RAID – Arranjos de Discos p/ Servidores e Storages

A maioria dos servidores e sistemas de armazenamento (storages) para uso corporativo são equipados com vários hard disks, que podem ser agrupados para trabalho conjunto. Esses arranjos de disco tem como objetivo entregar maior performance e segurança aos sistemas de armazenamento e são conhecidos como RAID.

O que é um arranjo RAID?

RAID é o acrônimo de “Redundant Array of Independent Disks” ou, em português, Arranjo Redundante de Discos Independentes. Montar um arranjo de discos significa agrupar, na mesma matriz de armazenamento, dois ou mais hard drives (ou memórias flash) para trabalho conjunto num sistema computacional.

Servidores, sistemas de armazenamento, computadores e estações de trabalho que utilizam arranjos de disco possuem mais segurança contra eventuais falhas de hardware (e entregam mais performance) que sistemas com apenas um hard disk.

Para que um arranjo RAID funcione corretamente é necessário utilizar discos rígidos do mesmo modelo, com a mesma capacidade, tecnologia e velocidade. Hard disks de computadores domésticos não são indicados para integrar essas matrizes de armazenamento, pois não suportam os níveis de calor, vibração e a carga de trabalho exigida em sistemas de armazenamento corporativos.

Como montar um arranjo de discos?

A implementação de um arranjo RAID pode ser feita por hardware ou software. Diversos equipamentos, como storages NAS de baixo custo, possuem softwares em seus sistemas operacionais voltados para esse fim.

Para montar um arranjo de discos é necessário um computador, servidor ou storage equipado com dois ou mais hard disks, sistema operacional e uma controladora que suporte esse tipo de tecnologia. Alguns sistemas baseados em software também permitem esse tipo de montagem, porém entregam o gerenciamento do RAID para a CPU do sistema.

Quais são os tipos de arranjos RAID disponíveis?

Cada tipo de arranjo RAID possui características próprias, necessita de hardware específico e são voltados para diferentes aplicações. Alguns pontos devem serem analisados antes de escolher qual arranjo de disco será implantado num sistema de armazenamento, sob pena de não atender requisitos mínimos exigidos como entregar a performance adequada ou colocar dados importantes em risco.

Tempo de resposta das requisições, nível de segurança do sistema, custo de implementação e o tipo de aplicação são apenas alguns dos fatores que podem influenciar na escolha de uma matriz de armazenamento.

Os tipos mais comuns de arranjos de discos do mercado são RAID 0, 1, 5 e 6. Esses arranjos estão presentes em nosso dia a dia, integrando sistemas de armazenamento como HDs externos multi-drives, storages NAS e pequenos servidores de aplicação.

Tipos de arranjos RAID mais utilizados

Por serem idealizados para atender diferentes aplicações, cada tipo de arranjo RAID possui vantagens e desvantagens que devem ser considerados previamente. A maioria dos NAS domésticos possuem apenas 2 hard disks, limitando a implementação do arranjo em apenas dois tipos: RAID O ou RAID 1.

RAID 0 ou Stripping Array

Um arranjo do tipo RAID 0 utiliza dois ou mais hard disks, sua montagem tem como finalidade a obtenção de maior capacidade através da soma das capacidades individuais dos discos e a obtenção de maior desempenho pelo trabalho conjunto deles.

Essa tecnologia também é conhecida como "stripping array", pois distribui os blocos de dados em “faixas” de forma homogênea para todos os discos da matriz. A lógica consiste em fatiar e distribuir as informações que serão lidas ou gravadas no sistema de armazenamento, exigindo que todos os hard disks do arranjo trabalhem simultaneamente e acelerando os processos de leitura e escrita de dados.

Ao utilizar todos os discos do arranjo para gravar e ler dados, um servidor ou storage melhora seu tempo de resposta para os usuários. Porém, apesar do melhor desempenho obtido, um arranjo RAID 0 sacrifica a segurança do sistema: Caso apenas um dos HDs falhe, todos os dados do sistema de armazenamento serão perdidos.

RAID 1 ou Disk Mirroring

Também conhecido como espelhamento ou replicação de disco, o arranjo RAID 1 é ideal para pequenas empresas e residências, podendo ser implementado com apenas dois hard disks. Também conhecido como disk mirroring, esse tipo de arranjo escreve as informações nos dois hard disks de forma automática e simultânea, fazendo uma cópia exata de tudo que está no disco 1 para o disco 2, em tempo real e sem a intervenção do usuário.

O ponto negativo do RAID 1 é que ele sacrifica metade da capacidade de armazenamento, pois como as informações serão escritas integralmente duas vezes, somente a metade da capacidade total estará disponível para uso pelo sistema.

Outro ponto negativo é que ao montar um arranjo com discos de capacidades diferentes, o sistema sempre utilizará a capacidade do menor disco para dimensionar o tamanho máximo da matriz.

A principal vantagem de implementar uma matriz em RAID 1 é a segurança gerada para os dados armazenados, pois mesmo que um dos HDs falhe, as informações estarão seguras e online no outro disco. Isso permite que o disco defeituoso seja substituído ou o backup dos dados realizado sem que nada seja perdido.

Além disso, storages NAS de última geração (como os NAS Qnap) possuem alguns mecanismos de segurança adicionais, como a possibilidade de substituir o disco defeituoso com o sistema em funcionamento e ferramentas para o envio de email caso haja falhas num dos discos. Isso garante maior velocidade na assistência técnica e gera maior confiabilidade ao sistema, protegendo as informações armazenadas.

Arranjos de discos mais sofisticados

Sistemas de armazenamento e servidores equipados com três ou mais hard disks já permitem montar arranjos mais inteligentes, capazes de disponibilizar maior espaço de armazenamento, consumir menos recursos de hardware e ainda entregar mais segurança contra falhas.

RAID 5, dados gravados com paridade simples

O arranjo RAID 5 exige pelo menos 3 discos e é conhecido como "strip set com paridade". Esse arranjo é o mais utilizado em servidores e storages departamentais, principalmente em NAS voltados para pequenas empresas. Esse tipo de disk array pode ser montado com vários discos e adiciona bits de paridade aos dados gravados.

A vantagem do RAID 5 é que esse tipo de arranjo permite que um dos discos falhe, sem que haja a perda de dados. Além disso, essa matriz de armazenamento consome apenas a capacidade de um dos hard disks do arranjo para gravar os dados de paridade.

Isso significa que quanto mais discos no mesmo arranjo, menor será a parte proporcional utilizada para manter os dados em segurança. Por isso, quanto mais hard drives utilizados no mesmo array, menor será o desperdício.

Assim, uma matriz de armazenamento RAID composta por oito discos de 4TB (8x HDD 4TB) disponibilizará aproximadamente 28TB de armazenamento bruto, mantendo os dados intactos mesmo que um dos hard disks do arranjo apresente problemas. Apesar de ser um bom exemplo teórico, sempre é recomendado o uso de arranjos mais seguros em matrizes compostas por mais que quatro hard disks.

RAID 6 ou gravação de dados com dupla paridade

O RAID 6 é um arranjo similar ao RAID 5, mas acrescenta dupla paridade aos dados gravados. Isso significa que até dois hard disks podem falhar simultaneamente sem que haja perda de dados. O sistema é mais seguro mas consome o dobro do espaço de uma matriz em RAID 5 para gravar a paridade e manter a redundância do sistema.

Assim, no exemplo de um disk array composto por oito discos de 4TB (8x 4TB=32TB) e configurado em RAID 6 apenas 24TB estará disponível, pois a capacidade de dois discos será utilizada para a gravação dos dados de redundância.

Como no arranjo anterior, quanto maior for o número de discos nesse arranjo, menor será o espaço proporcional sacrificado. O RAID 6 pode ser implementado a partir quatro discos e é usado em situações que demandam maior segurança para as informações armazenadas.

RAID 5/6 com disco reserva (hot-spare)

Alguns sistemas de armazenamento possuem variações avançadas de arranjos como o RAID 5 ou RAID 6, possibilitando manter um ou mais discos reservas e em stand-by, instalada na própria matriz de armazenamento. Esse recurso permite que os dados sejam reconstruídos automaticamente caso algum disco falhe, sem a necessidade de intervenção humana.

Os arranjos RAID 0+1

Esse tipo de arranjo espelha dois grupos de discos, onde o primeiro grupo de armazenamento foi montado em RAID 0 e o segundo espelha exatamente as informações gravadas. No arranjo 0+1 cada segmento deve possuir a mesma quantidade de discos, sendo que todos devem ser do mesmo modelo.

Arranjos RAID 10 ou RAID 1+0

O RAID 10 é o agrupamento de dois ou mais grupos de arranjos RAID 1 numa única matriz de armazenamento. Para implementar um arranjo RAID 10 são necessários pelo menos 4 hard disks, onde duas combinações de grupos RAID 1 para escrita simultânea (RAID 0) são criadas.

A principal característica dessa matriz de armazenamento é que ela une desempenho e segurança em um único agrupamento de discos. Além de proporcionar desempenho superior no momento de transferência dos dados, esse arranjo não compromete a integridade das informações caso ocorra algum problema em 50% dos HDs.

O maior inconveniente de implementar os arranjos com os arranjos 0+1 e RAID 10 é que metade dos discos rígidos serão utilizados para segurança. Essa perda de capacidade nem sempre é economicamente justificável para algumas aplicações, principalmente em pequenas e médias empresas.

Arranjos RAID 50 ou 5+0

Como nos arranjos anteriores, o arranjo do tipo RAID 50 (5+0) também combina duas matrizes de armazenamento já conhecidas. No RAID 50 pelo menos dois arranjos, com três drives cada e configurados em RAID 5, são configurados num único agrupamento RAID 0.

Como cada segmento RAID 5 suporta a falha de um de seus discos, uma matriz de armazenamento configurada em RAID 50 suportará a perda de dois hard disks simultâneos, desde que os mesmos não estejam instaladas no mesmo segmento.

Para instalar esse tipo de arranjo é necessário um servidor ou storage equipado com pelo menos seis hard disks no mesmo gabinete. Por sua complexidade, sistemas que podem ser configurados em RAID 50 geralmente custam mais caro e tornam-se viáveis economicamente com pelo menos nove discos (3 sub-grupos RAID 5).

Utilizado em sistemas híbridos de armazenamento ou aplicações que não possuem orçamento para montagem de estruturas de alta redundância, esse arranjo tem como ponto forte sua robustez contra falhas de hardware.

Arranjos RAID 60 ou 6+0

O arranjo RAID 60 combina dois arranjos já vistos e é considerado um arranjo híbrido, que combina pelo menos duas configurações RAID 6 num único pool de discos em RAID 0. Esse sistema exige pelo menos 8 hard disks e integra dois ou mais grupos configurados em RAID 6.

Uma matriz de armazenamento RAID 60 também utiliza paridade dupla de dados em cada um de seus subgrupos de armazenamento. Isso significa que numa instalação composta por 8 HDs suportará a falha de até quatro drives, ou dois discos por segmento RAID 6.

Tanto o RAID 50 como o RAID 60 são matrizes voltadas para grandes instalações, geralmente envolvem dezenas de discos e tornam-se mais viáveis economicamente quando cada subgrupo da matriz possui pelo menos oito drives, pois disponibilizará uma boa capacidade de armazenamento e o sistema continuará funcionando e não perderá dados mesmo que muitos discos falhem.

Os arranjos RAID e o armazenamento flash

Utilizar discos flash em sistemas de armazenamento traz uma série de benefícios, porém é muito importante utilizar servidores e storages capazes de medir o desgaste desses componentes. E memórias flash podem se desgastar rapidamente, de acordo com suas especificações, tipo de uso e condições do ambiente.

Assim, para que não haja perda de informações, arranjos de discos voltados para dispositivos flash geralmente verificam a integridade de hardware desses componentes, promovendo o desgaste de cada um deles de forma programada.

Qual o melhor tipo de arranjo para meu storage?

Variáveis como segurança, performance do sistema e o tamanho do investimento são alguns pontos que devem considerados ao implementar um arranjo de discos. Traga seu projeto para a Qnap Brasil. Temos storages NAS, DAS e SAN que podem receber discos SATA, SAS e memórias Flash. Nossos sistemas de armazenamento suportam virtualmente qualquer tipo de arranjo de disco, com certeza teremos a solução certa para sua demanda de armazenamento.

RAID: Arranjo de discos p/ trabalho conjunto em servidores e storages