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Sistemas RAID
Enviado el 11/12/02 a las 02:00 por Noticias

Agalisa

Los sistemas RAID (Redundant Array of Inexpensive Disks; Conjunto Redundante de Discos Baratos) llevan bastante tiempo en el mercado, si bien aún son poco conocidos a pesar de las grandes ventajas que ofrecen en servidores e,incluso, en equipos de sobremesa.

¿Pero qué es un sistema RAID exactamente? Un sistema RAID se compone de un conjunto de discos duros, los cuales son accedidos de forma que el ordenador lo ve como si fuese un único disco duro, pero de más capacidad y/o mayor fiabilidad que cada uno de los discos duros que lo componen por separado. La mayor fiabilidad se consigue mediante el uso de técnicas de espejo o de paridad, que permiten recomponer los datos del array en caso de que falle uno de los discos duros.

Modos RAID

Existen 5 modos distintos en los que puede funcionar un sistema RAID, los cuales se conocen con un número:

RAID 0: en este modo, el sistema RAID combina todos los discos duros en uno solo cuya capacidad es la suma de todos los discos. De esta forma, si hacemos un sistema RAID con 4 discos duros de 40GB, el sistema verá un único disco duro de 160GB. Además, los datos son repartidos por todos los discos duros, de forma que la velocidad de acceso también aumenta espectacularmente, pues los datos son leídos de todas las unidades a la vez.

El principal problema de RAID 0 es que un fallo en uno de los discos duros implica la pérdida de todos los datos, pues estos se hallan repartidos uniformemente entre todas las unidades.

RAID 1: en este modo, todos los discos duros contienen exactamente los mismos datos, de forma que si uno de ellos falla, se podrá recuperar la totalidad de la información almacenada porque también está copiada en el resto de ellos. Este modo es ideal para sistemas en los que la información cambia constantemente y en los que una simple copia de seguridad no sería factible porque habría que hacerla demasiado a menudo para que fuese útil. Cuando uno de los discos duros se daña, basta con conectar uno nuevo en su lugar y el sistema RAID copia automáticamente la información en él.

El principal inconveniente de RAID 1 es que la capacidad total es igual a la de un sólo disco duro, por lo que no se gana ni en espacio ni en velocidad de acceso.

RAID 10/0+1: estos modos son combinación de los dos anteriores; tenemos redundancia mediante un sistema en espejo, y tenemos agrupamiento de discos para conseguir mayor capacidad y velocidad. Ambos ofrecen lo mismo, aunque de una forma ligeramente distinta: mientras que RAID 0+1 es un par redundante de unidades agrupadas, RAID 10 es una agrupación de pares redundantes; la diferencia está en que, en caso de fallo de una unidad, el sistema RAID 0+1 es más vulnerable a sucesivos fallos.

¿A qué se debe esto? Si falla un disco en un sistema RAID 0+1, se pierde la redundancia pues uno de los espejos está corrupto (recordemos que primero agrupamos los discos en dos conjuntos, tratando cada uno de esos conjuntos como un único disco), por lo que basta con que falle otro disco para perder todos los datos (si falla otro disco, será dentro del otro grupo espejo, porque los del primer espejo, que es donde ya falló uno, no se estarán usando y, por tanto, no tienen por qué fallar). Sin embargo, en un sistema RAID 10 es cada disco el que tiene su propia copia (esto es porque agrupamos los discos de dos en dos, y cada grupo se convierte en un único disco con espejo; este conjunto de pares de discos espejo se convierte en un único disco de más capacidad), por lo que para que se pierdan datos han de fallar un disco y su espejo; si en vez del disco espejo falla otro cualquiera, el sistema seguirá funcionando, porque cada disco averiado tendrá su espejo en perfecto estado de funcionamiento.

RAID 5: este modo es también una combinación del modo 0 y 1, pero en donde se busca más el conseguir capacidad extra que la fiabilidad. Al igual que en RAID 0, los datos son repartidos entre todas las unidades, pero además se calcula un bit de paridad. Estos bits de paridad son repartidos a lo largo de cada unidad del array. El mantenimiento de esta tabla baja algo el rendimiento, pero ofrece un nivel de redundancia que no posee RAID 0. Si un disco falla en modo RAID 5, es posible recuperar los datos que contenía gracias a los datos del resto de los discos, la tabla de bits de paridad y un poco de matemática binaria.

La capacidad de una unidad RAID 5 depende fundamentalmente del número de discos en el array. Los bits de paridad usan tanto espacio de almacenamiento como un disco duro del conjunto, por lo que si tenemos un total de cuatro discos, la capacidad del conjunto será la suma de tres discos físicos.

¿RAID por hardware o por software?

El método más eficiente de implementar un sistema RAID es por hardware. En este caso, el usuario compra una tarjeta RAID que enchufaría al bus PCI, y a esta tarjeta conecta los discos duros que desee. El ordenador simplemente verá un único disco duro, pues todas las operaciones de copia de datos, distribución entre discos duros y checksums son realizadas por la propia tarjeta, de forma totalmente transparente al ordenador. Incluso en sistemas profesionales con montajes en rack, los discos duros pueden ser desconectados y conectados con el sistema encendido, de forma que no hace falta parar el servidor en el caso de que uno de los discos falle. El inconveniente de esta opción es el precio, que hace que sólo se use en servidores profesionales de alto rendimiento.

La otra opción consiste en RAID por software. Esta opción ya no es transparente para el sistema operativo, pues es él quien tiene que hacer todo el trabajo de mantener las copias de los datos, distribuirlos entre todos los discos, etc, lo que, obviamente, consume recursos del sistema como memoria y, sobre todo, CPU. Además, es necesario que sea soportado por el sistema operativo. Hoy en día, el RAID por software está implementado en sistemas operativos profesionales, como Linux, o Windows 2000 o XP. La ventaja es su precio, pues no hacen falta controladoras especificas ni nada similar; tan sólo dos (o más) discos duros conectados al ordenador.

Conclusiones

RAID 0 es el modo que mejor aprovecha la capacidad de los discos usados en el array, pero a costa de la fiabilidad, pues el tiempo medio entre fallos se divide entre el número de unidades presentes.

RAID 1 es un modo extremadamente seguro, pues multiplica el tiempo medio entre fallos por el número de discos presentes. Sin embargo, no se gana ni un solo byte extra de capacidad.

RAID 10 y 0+1 combina los beneficios de los sistemas anteriores, teniendo RAID 10 mejor respuesta ante fallos que RAID 0+1. Por eso, en caso de decidir usar este modo se recomienda el 10, pues penaliza lo mismo que el RAID 0+1.

Finalmente RAID 5 ofrece también los beneficios de RAID 0 y 1 pero a un costo mucho menos que RAID 10 y 0+1, al necesitar menos discos; sin embargo, el cálculo de paridad lo hace complejo, por lo que no se puede esperar una gran velocidad, especialmente si usamos RAID por software.

Más información: Tech Report (en inglés).


 
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