Qué son las matrices RAID: ventajas y tipos

¿Qué es un RAID?

En sentido estricto, RAID (Redundant Array of Independent Disks) es una forma de combinar unidades de disco independientes en un único módulo lógico mediante la virtualización de datos. El término en sí fue propuesto en 1987. Se suponía que esta tecnología iba a resolver una serie de problemas de las unidades de disco duro: como la pérdida de tiempo al escribir y leer archivos grandes y la escasa tolerancia a los fallos. Aunque hoy en día este tipo de matrices a veces se componen de SSD (unidades de estado sólido), los sistemas RAID suelen basarse en los clásicos discos duros. 

Es importante entender que el RAID puede organizarse en dos tipos de implementación:

• Basado en hardware. En este caso, los discos duros están conectados a la placa base a través de un controlador RAID con su propio microprocesador. Este dispositivo puede estar integrado en la placa base y ser independiente. El primer método es un poco más barato, pero el segundo es mucho más eficiente.
• Basado en software. En esta situación, se utilizan utilidades del sistema operativo en lugar del controlador, lo que ayuda a ahorrar dinero. Estos programas están disponibles para Windows y Linux. La principal desventaja es que utilizan la CPU y la RAM del sistema para gestionar el array, lo que reduce su rendimiento global.

Aunque la definición de uno de los tipos de implementación descritos, así como la elección de unidades HDD o SSD, son importantes, en realidad, se presta más atención a los niveles del array - RAID 0, RAID 1, etc. Se diferencian en los algoritmos de creación y distribución de datos entre los espacios de disco. Todos los niveles tienen sus ventajas y desventajas, por lo que vale la pena hablar de cada uno de ellos por separado.

RAID 0

Es el tipo básico de matriz RAID. Se basa en el principio de striping. Imagina que tiene un libro que consta de varios capítulos. Con este método de combinación de discos, el primer capítulo del libro se envía al primer disco, el segundo se envía simultáneamente al segundo, y así sucesivamente. Además, es posible conectar al sistema diferentes volúmenes y velocidades de discos duros (la velocidad global viene determinada por el disco duro más lento del grupo, aunque puede haber restricciones a nivel de SATA).

El RAID 0 tiene varias ventajas:

• El aumento de la velocidad de transferencia de archivos es un múltiplo del número de discos conectados.
• Aprovechamiento total del espacio de disco disponible en el array.
• Número potencialmente ilimitado de discos en el array.

Pero estas ventajas pueden quedar completamente cubiertas por el principal inconveniente del RAID 0. Si se daña al menos un almacenamiento, se perderán todos los datos. Volvamos a la analogía con el libro. El libro se vuelve inútil porque le faltarán los capítulos del disco que ha fallado, aunque tengas el resto de los capítulos. Por lo tanto, es mejor utilizar matrices de nivel cero sólo para archivos temporales o no críticos en sistemas con requisitos de alta velocidad.

RAID 1

Otro de los niveles más sencillos de combinar espacios en disco. Se basa en el método de duplicación. En este caso, el libro se envía por capítulos a todos los discos a la vez. Pueden ser 2 o 22, siempre que el número sea par. De hecho, el RAID 1 realiza constantemente copias de seguridad de todos los datos disponibles: tienes copias completas, "espejos", de sus archivos.

Las ventajas de este tipo de matriz RAID son las siguientes

• Conservación completa de todos los datos en caso de fallo de cualquier disco individual.
• Una ganancia en la velocidad de lectura al paralelizar la petición a los discos duros.

Pero las desventajas del primer nivel también son suficientes:

• La velocidad de escritura no difiere de la velocidad base de un solo disco.
• La reducción del espacio del disco a la mitad debido a la redundancia de datos.

En resumen, este array es lo contrario de RAID 0: no es rápido, pero sí fiable. Por lo tanto, es perfecto para almacenar datos especialmente valiosos a los que no se accede con tanta frecuencia. En este caso, el sobreprecio de los discos "clonados" está plenamente justificado.

RAID 5

Este nivel es similar al RAID 1, pero con una cierta modificación. Volvamos al ejemplo del libro. Su primer capítulo se escribe en el primer disco, el segundo en el segundo, y la llamada paridad se envía al tercero - de hecho, una copia de seguridad del bloque de datos. Al mismo tiempo, cada uno de los discos duros se selecciona alternativamente para la paridad, lo que aumenta la tolerancia a fallos del sistema. Sin embargo, los expertos creen que 3 discos no son la mejor cantidad para un RAID de este tipo. Lo ideal es que se necesiten al menos 4-5.

Las principales ventajas del quinto nivel de matrices combinadas son

• Alta velocidad con el funcionamiento en paralelo de los discos (pero inferior a la del RAID 0).
• Ahorro de almacenamiento para las copias de seguridad frente al RAID 10 en un 25% o más.
• Garantiza la seguridad de toda la información en caso de fallo de uno de los discos.

Al igual que antes, veamos los inconvenientes de este enfoque:

• Para el correcto funcionamiento del sistema, se necesita un controlador especial y caro.
• Debido a las particularidades de la tecnología, la recuperación de datos puede llevar mucho tiempo.

Resumiendo la información sobre el RAID 5, podemos decir: es suficientemente bueno, pero sigue siendo una solución especial, no universal, para combinar unidades.

RAID 6

Es la evolución de la idea del RAID 5: la información sigue distribuyéndose bloque a bloque en los discos, pero la copia de seguridad ya no es de paridad única, sino doble, asignada en dos unidades. En consecuencia, el número mínimo de discos duros en un array de este tipo es de 4. Pero, de nuevo, es mejor que haya incluso más en el módulo RAID 6.

La principal ventaja de este nivel es obvia: funcionará incluso si dos discos fallan. Este es el sistema más fiable descrito. Sin embargo, hay que evaluar razonablemente la probabilidad de un doble fallo de los discos duros y compararla con las desventajas de este RAID. Entre ellas, las principales son

• Menor velocidad de lectura y escritura en comparación con otras matrices complejas.
• La necesidad de espacio adicional para la doble copia.
• El rendimiento depende mucho de un controlador complejo y potente.

Debido a esta combinación de características, el sexto nivel es bastante raro, aunque en ciertas situaciones es un método indispensable.

¿Qué podemos decir de los niveles RAID 2, 3, 4 y 7?

Para responder brevemente a la pregunta del subtítulo: se trata de sistemas RAID prácticamente inexistentes. La razón principal son los matices técnicos específicos en el trabajo del array. Todos estos RAID funcionan según el principio de alternancia, pero con características especiales:

• En el segundo nivel, se utiliza el llamado código Hamming, y los datos de comprobación y corrección de errores se almacenan en los discos. Al mismo tiempo, el módulo se justifica en términos de rendimiento y fiabilidad a partir de hasta 7 discos.
• En el RAID 3 la información se almacena byte a byte, y hay una unidad para los bloques de paridad. Cabe destacar la alta velocidad de lectura y escritura, pero sólo para archivos grandes. Y como el array es monotarea, el acceso desde dos dispositivos es difícil.
• En cuanto al RAID 4, es similar al RAID 4, pero sin ruptura byte a byte. Por un lado, resuelve el problema de la lentitud de la transferencia de archivos pequeños. Sin embargo, la grabación no suele ser rápida debido al envío de la paridad al mismo disco.
• El RAID 7 es similar al RAID 4, pero con una caché adicional a nivel de la RAM. Este método es fiable y rápido, pero la matriz necesita definitivamente un SAI: los datos se dañan durante los cortes de energía.

También hay que tener en cuenta que, además de los métodos de combinación de discos indicados en el artículo, hay otros, incluso más exóticos, menos comunes. Entre ellos, podemos mencionar RAID 61, RAID 03 y RAID-DP. Pero son interesantes para los especialistas en informática y son mucho menos comunes que los básicos RAID 0 y RAID 1…

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