2 origina uma maior consistência dos dados se houver queda de energia durante a escrita. Baterias de segurança e um encerramento correto podem oferecer os mesmos benefícios.

Vantagem:

• usa ECC, diminuindo a quase zero as taxas de erro, mesmo com falhas de energia.

Desvantagem:

• hoje em dia, há tecnologias melhores para o mesmo fim.
• dependendo da configuração e necessidade da empresa, era necessário a mesma quantidade de discos ECC para discos normais, isto é, desperdício de espaço que poderia ser usado para dados.

RAID 3

O RAID 3 é uma versão simplificada do RAID nível 2. Nesse arranjo, um único bit de paridade é computado para cada palavra de dados e escrito em um drive de paridade. À primeira vista, pode parecer que um único bit de paridade dá somente detecção de erro, e não correção de erro. Para o caso de erros aleatórios não detectados, essa observação é verdadeira. Todavia, para o caso de uma falha de drive, ela provê correção total de erros de um bit, uma vez que a posição do bit defeituoso é conhecida. Se um drive falhar, o controlador apenas finge que todos os seus bits são "zeros". Se uma palavra apresentar erro de paridade, o bit que vem do drive extinto deve ter sido um "um", portanto, é corrigido.

A fim de evitar o atraso em razão da latência rotacional, o RAID 3 exige que todos os eixos das unidades de disco estejam sincronizados. A maioria das unidades de disco mais recentes não possuem a opção de sincronização do eixo, ou se são capazes disto, faltam os conectores necessários, cabos e documentação do fabricante.

Vantagens:

• leitura rápida;
  
• escrita rápida;
  
• possui controle de erros.

Desvantagem:

• Montagem difícil via software.

RAID 4

O RAID 4 funciona com três ou mais discos iguais. Um dos discos guarda a paridade (uma forma de soma de segurança) da informação contida nos discos. Se algum dos discos avariar, a paridade pode ser imediatamente utilizada para reconstituir o seu conteúdo. Os discos restantes, usados para armazenar dados, são configurados para usarem segmentos suficientemente grandes (tamanho medido em blocos) para acomodar um registro inteiro. Isto permite leituras independentes da informação armazenada, fazendo do RAID 4 um array perfeitamente ajustado para ambientes transacionais que requerem muitas leituras pequenas e simultâneas.
O RAID 4 assim como outros RAID's, cuja característica é utilizarem paridade, usam um processo de recuperação de dados mais envolvente que arrays espelhados, como RAID 1. Este nível também é útil para criar discos virtuais de grande dimensão, pois consegue somar o espaço total oferecido por todos os discos, exceto o disco de paridade. O desempenho oferecido é razoável nas operações de leitura, pois podem ser utilizados todos os discos em simultâneo.
Sempre que os dados são escritos no array, as informações são lidas do disco de paridade e um novo dado sobre paridade deve ser escrito para o respetivo disco antes da próxima requisição de escrita ser realizada. Por causa dessas duas operações de I/O, o disco de paridade é o factor limitante do desempenho total do array. Devido ao facto de o disco requerer somente um disco adicional para proteção de dados, este RAID é mais acessível em termos monetários que a implementação do RAID 1.
Vantagens:

• taxa de leitura rápida;
• possibilidade do aumento de área de discos físicos.

Desvantagens:

• taxa de gravação lenta;
• em comparação com o RAID 1, em caso de falha do disco, a reconstrução é difícil, pois o RAID 1 já tem o dado pronto no disco espelhado;
• tecnologia não mais usada por haver melhores para o mesmo fim.

RAID 5

O RAID 5 é frequentemente usado e funciona similarmente ao RAID 4, mas supera alguns dos problemas mais comuns sofridos por esse tipo. As informações sobre paridade para os dados do array são distribuídas ao longo de todos os discos do array , ao invés de serem armazenadas num disco dedicado, oferecendo assim mais desempenho que o RAID 4, e, simultaneamente, tolerância a falhas.
Para aumentar o desempenho de leitura de um array RAID 5, o tamanho de cada segmento em que os dados são divididos pode ser optimizado para o array que estiver a ser utilizado. O desempenho geral de um array RAID 5 é equivalente ao de um RAID 4, excepto no caso de leituras sequenciais, que reduzem a eficiência dos algoritmos de leitura por causa da distribuição das informações sobre paridade. A informação sobre paridade é distribuída por todos os discos; perdendo-se um, reduz-se a disponibilidade de ambos os dados e a paridade, até à recuperação do disco que falhou. Isto causa degradação do desempenho de leitura e de escrita.
Vantagens:

• maior rapidez com tratamento de ECC;
• leitura rápida (porém escrita não tão rápida).

Desvantagem:

• sistema complexo de controle dos HDs.(discos)

RAID 6

É um padrão relativamente novo, suportado por apenas algumas controladoras. É semelhante ao RAID 5, porém usa o dobro de bits de paridade, garantindo a integridade dos dados caso até 2 dos HDs falhem ao mesmo tempo. Mínimo de 4 HDs para ser implementado. Ao usar 8 HDs de 20 GB cada um, em RAID 6, teremos 120 GB de dados e 40 GB de paridade.
Vantagem:

• possibilidade falhar 2 HDs ao mesmo tempo sem perdas.

Desvantagens:

• precisa de N+2 HDs para implementar por causa dos discos de paridade;
• escrita lenta;
• sistema complexo de controle dos HDs.

RAID 01 ou RAID 0 (zero) + 1

O RAID 0 + 1 é uma combinação dos níveis 0 (Striping) e 1 (Mirroring), onde os dados são divididos entre os discos para melhorar o rendimento, mas também utilizam outros discos para duplicar as informações. Assim, é possível utilizar o bom rendimento do nível 0 com a redundância do nível 1. No entanto, são necessários pelo menos 4 discos para montar um RAID desse tipo. Tais características fazem do RAID 0 + 1 o mais rápido e seguro, porém o mais caro de ser implantado. No RAID 0+1, se um dos discos vier a falhar, o sistema vira um RAID 0.
Ex: se os dois discos que possuam a sequencia A1, A3, A5 falharem ao mesmo tempo, haverá perda de dados. Se apenas uma das controladoras falhar, o sistema continua funcionando, mas sem outra tolerância a falha e sem o ganho de velocidade.
Vantagens:

• segurança contra perda de dados;
• pode falhar 1 dos HD's, ou os dois HD's do mesmo DiskGroup, porém deixando de ser RAID 0 + 1.

Desvantagens:

• alto custo de expansão de hardware (custo mínimo = 4N HDs);
• os drives devem ficar em sincronismo de velocidade para obter a máxima performance.

RAID 1+0

O RAID 1+0, ou 10, exige ao menos 4 discos rígidos. Cada par será espelhado, garantindo redundância, e os pares serão distribuídos, melhorando desempenho. Até metade dos discos pode falhar simultaneamente, sem colocar o conjunto a perder, desde que não falhem os dois discos de um espelho qualquer — razão pela qual usam-se discos de lotes diferentes de cada ‘lado’ do espelho. É o nível recomendado para bases de dados, por ser o mais seguro e dos mais velozes, assim como qualquer outro uso onde a necessidade de economia não se sobreponha à segurança e desempenho.
Vantagens:

• segurança contra perda de dados;
• pode falhar um ou dois dos HDs ao mesmo tempo, dependendo de qual avaria.

Desvantagens:

• alto custo de expansão de hardware (custo mínimo = 4N HDs);
• os drivers devem ficar em sincronismo de velocidade para obter a máxima performance.

RAID 50

É um arranjo híbrido que usa as técnicas de RAID com paridade em conjunção com a segmentação de dados. Um arranjo RAID-50 é essencialmente um arranjo com as informações segmentadas através de dois ou mais arranjos... Veja o esquema representativo ao lado:
Vantagens:

• alta taxa de transferência;
• ótimo para uso em servidores.

Desvantagens:

• alto custo de implementação e expansão de memória.

RAID 100

O RAID 100 basicamente é composto do RAID 10+0. Normalmente ele é implementado utilizando uma combinação de software e hardware, ou seja, implementa-se o RAID 0 via software sobre o RAID 10 via Hardware.