RAID arquitetura

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16/06/2010
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RAID?RAID?
Redundant Array of Independent Disks (Matriz Redundante de 
Discos Independentes)
UEZO
RAIDRAID
► Surgiu na Universidade de Berkeley, Califórnia 
(EUA)
►Combina vários discos rígidos (dependendo do 
nível), em duas ou mais unidades lógicas.
► Estratégia do RAID:
� Acesso simultâneo aos dados
� Maior desempenho (I/O) no armazenamento secundário 
(Paralelismo)
� Recuperação de dados em caso de falhas 
(Redundância)
UEZO
Tipos de RAIDTipos de RAID
►► Baseado em hardware
� Independe do S.O.
� Bastante rápido
► Baseado em software
� Depende do S.O.
� Maior a dificuldade de configuração
� Mais barato
UEZO
Níveis de RAIDNíveis de RAID
►►ComunsComuns
�� RAID 0
� RAID 1
� RAID 2
� RAID 3
� RAID 4
� RAID 5
� RAID 6
UEZO
►Híbridos
� RAID 01
� RAID 10
� RAID 50
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RAID 0RAID 0
►► Para pequenos registros de
dados ou muitos pedidos de
I/O:
� É deveras vantajoso ter
segmentos grandes, se esse
segmento é grande o
suficiente para conter todo o
registro, os hard disks
podem responder
simultaneamente à outras
requisições.
► Grandes registros de dados:
� É mais vantajoso ter
segmentos pequenos, se o
registro é gravado em vários
discos do array, o conteúdo
pode ser lido em paralelo,
aumentando o desempenho
do sistema
UEZO
RAID 1RAID 1
►► Mirroring ou 
Shadowing:
� O RAID 1 efetua o
espelhamento de
discos.
► Confiabilidade:
� Em caso de falha em
um dos discos lógicos,
é possível colocar o
seu espelho em
funcionamento
automaticamente.
UEZO
RAID 2RAID 2
►Técnica de acesso paralelo.
►Todos os discos participam na execução de cada 
pedido.
►Código corretor de erros calculado através de bits 
em posições análogas em cada disco (Código de 
Hamming).
►Normalmente utilizado em sistemas com grande 
probabilidade de ocorrência de erros.
►Não é mais utilizado, os discos recentes já 
implementam algum mecanismo de segurança 
próprio.
UEZO
RAID 2RAID 2
UEZO
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RAID 3RAID 3
►► Requer apenas um disco redundante.
► Não usa código corretor de erros.
► É utilizado um simples bit de paridade para 
o conjunto de bits na mesma posição em 
todos os discos. Este bit é armazenado no 
disco redundante.
UEZO
RAID 3RAID 3
►► Modo reduzido = quando um disco falha.
� Dados em falta são regenerados em tempo real 
(na leitura).
� Na escrita, tem de manter as informações de 
paridade para regenerações futuras.
� Para voltar a normalidade, o disco danificado 
deverá ser substituído por um novo e o seu 
conteúdo regenerado neste disco.
UEZO
RAID 3RAID 3
UEZO
RAID 3 RAID 3 –– Falha e correção.Falha e correção.
►► d(r)= d(0) + d(1) + d(2) + d(3)
► Em caso de d(1) falhar:
► d(1)= d(r) – (d(0) + d(2) + d(3))
Obs.: Esta paridade é também utilizado nos RAIDs 4, 5 e 6.
UEZO
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RAID 4RAID 4
►► Os RAIDs do 4 ao 6 usam uma técnica de acesso 
independente.
► Cada disco opera independentemente, satisfazendo 
pedidos de I/O em paralelo.
► Mais adequado para altas taxas de pedidos de I/O.
► Não é adequado para altas taxas de transferência.
► Usa faixas relativamente grandes.
► No RAID 4 os dados são quebrados em blocos e os blocos 
são escritos em discos de dados. Diferente do RAID 3, 
onde os dados são quebrados bit a bit.
UEZO
RAID 4RAID 4
UEZO
RAID 4 RAID 4 -- DesvantagensDesvantagens
►► A taxa de gravação é muito baixa, porque grava sempre no disco de A taxa de gravação é muito baixa, porque grava sempre no disco de 
dados e no disco de paridade, ou seja, como ele tem que gravar tudo dados e no disco de paridade, ou seja, como ele tem que gravar tudo 
duas vezes, a gravação fica mais lenta. duas vezes, a gravação fica mais lenta. 
►► Há fadiga no disco de paridade, pois é atualizado a cada gravação e Há fadiga no disco de paridade, pois é atualizado a cada gravação e 
verificado a cada leitura, ou seja, a cada vez que qualquer disco de verificado a cada leitura, ou seja, a cada vez que qualquer disco de 
dados é acessado, o disco de paridade também é, e isso gera fadiga de dados é acessado, o disco de paridade também é, e isso gera fadiga de 
material, diminuindo o tempo de vida útil do disco de paridade. material, diminuindo o tempo de vida útil do disco de paridade. 
Também chamado de “estrangulamento”.Também chamado de “estrangulamento”.
►► O projeto da controladora é completamente complexo. O projeto da controladora é completamente complexo. 
►► Em comparação com o RAID 1, em caso de falha do disco, a Em comparação com o RAID 1, em caso de falha do disco, a 
reconstrução é difícil, pois o RAID 1 já tem o dado pronto no disco reconstrução é difícil, pois o RAID 1 já tem o dado pronto no disco 
espelhado. espelhado. 
►► Tudo o que o RAID 4 faz de bom, outros RAIDTudo o que o RAID 4 faz de bom, outros RAID´´s, como o 5, fazem s, como o 5, fazem 
melhor e, também efetuam bem o que o RAID 4 realiza mal, tornando melhor e, também efetuam bem o que o RAID 4 realiza mal, tornando 
o RAID 4 antiquado. o RAID 4 antiquado. 
UEZO
RAID 5RAID 5
►► Distribui a paridade por todos os discos.
► Evitar o estrangulamento de um disco.
► Dados continuam sendo armazenados em todos 
os discos.
► Vantagem:
► Quanto mais discos, mais rápido.
► Throughput das aplicações 4x maior, comparado 
a arrays não redundantes para pequenas escritas.
UEZO
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RAID 5RAID 5
UEZO
RAID 6RAID 6
►► Dois cálculos diferentes para a paridade.
► 1: Calculado como os RAIDs 3, 4 e 5.
► 2: Usa um algoritmo independente.
► Requer n + 2 discos.
► Permite regeneração dos dados mesmo que 
ocorra falha em dois discos.
► Teria que ocorrer um erro em 3 discos para 
tornar os dadosindisponíveis.
► Cada escrita afeta dois blocos de paridade.
UEZO/2009
RAID 6RAID 6
UEZO
Tipo Híbridos de RAIDTipo Híbridos de RAID
►Podemos ainda combinar configurações de 
RAID para alcançar a melhor performance.
► As combinações mais comuns que 
produzem melhor performance são RAID 0 
com RAID 1, conhecido como RAID 0+1 ou 
simplesmente RAID 10 e a RAID 0 com 
RAID 5, conhecido como RAID 0+5 ou RAID 
50.
UEZO
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RAID 10RAID 10
► Oferece as vantagens da transferência de dados rápida de 
um arranjo espelhado.
► O desempenho do sistema durante a reconstrução de um 
disco é também melhor que nos arranjos baseados em 
paridade
► Os dados são segmentados através de grupos de discos
► espelhados.
► É preciso, no mínimo,quatro discos para montar um RAID
► 10, já que teremos dois espelhos e criaremos uma faixa 
entre os conjuntos.
� RAID 0 + 1
� RAID 1 + 0
UEZO
RAID 1+0RAID 1+0
UEZO
RAID 0+1RAID 0+1
UEZO
RAID 0+5 (RAID 50)RAID 0+5 (RAID 50)
►Este nível nos traz a maior performance
em velocidade, pois pega o bloco de dados
e o reparte no RAID 0 e depois o escreve
simultaneamente no RAID 5 usando as
técnicas de RAID com Paridade em
conjunção com a segmentação de dados .
UEZO
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RAID 50RAID 50
UEZO
RAID ArquiteturaRAID Arquitetura
►► ImplementaçãoImplementação ViaVia softwaresoftware
►► NaNa implementaçãoimplementação viavia softwaresoftware,, oo sistemasistema operacionaloperacional
gerenciagerencia oo RAIDRAID atravésatravés dada controladoracontroladora dede discos,discos, semsem aa
necessidadenecessidade dede umum controladorcontrolador dede RAIDsRAIDs,, tornandotornando--aa maismais
baratabarata..
►► NesseNesse tipotipo dede implementação,implementação, todotodo oo processamentoprocessamento
necessárionecessário parapara oo gerenciamentogerenciamento dodo RAIDRAID éé feitofeito pelapela CPUCPU..
TodaToda movimentaçãomovimentação dede dados(leituradados(leitura ee escrita)escrita) éé feitafeita porpor
umauma camadacamada dede softwaresoftware queque fazfaz aa abstraçãoabstração entreentreaa
operaçãooperação lógicalógica (RAID)(RAID) ee osos discosdiscos físicos,físicos, ee éé controladacontrolada
pelopelo sistemasistema operacionaloperacional..
►► AA configuraçãoconfiguração dodo RAIDRAID viavia softwaresoftware éé feitafeita pelopelo sistemasistema
operacional,operacional, queque precisaprecisa terter implementadoimplementado nono própriopróprio
kernelkernel aa utilizaçãoutilização dede RAIDsRAIDs viavia softwaresoftware.. ÉÉ possívelpossível criarcriar
RAIDsRAIDs viavia softwaresoftware nono Linux,Linux, FreeBSDFreeBSD,, comocomo nono WindowsWindows
20002000,, XP,XP, 20032003 ServerServer ee VistaVista..
UEZO
RAID ArquiteturaRAID Arquitetura
►► Implementação Via hardwareImplementação Via hardware
►► ControladorasControladoras RAIDRAID emem hardwarehardware usamusam layoutslayouts dede discodisco proprietáriosproprietários
(e(e diferentes)diferentes).. PorPor isso,isso, normalmentenormalmente nãonão éé possívelpossível misturarmisturar
controladorascontroladoras dede fabricantesfabricantes diferentesdiferentes.. ElesEles nãonão utilizamutilizam recursosrecursos dodo
processadorprocessador.. AA BIOSBIOS podepode iniciariniciar (dar(dar bootboot)) porpor ela,ela, ee umum integraçãointegração
maiormaior comcom oo driverdriver dede dispositivodispositivo podepode ofereceroferecer umum melhormelhor tratamentotratamento
dede erroserros..
►► UmUm implementaçãoimplementação dede RAIDRAID emem hardwarehardware requerrequer pelopelo menosmenos umauma
controladoracontroladora especialmenteespecialmente dedicadadedicada parapara issoisso.. EmEm umauma estaçãoestação dede
trabalhotrabalho (PC(PC comum)comum) issoisso podepode serser umauma placaplaca dede expansãoexpansão PCI,PCI, PCIPCI--ee
ouou umauma placaplaca integradaintegrada àà placaplaca--maemae.. ControladorasControladoras utilizandoutilizando aa
maioriamaioria dosdos tipostipos dede drivedrive podempodem serser usadasusadas -- IDEIDE/ATA,/ATA, SATASATA,, SCSISCSI,,
SSA,SSA, FibreFibre ChannelChannel,, ee àsàs vezesvezes umauma combinaçãocombinação.. AA controladoracontroladora ee osos
discosdiscos utilizadosutilizados devemdevem estarestar isoladosisolados.. PodemPodem estarestar conectadosconectados
diretamentediretamente aoao computador,computador, ouou conectadosconectados viavia SANSAN.. AA controladoracontroladora
gerenciagerencia osos drivesdrives ee fazfaz osos cálculoscálculos dede paridadeparidade necessáriosnecessários pelopelo nívelnível
dede RAIDRAID escolhidoescolhido..
UEZO
RAID ArquiteturaRAID Arquitetura
►► Implementação Via hardwareImplementação Via hardware
►► AA maioriamaioria dasdas implementaçãosimplementaçãos emem hardwarehardware provêemprovêem
cachecache dede leituraleitura ee escrita,escrita, oo queque (dependendo(dependendo dada cargacarga dede
I/O)I/O) melhoramelhora aa performanceperformance.. NaNa maioriamaioria dosdos casos,casos, oo
cachecache dede escritaescrita éé nãonão--volátilvolátil (protegido(protegido porpor bateria),bateria), ee
portanto,portanto, escritasescritas pendentespendentes nãonão sãosão perdidasperdidas nono casocaso dede
umauma falhafalha nono suprimentosuprimento dede energiaenergia.. ImplementaçõesImplementações emem
hardwarehardware provêemprovêem performanceperformance garantida,garantida, nãonão
sobrecarregamsobrecarregam oo processadorprocessador ee podempodem suportarsuportar váriosvários
sistemassistemas operacionais,operacionais, jájá queque aa controladoracontroladora apresentaráapresentará
aoao sistemasistema operacionaloperacional umum discodisco simplessimples..
►► AA maioriamaioria dasdas implementaçõesimplementações emem hardwarehardware tambémtambém
suportasuporta oo "hot"hot--swapping"swapping",, permitindopermitindo queque discosdiscos comcom falhafalha
sejamsejam substituídossubstituídos enquantoenquanto oo sistemasistema estáestá sendosendo
executadoexecutado..
UEZO