À medida que os humanos se aprofundam na era digital, a demanda por servidores e sistemas de armazenamento mais rápidos e confiáveis continua a crescer.Como exemplo de necessidades de armazenamento e processamento de dados, o Googleatravés de seus servidores diariamenteProcesse 20 petabytes de informações de dados.
Como forma de evitar falhas catastróficas, as empresas constroem matrizes de servidores, que são vastas redes de unidades de armazenamento usadas para processar informações digitais.Se uma unidade falhar, a outra compensará quando a unidade danificada for substituída.
Então, como exatamente isso é feito sem perder nenhum dado ou causar tempo de inatividade?Tecnologia RAID e níveis RAID.
O que exatamente é RAID e como funciona?
Matriz redundante de discos independentesOR RAID é um método de armazenamento de dados em que você pode reduzir a perda de dados e melhorar o desempenho de leitura/gravação armazenando informações em vários discos rígidos chamados de array.Isso é possível porque a maioria das tecnologias RAID usastriping de dadosSepara ou quebra dados sequenciais (como arquivos, vídeos ou documentos) em segmentos contíguos.Os segmentos são então armazenados sequencialmente em sua unidade.
3 Exemplo de distribuição de arquivos de vídeo em uma matriz RAID de disco rígido
Por exemplo, se um arquivo de vídeo for dividido em 4 segmentos consecutivos;A1-A4 e você tem 3 discos rígidos em sua matriz RAID, A1 será armazenado no disco rígido #1, A2 será armazenado no disco rígido #2, A3 será armazenado no disco rígido #3 e A4 será armazenado em disco rígido nº 1 superior.
Quando você vai recuperar o arquivo, o computador solicita que o primeiro disco rígido carregue A1 e, em seguida, move-se imediatamente para o próximo disco rígido do segmento A2, porque o disco rígido nº 1 está ocupado.Isso permite que o computador carregue simultaneamente A1-A3 e depois A4.Quando você tenta carregar um vídeo de 40 minutos, o computador carrega quatro clipes de 4 minutos e os exibe como um único arquivo, tornando a recuperação mais rápida.
Alguns níveis de RAID usam técnicas de espelhamento.o que é?
Para evitar a perda de dados,Algumas matrizes RAID usam espelhamento, que copia as informações à medida que são criadas e armazenadas.O striping se concentra na velocidade, enquanto o espelhamento se concentra em garantir que, no caso de uma falha no disco rígido, haja uma cópia dos dados.O espelhamento faz isso garantindo que todas as unidades secundárias sejam cópias exatas da unidade primária.
Por exemplo, se o seu computador tiver dois discos rígidos e o disco rígido principal parar de funcionar, o sistema mudará automaticamente para o disco rígido secundário sem que você perceba.O sistema operacional, quaisquer configurações pessoais e todos os arquivos que você criar e salvar aparecerão onde você os deixou.Em uma configuração não RAID, a falha de um disco rígido significa que todos os dados nessa unidade podem se tornar irrecuperáveis.
3 tipos ou implementações de RAID diferentes
Antes de entrarmos nos diferentes níveis de RAID, é importante afirmar que existem várias maneiras diferentes de implementar uma configuração de RAID em seu sistema de computador.Essas implementações podem ser divididas embaseado em hardware, software ou firmwaree use o controlador RAID correspondente.
Em outro artigo, abordamos as principais diferenças entre controladores RAID de hardware e RAID de software e detalhamos suas vantagens, desvantagens e casos de uso típicos.
O que é um controlador RAID?
controlador RAIDresponsável pela gestão eDireciona o fluxo de informações de e para a matriz de disco rígido.Sem um controlador RAID, sua matriz RAID é apenas uma coleção de discos rígidos.Você pode implementar um controlador RAID de três maneiras.
1. Controlador RAID de hardware
Um controlador RAID de hardware geralmente é um chip ou cartão físico dedicado que afeta diretamente o fluxo de informações de e para a matriz RAID.É mais comumente usado em bancos de data center ou sistemas que usam servidores remotos.
2. Controlador RAID de software
Um controlador RAID de software é um software que funciona diretamente com o sistema operacional de um computador.Ele direciona e gerencia o fluxo de informações usando os recursos de hardware existentes no computador, como a unidade central de processamento (CPU).Isso é comum em configurações de matriz RAID de computadores domésticos.
3. Controlador RAID baseado em firmware
Os controladores RAID baseados em firmware são chips pré-instalados na placa-mãe de um computador e requerem drivers para funcionar.O chip será ativado durante a inicialização, mas assim que o sistema operacional for carregado, todo o controle será passado para o driver apropriado, transferindo todas as operações para a CPU.Esse tipo de controlador RAID também é conhecido como RAID de software assistido por hardware e, embora seja mais barato do que um controlador RAID de hardware, ele sobrecarrega mais o sistema.
Níveis de RAID padrão de 0 a 6
Independentemente de qual controlador RAID é usado, o nível RAID se refere à arquitetura específica usada para distribuir dados entre as unidades.O nível de RAID que você usa será determinado com base no desempenho que você está procurando e no tipo de tolerância a falhas que você deseja.
0 RAID
Normalmente usando pares de discos rígidos, o RAID 0 funciona segmentando dados sequenciais e armazenando-os em várias unidades.Com este nível, tudo se resume a otimizar o desempenho e a velocidade do disco rígido sem se preocupar com a perda de dados porque o RAID 0 não usa espelhamento.
Ele funciona pegando seus dados armazenados, dividindo-os em unidades ou segmentos de distribuição e, em seguida, distribuindo-os pelos discos rígidos em uma matriz.Isso permite que uma configuração RAID 0 grave e leia dados rapidamente, pois você tem mais de 1 disco rígido processando dados ao mesmo tempo.No entanto, se uma das unidades falhar nesta configuração, todos os dados serão perdidos.
1 RAID
O RAID nível 1 se concentra inteiramente na redundância de dados, mantendo as informações seguras mesmo se uma unidade falhar.Para conseguir isso, o RAID 1 não remove nenhum dado, mas copia as informações em uma segunda unidade (espelho).
Dessa forma, seu desempenho de leitura aumenta, o que significa que o computador pode acessar qualquer unidade a qualquer momento, pois ambas possuem as mesmas informações.Se uma unidade estiver ocupada, ela poderá acessar a segunda unidade.Com este nível, você pode obter um ótimo desempenho com alguma tolerância a falhas.No entanto, a velocidade das operações de gravação não é melhorada em comparação com uma configuração de unidade única porque todas as informações precisam ser gravadas em ambos os discos na matriz RAID 1.
2 RAID
Esse nível de RAID usa distribuição, mas em vez de dividir os dados de um arquivo em segmentos bloqueados, ele os divide no nível de bits.Alguns discos rígidos nesta configuração de matriz armazenam informações de erro e código de correção para substituirCódigo de Hammingde qualquer paridade.Este nível de RAID raramente é usado hoje, pois foi substituído por melhores configurações.
3 RAID
RAID 3 é uma versão atualizada do RAID nível 2.A matriz usa distribuição em nível de byte para melhorar o desempenho, enquanto dedica uma unidade para armazenar informações de paridade e distribuir dados pelas unidades restantes.No entanto, qualquer comando de E/S processará cada disco rígido ao mesmo tempo, o que significa que o desempenho será limitado por um único disco de paridade, pois ele não pode lidar com várias solicitações ao mesmo tempo.
4 RAID
Semelhante ao RAID nível 3, esse nível é dedicado a uma única unidade de paridade, mas cria segmentos maiores quando distribuído, permitindo que o computador acesse e leia dados rapidamente de qualquer unidade a qualquer momento.Além disso, o nível 4 do RAID permite que várias funções de E/S de leitura estejam ativas simultaneamente.No entanto, o sistema ainda estará limitado à capacidade de E/S de gravação única, pois qualquer comando de gravação exigirá a atualização da unidade de paridade.Por causa disso, o nível 4 é apenas uma pequena atualização do nível 3.
Os níveis de RAID 3 e 4 são substituídos pelo RAID 5 para a maioria dos casos de uso.
5 RAID
Este é o nível de ataque mais comumente usado, pois atinge um bom equilíbrio entre velocidade e segurança de dados.Para melhorar o desempenho, os dados são distribuídos em vários discos rígidos, geralmente cinco, como nos níveis RAID anteriores.No entanto, as informações de paridade também estão espalhadas por cada disco, criando o que é conhecido como matriz de paridade rotativa.Isso permite que o computador execute várias funções de E/S de leitura e gravação simultaneamente, deixando o máximo de informações possível para o computador em caso de falha da unidade.RAID nível 5 não é o melhor desempenho (RAID 0 é mais rápido), mas é ótimo para sistemas que precisam de um equilíbrio entre desempenho e redundância.
6 RAID
O RAID nível 6 usa todos os mesmos sistemas que o RAID nível 5, mas também implementa uma segunda matriz de paridade rotativa no mesmo número de unidades.Isso significa que um sistema RAID nível 6 pode lidar com até duas falhas de unidade simultâneas, enquanto um sistema de nível 5 pode lidar com apenas uma unidade ausente por vez.
Dobrar a quantidade de informações de paridade significa que o desempenho das operações de gravação é reduzido em comparação com o RAID 5.As operações de leitura não são afetadas e as operações de leitura são tão rápidas quanto o RAID 5.
O que é RAID aninhado?
Na seção de níveis de RAID acima, mencionamos três termos-chave que explicam a funcionalidade do RAID:Striping, espelhamento e paridade.當Quando dois deles são usados em uma única matriz, isso é chamado de RAID aninhado.Antes de entrarmos neste exemplo, vamos explicar brevemente o que significam esses três termos-chave.
Distribuição RAID
O striping RAID é quando alguns dados são armazenados em uma unidade e outros segmentos desses dados são armazenados em outra unidade.
Espelhamento de RAID
O espelhamento RAID é a replicação de dados de uma unidade para outra para redundância.Ele protege seus dados contra perda.
Paridade RAID
A paridade RAID usa cálculos matemáticos complexos para reconstruir os dados perdidos durante falhas no disco rígido.
RAID 10 ou RAID 1+0
Um ótimo exemplo de RAID aninhado éRAID nível 10 ou RAID 1+0.Ele combina os níveis RAID 0 e RAID 1 e só funciona em arrays com pelo menos quatro discos rígidos.Ao contrário de outros níveis de RAID que dependem apenas de distribuição ou espelhamento, o RAID 10 combina os dois recursos para melhor desempenho, mas a um custo mais alto.Com esse nível de RAID, você obtém a velocidade de distribuição de disco, mas também a redundância de dados do espelhamento de disco.
Ele pode ser configurado como RAID 1+0, onde os dados são espelhados e, em seguida, esses espelhos são distribuídos, ou pode ser configurado como RAID 0+1, onde os dados são distribuídos em discos rígidos e, em seguida, esses discos são espelhado.RAID 10 é o que você deseja se estiver tentando evitar que uma única unidade em qualquer conjunto de unidades falhe ou uma unidade em ambos os conjuntos de unidades falhe ao mesmo tempo.
Esse nível de RAID é normalmente usado para servidores ou aplicativos que precisam ser executados 24 horas por dia, 7 dias por semana.A desvantagem do RAID 10 é que, se você perder mais de 50% das unidades do array, perderá todos os seus dados.
Perguntas frequentes sobre RAID
Qual nível de RAID é o melhor?
Cada nível de RAID tem seu próprio conjunto de vantagens e desvantagens, no entanto, os níveis 0, 1, 5 e 10 são os mais comuns.Os níveis 0 e 5 oferecem maior velocidade e mais armazenamento, mas com menor segurança e maior custo, respectivamente.O nível 1 oferece melhor proteção, mas não tem velocidade e sacrifica o espaço de armazenamento.O nível 10 é provavelmente o mais equilibrado, pois oferece o melhor dos níveis 0 e 1, mas custa muito mais porque requer mais discos rígidos.
Você pode RAID discos rígidos de tamanhos diferentes?
Sim, mas você pode sacrificar o espaço de armazenamento.Por exemplo, usar RAID nível 256 com uma unidade primária de 512 GB e uma unidade secundária de 1 GB significa que a unidade secundária usará apenas metade de seu armazenamento.A troca de drives significa que apenas metade dos dados serão espelhados, tornando todo o processo irrelevante.
Você pode RAID unidades de estado sólido?
Sim, qualquer disco rígido pode ser usado em uma matriz RAID, mas discos rígidos semelhantes são recomendados, pois a velocidade e o armazenamento geralmente são limitados às unidades mais lentas e menores disponíveis.O uso de unidades semelhantes ou idênticas remove essa limitação.
Você pode RAID unidades NVMe?
Sim, como outros discos rígidos, as unidades NVMe também podem ser usadas em matrizes RAID e melhorarão significativamente o desempenho.No entanto, esse tipo de configuração não é prático para os consumidores, pois os próprios drives já são muito poderosos, com velocidades médias de transferência de dados mais de seis vezes mais rápidas que os SSDs típicos.
Comparação de nível de RAID
Se você está tentando decidir entre dois níveis de RAID específicos para seu ambiente, criamos várias comparações detalhadas para facilitar a decisão:
- RAID 0 e RAID 1
- RAID 1 e RAID 5
- RAID 5 e RAID 6
- RAID 5 e RAID 10
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