Tecnologia RAID

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Tecnologia RAID
Bruna Takita - 2786, Estudante, UFV-CRP Jackson Santana - 2535, Estudante, UFV-CRP Stanelle Julle -
2551,Estudante, UFV-CRP
Resumo—Em decorrência ao avanço tecnológico, grandes quantidades de dados têm sido geradas. Dado tal cenário, surge a
necessidade de armazenamento destes dados, incitando assim, buscas por tecnologias que visem aumentar o desempenho da leitura
e escrita de dados. Neste trabalho, serão descritos alguns dos tipos de RAID (do Inglês, Redundant Array of Independent Disks), tal
como seu funcionamento e implementações.
Palavras-chave—RAID, tecnologia, armazenamento, disco rígido, redundante, desempenho
F
1 INTRODUÇÃO
SABE-SE que a tecnologia não só muda a vida do serhumano, mas também está em constante evolução. Os
dados que são o pivô dessas constantes mudanças, estão
sendo transmitidos e armazenados por diversos meios. Com
isso a capacidade de armazenar tais dados, tornou-se de
grande relevância para a sociedade.
Além da capacidade de armazenamento, é necessário
soluções para que esses dados sejam de fácil acesso e escrita,
estando protegidos de forma que o usuário se sinta seguro
em confiar as suas informações.
A tecnologia RAID (Redundant Array of Independent
Disks), proposto por David A. Patterson [1] em 1988, que
em português é dado como Conjunto Redundante de Discos
Independentes, possibilita o aumento de desempenho do
disco rígido, melhoria de segurança e confiabilidade. Essa
tecnologia é composta por diferentes níveis, sendo que cada
nível possui sua característica específica.
2 NÍVEIS DE RAID
Os níveis de RAID original proposto Patterson [1] são
descritos como RAID, de 1 a 5. Esses níveis possuem
diferentes configurações, como o espalhamento, correção
de erros usando Hamming, paridade entrelaçada em nível
de bit, paridade entrelaçada em nível de blocos e paridade
distribuída em nível de bloco, respectivamente [2].
Posteriormente outros níveis de tecnologia RAID surgiu
como sendo a derivação do 5 níveis de Patterson [1]. Os
níveis originais e alguns dos seus derivados serão descritos
detalhadamente a seguir.
• B.T. Graduanda do curso de sistemas de informação, UFV-CRP
E-mail: brunatakita@hotmail.com
• J.S. Graduanda do curso de sistemas de informação, UFV-CRP.
E-mail: jack.rsantana@gmail.com
• S.S. Graduanda do curso de sistemas de informação, UFV-CRP.
E-mail: stanellejulle@hotmail.com
2.1 Níveis de RAID Originais
2.1.1 RAID 1
É a solução tradicional originalmente proposta por Pat-
terson et al. [1] e também pode ser denominada espel-
hamento ou Mirroring, visto que implementa o espel-
hamento de disco. O espelhamento de disco consiste em
sempre que um dado é escrito em um disco, o mesmo
dado é escrito em um disco redundante, mantendo sempre
duas cópias do dado, conforme ilustrado na figura 2. Por
este motivo, o RAID 1 utiliza o dobro de discos de uma
matriz não redundante. [2] Dessa forma, sempre que um
dado precisar ser recuperado, alguns fatores poderão ser
considerados, como menor fila e menor tempo de busca,
para escolha do disco. E caso um disco falhe, terá a cópia
de segurança armazenada no segundo disco. Porém, em
detrimento à segurança oferecida pela cópia dos dados tem-
se a perda de 50% do espaço disponível.
Fig. 1: RAID 1
2.1.2 RAID 2
A tecnologia RAID 2 utiliza os códigos de Hamming
para a recuperação de componentes falhos. Essa tecnologia
é constituída por no mínimo quatro discos de dados e três
para redundância. Caso ocorra falha em um dos compo-
nentes, as informações serão recuperadas a parti da leitura
dos outros.[2] O RAID 2 caiu em desuso, devido as novas
tecnologias já possuírem essa correção.
2
Fig. 2: RAID 2
2.1.3 RAID 3
RAID 3 mostrado na Figura X, é uma versão melhorada
do RAID nível 2. Essa tecnologia é caraterizada por usar
somente um único disco para a paridade e por apresentar
maior complexidade de implementação. Dessa forma pode-
se observar que os quatro primeiros discos armazenam
os dados e o último disco armazena a paridade. O bit
de paridade pode recuperar e detectar a falha em disco,
pois quando um disco falha, é subtraído todos os dados
dos discos bons do disco que contém somente a paridade
e o restante das informações é que possivelmente estava
faltando[2][3].
Fig. 3: RAID 3
2.1.4 RAID 4
Para ser implementado, o RAID 4 necessita de no mín-
imo três discos, pois ao contrário do RAID 1, ele não utiliza
espelhamento. Ao invés disso, um dos discos armazena a
paridade dos dados contidos nos outros discos. Nesse tipo
de implementação, os dados são divididos em blocos e estes
blocos são armazenados nos discos de dados. No momento
em que um bloco é armazenado, a paridade referente ao que
foi armazenado é criada e armazenada no disco de paridade.
Desta forma, caso algum dos discos de dados apresente
problemas, a paridade pode ser acionada em tempo real
para reconstruir o seu conteúdo.
Conforme dito por [4], esse tipo de RAID é útil na criação
de discos virtuais de dimensões grandes, pois este consegue
somar o espaço total oferecido pelos discos de dados.
Fig. 4: RAID 4
2.1.5 RAID 5
A tecnologia RAID 5 é uma mistura de espelhamento
com divisão, basicamente possui uma matriz de três ou mais
discos rígidos, onde os dados serão distribuídos. Além dos
dados, cada disco possui os bits de paridade que é usado
para a correção caso algum disco falhe [5][6].
A matriz de disco com a paridade distribuída elim-
ina o gargalo do disco, pois a sua distribuição uniforme
possibilita que todos os discos participem das requisições.
Os RAID 5 tem como melhor desempenho para pequenas
leituras, grandes leituras e grande escritas, contudo para as
pequenas requisições de escrita são ineficientes comparado
ao espelhamento e redundância, pois é necessário executar
as operações para atualizar a paridade[6].
Figura abaixo ilustra como seria o armazenamento dos
dados e as paridades compartilhando o mesmo disco em
uma matriz do RAID 5.
Fig. 5: RAID 5
2.2 Níveis de RAID Derivados
2.2.1 RAID 6
O RAID 6 é uma derivação do RAID 5. Esta tecnologia
apresenta um adicional de tolerância à falha utilizando a
paridade distribuída. A distribuição dos dados é semelhante
à do RAID 5, contudo recebe o dobro de bits de paridade.
Esse dobro de paridade dar suporte para uma segunda
falha simultânea de disco, utilizando geralmente o código
REED-Solomon [2] Para aplicações mais complexas o RAID
6 tem como vantagem ser usado, por conta do o suporte de
3
múltiplas falhas. Contudo, é complexo e em alguns casos
causa sobrecarga devido o cálculo da segunda paridade,
causando assim a redução no desempenho da escrita [2].
Fig. 6: RAID 6
2.2.2 RAID 0 (zero)
O sistema RAID 0, apresentado na figura 1, é uma
derivação dos cinco primeiros níveis de RAID e pode ser
definido como a matriz de discos sem tolerância a falha,
uma vez que não oferece tolerância a falhas. Também pode
ser denominado conjunto de fragmentos sem paridade (no-
parity strip set), pois como não oferece tolerância a falhas,
não tem a sobrecarga do cálculo de paridade. [2]
Esse nível RAID realiza a divisão da informação em
blocos (por exemplo, um arquivo de 4Mb é dividido em
4 blocos de 1Mb) gravando estes blocos em discos distintos
visando aumentar o desempenho da escrita, uma vez que
distribui a carga de E/S ao longo de vários canais e discos.
Permitindo, dessa forma, que a leitura e escrita dos blocos
ocorram simultaneamente em cada unidade. [2]
Fig. 7: RAID 0
2.2.3 RAID 0+1
O RAID 0+1 é uma combinação dos níveis RAID 0 (Strip-
ing) e 1 (Mirroring), na qual os dados são divididos entre
os discos, utilizando espelhamento de discos em seguida,
conforme apresentado na figura 3. Dessa forma, é possível
aproveitar o bom desempenho do RAID 0 e a segurança
oferecida através da redundância dos dados do RAID 1.
Devido a essas características, esse nível RAID pode ser
consideradoo mais rápido e seguro, porém o de mais cara
implantação, necessitando de, no mínimo, 4 discos. Caso um
dos discos falhe, o sistema se torna RAID 0 [4].
Fig. 8: RAID 0+1
Segundo os autores Barbieri et al [4] e Canedo e Teixeira
[7], o sistema RAID 0, também conhecido como Striping,
não oferece segurança, uma vez que, a perda de um disco
representa a perda dos dados. Por este motivo, não é um
método para ser utilizado em projetos críticos. Além disso,
esse nível RAID não apresenta redundância.
2.2.4 RAID 10 (1+0)
Conforme dito por Lobato, O RAID 10 é um RAID 0 que
utiliza RAID 1 ao invés de discos convencionais [2], ou seja,
é também uma combinação dos níveis RAID 1 e 0. Cada par
será espelhado, garantindo a redundância do nível RAID 1,
e os pares serão então distribuídos, obtendo melhor desem-
penho semelhante ao RAID 0. Dessa forma, até metade dos
discos pode falhar simultaneamente, sem prejudicar todo o
conjunto, desde que não falhem os dois discos redundantes.
A implantação não é tão cara e o desempenho tão bom
quanto o RAID 0+1, porém é um nível RAID recomendado
por ser seguro e consideravelmente rápido.
Fig. 9: RAID 10
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2.2.5 RAID 50
O RAID 50, que também é chamado de RAID 5 + 0,
combina as técnicas de paridade distribuída do RAID 5
juntamente com a segmentação de dados do RAID 0. Para
ser implementado, necessita de no mínimo 6 unidades de
disco. Na sua implementação utilizando o número mínimo
de unidades de discos, as unidades são divididas em dois
grupos de RAID 5 interligadas através do RAID 0. Em casos
de falhas, cada unidade de RAID 5 poderia falhar sem perda
de dados. Esse tipo de RAID possui uma boa performance,
uma vez que o mesmo reparte os dados no RAID 0 e em
seguida, escreve simultaneamente no RAID 5. Uma de suas
desvantagens é o seu custo elevado de implementação. O
RAID 50 é recomendado para aplicações que exigem um
alto nível de confiabilidade.[8]
Fig. 10: RAID 50
2.2.6 RAID 100
O RAID 100 (RAID 10 + 0) trata-se de uma implemen-
tação utilizando RAID 10 e RAID 0. Requer no mínimo 8
discos para ser implementado e geralmente é implemen-
tado utilizando software RAID 0 sobre o hardware do
RAID 10. As características de falha desta implementação
são idênticas ao RAID 10. Sua principal vantagem, é o
alto desempenho e tolerância a falhas. Em contrapartida,
sua implementação custa caro e possui um alto nível de
complexidade[9]
Fig. 11: RAID 100
3 IMPLEMENTAÇÕES DE RAID
A implementação de um sistema RAID pode acontecer
de duas formas, através de uma implementação utilizando
software ou através de uma implementação utilizando hard-
ware.
3.1 Implementação Via Software
Em uma implementação de sistema RAID utilizando
software, o gerenciamento da RAID é feito pelo sistema
operacional através da controladora de discos. Neste tipo
de implementação, a movimentação de dados é realizada
por uma camada de software que realiza uma abstração
entre as opções lógicas da RAID e os discos físicos. O
processamento necessário para o gerenciamento é realizado
pela CPU. Atualmente, a maioria dos sistemas operacionais
possuem a capacidade de criar RAIDs através de software.
Devido ao fato de não utilizarem controladores físicos, sua
implementação torna-se mais barata.
3.2 Implementação Via Hardware
Na implementação de sistema RAID utilizando hard-
ware, é utilizado uma controladora especialmente dedicada
ao gerenciamento da RAID. Geralmente, as implementações
de RAID via hardware oferecem um sistema de cache para
leitura e escrita, isso juntamente com o fato de implemen-
tações via hardware não sobrecarregarem o processador, faz
com que haja um aumento na performance. Outra facilidade
apresentada pelas implementações via hardware, é que a
grande parte suporta "hot-swapping", ou seja, em caso de
falhas, é possível substituir os discos enquanto o sistema
está em funcionamento.
4 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Diversos autores relatam as características e utilizam
a tecnologia RAID para experimentos, entre eles têm-se:
Goldman et al [10]; Lobato [2]; e Canedo, Teixeira e Bruchi
[7].
Goldman et al [10] em seu trabalho "TAQUARA –
Tecnologia, Aplicações e Qualidade de Serviço em Re-
des Avançadas no Projeto GIGA", Realiza experimentos
para a transmissão de dados em redes Gigabit em dois
cenários distintos. No primeiro, os dados são armazenados
na memória do computador e são transmitidos para outro
computador através de uma rede Gigabit. O segundo, os
dados estão armazenados em disco rígidos que são lidos
e repassados para a sua interface de rede e em seguida é
transmitido pela rede. A transmissão disco a disco obteve
baixa vazão de dados, assim não alcançou a taxa de 1 Gbps
. Para resolver esse problema, foi reconfigurado os disco em
modo RAID 0 que conseguiu atende a transmissão em altas
taxas. Para a compressão do assunto abordado, os autores
descrevem o conceito da tecnologia RAID com ênfase no
nível 0.
Lobato [2] aborda em seu trabalho, um ambiente que
auxilia o aprendizado e na avaliação de desempenho de
diferentes níveis de RAID. Para tanto, foi realizada uma
revisão bibliográfica sobre a tecnologia RAID e os seus
aspectos como o desempenho, confiabilidade e os níveis
existentes.
5
O gerenciamento da disponibilidade de armazenamento
uniu diversas técnicas e ferramentas. Canedo, Teixeira e
Bruchi [7] ressaltam que os negócios são afetados direta-
mente pelos pontos falhos, como, ambientes sem redundân-
cia e disco únicos. Os autores no seu trabalho abordam
conceitos e ferramentas que prove alta disponibilidade em
armazenamento de banco de dados com foco em alta perfor-
mance. Entre tais conceitos pode ser visto storage, Clusters,
RAID e Raw Devices.
5 CONCLUSÃO
RAID é uma tecnologia que permite que o computador
ganhe desempenho nas operações de escrita e leitura de
dados, com detecção de erros e em alguns casos com a recu-
peração de erros caso ocorra falha em disco. Essa tecnologia
é dividida em níveis com diferentes características. Cada
nível possui sua particularidade adequando-se aos diversos
problemas, sendo que esses são usados de acordo com a
necessidade.
O uso desta tecnologia possibilita o aumento da capaci-
dade de armazenamento e do desempenho dos sistemas
computacionais, possibilitando futuras expansões. Além de,
assegurar considerável confiabilidade e segurança dos da-
dos armazenados. Tornando-se, portanto, uma tecnologia
de grande relevância no cenário atual, que cada vez mais
busca por melhorias de desempenho.
REFERENCIAS
[1] D. A. Patterson, G. Gibson, and R. H. Katz, A case for redundant
arrays of inexpensive disks (RAID). ACM, 1988, vol. 17, no. 3.
[2] D. C. Lobato, “Proposta de um ambiente de simulação e apren-
dizado inteligente para raid,” Ph.D. dissertation, Universidade de
São Paulo, 2000.
[3] D. Patterson and J. Hennessy, “Organização e projeto de computa-
dores: a interface hardware/software. editora campus,” 2005.
[4] V. d. S. N. C. André Barbieri, David Leandro, “Tecnologia RAID,”
vol. 1, pp. 363–387, 2013.
[5] B. A. Milanez, G. d. S. De Lucca, and D. P. da Cunha, “7a fase-
estudo da tecnologia raid 5 implementada em um cluster hp,”
Anais SULCOMP, vol. 4, 2008.
[6] Intel, “Tecnologia de armazenamento Intel R© Rapid,” vol. 0, 2011.
[7] F. dos Santos Canedo, G. C. Bruschi, L. A. da Silva, and
V. de Oliveira Teixeira, “Gerenciamento e alta disponibilidade em
armazenamento de banco de dados,” Caderno de Estudos Tecnológi-
cos, vol. 1, no. 1, 2013.
[8] Cisco, Introduction to RAID. Cisco, 2007.
[9] Intel, RAID Basics Training Guide - Discover a Higher Level of
Performance. Cisco, 2007.
[10] A. G. et al, “Taquara - tecnologia, aplicações e qualidade de serviço
em redes avançadas no projeto giga. projeto giga/rnp 2460,”
Caderno de Estudos Tecnológicos, vol. 1, p. 14, 2005.
	Introdução
	Níveis de Raid
	Níveis de RAID Originais
	RAID 1
	RAID 2
	RAID3
	RAID 4
	RAID 5
	Níveis de RAID Derivados
	RAID 6
	RAID 0 (zero)
	RAID 0+1
	RAID 10 (1+0)
	RAID 50
	RAID 100
	Implementações de Raid
	Implementação Via Software
	Implementação Via Hardware
	Revisão Bibliográfica
	Conclusão
	Referencias