QServe, il server sicuro

Tecnologia RAID

Un Redundant Array of Independent Disks ("insieme ridondante di dischi indipendenti", RAID) è un sistema informatico che usa un insieme di dischi rigidi per condividere o replicare le informazioni.

I benefici del RAID sono di aumentare l'integrità dei dati, la tolleranza ai guasti e/o le prestazioni, rispetto all'uso di un disco singolo.

Nella sua implementazione originaria (nella quale l'acronimo era l'abbreviazione di "Redundant Array of Inexpensive Disks", cioè "Insieme ridondante di dischi economici"), il fattore chiave era l'abilità di combinare parecchi dischi a basso costo e obsoleti in modo da rendere il sistema complessivamente migliore di un disco di ultima generazione per capacità, affidabilità e/o velocità.

Nel suo livello più semplice, il sistema RAID permette di combinare un insieme di dischi in una sola unità logica.

In questo modo il sistema operativo, invece di vedere differenti dischi, ne vede solamente uno. Il RAID è tipicamente usato nei server, e di solito è implementato con dischi di identica capacità.

Con il calo del costo dei dischi rigidi e con il diffondersi della tecnologia RAID nei chipset delle schede madri, il RAID è spesso offerto come opzione sia sui computer di fascia alta sia su quelli usati da utenti domestici, specialmente se dedicati a compiti che richiedono un grande immagazzinamento di dati, come il montaggio audio/video.

Le specifiche originali suggerivano un diverso numero di "livelli di RAID", o combinazioni di dischi.

Ogni combinazione aveva dei vantaggi e degli svantaggi.
Con il passare degli anni, sono nate diverse implementazioni del concetto di RAID. La maggior parte differiscono sostanzialmente nell'implementazione dei livelli RAID ideati inizialmente.

Questo puň portare spesso a confusione, poiché un'implementazione RAID-5 puň essere molto diversa da un'altra.
RAID-3 e RAID-4 sono spesso confusi o scambiati tra loro.

La vera definizione di RAID è stata oggetto di dibattito nel corso degli anni. L'uso del termine "ridondante" porta a molte discussioni se il RAID-0 sia "vero" RAID.
Analogamente, il cambio da economico a indipendente confonde molti dei concetti alla base del RAID: infatti ci sono alcune implementazioni del RAID che usano un solo disco.
In questa voce si considera RAID ogni sistema che sviluppa il concetto base di RAID di ricombinare lo spazio fisico di dischi diversi per lo scopo di aumentare l'affidabilità o le prestazioni del sistema nel suo complesso.

RAID 1 ( implementazione QServe QS12 - QS14 )

Il sistema RAID 1 crea una copia esatta (mirror) di tutti i dati su due o più dischi.
Č utile nei casi in cui la ridondanza è più importante che usare tutti i dischi alla loro massima capacità: infatti il sistema puň avere una capacità massima pari a quella del disco più piccolo.
In un sistema ideale, formato da due dischi, l'affidabilità aumenta di un fattore due rispetto al sistema a disco singolo, ma è possibile avere più di una copia dei dischi.
Poiché ogni disco puň essere gestito autonomamente nel caso l'altro si guasti, l'affidabilità aumenta linearmente al numero di dischi presenti.
RAID-1 aumenta anche le prestazioni in lettura, visto che molte implementazioni possono leggere da un disco mentre l'altro è occupato.

RAID 5

Un sistema RAID 5 usa una divisione dei dati a livello di blocco con i dati di parità distribuiti tra tutti i dischi appartenenti al RAID.
Questa è una delle implementazioni più popolari, sia in hardware che in software.
Virtualmente ogni sistema di storage permette il RAID-5 tra le sue opzioni.
Nell'esempio sottostante, una richiesta al blocco "A1" potrebbe essere evasa dal disco 1. Una simultanea richiesta per il blocco B1 dovrebbe aspettare, ma una richiesta simultanea per il blocco B2 potrebbe essere evasa in contemporanea.
A1, B2, ecc rappresentano ognuno un blocco di dati.Ogni volta che un blocco di dati (chiamato delle volte chunk) deve essere scritto nel sistema di dischi, un blocco di parità viene generato all'interno della stripe.
(Un blocco è spesso composto da molti settori di disco, delle volte anche 256.
Una serie di blocchi consecutivi è chiamato stripe). Se un altro blocco, o qualche porzione dello stesso blocco, è scritta nella stessa stripe, il blocco di parità viene ricalcolato e riscritto. Il disco usato per memorizzare le parità viene modificato tra una stripe e la successiva; in questo modo si riescono a distribuire i blocchi di parità.

Bisogna notare che il blocco di parità non viene letto quando si leggono i dati da disco, visto che sarebbero un sovraccarico non necessario e diminuirebbe le prestazioni.
Il blocco di parità è letto, invece, quando la lettura di un settore dà un errore CRC. In questo caso, il settore nella stessa posizione relativa nei blocchi di dati rimanenti della stripe, insieme al blocco di parità, vengono usati per ricostruire il blocco mancante.
In questo modo l'errore di CRC viene nascosto al computer chiamante. Nella stessa maniera, se un disco dovesse danneggiarsi all'interno del sistema, i blocchi di parità dei dischi rimanenti sono combinati matematicamente "al volo" con i blocchi dati rimasti per ricostruire i dati del disco guasto.
Questa procedura viene chiamata di solito Interim Data Recovery Mode. Il computer principale non è messo al corrente che un disco si è danneggiato. Le letture e scritture verso il sistema di dischi avvengono tranquillamente come prima, sebbene con qualche calo di prestazioni.

In un sistema RAID 5 che ha un solo blocco di parità per stripe, la rottura di un secondo disco comporta la perdita di tutti i dati presenti nel sistema.
Il numero massimo di dischi è teoricamente illimitato, ma una pratica comune è di mantenere il numero massimo di dischi a 14 o meno per le implementazioni che hanno solo un blocco di parità per stripe. Le ragioni per questo limite sono che la probabilità che due dischi del sistema si rompano in successione cresce con il crescere del numero di dischi. Quando il numero di dischi in un sistema RAID-5 cresce, il MTBF del sistema nel suo complesso puň persino diventare minore di quello di un singolo disco. Questo succede quando la probabilità che si rompa un secondo disco degli (N - 1) rimanenti, tra il tempo di accorgersi, sostituire e ricreare il primo disco guasto, diventi maggiore della probabilità che un singolo disco si guasti.

Bisogna ricordare che più dischi insieme aumentano il calore, che abbassa il vero MTBF di ogni disco.
Inoltre, i dischi di uno stesso gruppo comprati nello stesso periodo potrebbero raggiungere la fine della loro vita insieme, abbassando in maniera significativa il MTBF del sistema. Č buona norma, normalmente seguita dai produttori di server, inserire in RAID dischi identici ma provenienti da partite differenti, ovvero con numeri di serie e/o date e luogo di produzione distinti e lontani.

Č semplicemente falsa e - come abbiamo visto - anche controproducente l'affermazione, che spesso si trova in alcune aste online o su alcuni mercatini, che vorrebbe una coppia di dischi con numeri di serie contigui come perfettamente adatta all'utilizzo in RAID.

Nelle implementazioni con più di 14 dischi, o in situazioni dove è necessaria grande ridondanza dei dati, viene usata spesso una implementazione RAID 5 con doppia parità (detta anche RAID 6), che riesce a gestire il guasto contemporaneo di due dischi