Que es RAID

¿Que es RAID?

RAID es una forma de almacenar los mismos datos en distintos lugares (por tanto de modo redundante) en múltiples discos duros. Al colocar los datos en discos múltiples, las operaciones I/O (input/output, de entrada y salida) pueden superponerse de un modo equilibrado, mejorando el rendimiento del sistema. Dado que los discos múltiples incrementan el tiempo medio entre errores (mean time between failure, MTBF), el almacenamiento redundante de datos incrementa la tolerancia a fallos.

Un RAID, para el sistema operativo, aparenta ser un sólo disco duro lógico. El RAID emplea la técnica conocida como "striping" (bandeado o creación de bandas), que incluye la partición del espacio de almacenamiento de cada disco en unidades que van de un sector (512 bytes) hasta varios megabytes. Las bandas de todos los discos están interpaginadas (interleaved) y se accede a ellas en orden.

En un sistema de un solo usuario donde se almacenan grandes registros (como imágenes médicas o de otro tipo), las bandas generalmente se establecen para ser muy pequeñas (quizá de 512 bytes) de modo que un solo registro esté ubicado en todos los discos y se pueda acceder a él rápidamente leyendo todos los discos a la vez. En un sistema multiusuario, un mejor rendimiento demanda que se establezca una banda lo suficientemente ancha para contener el registro de tamaño típico o el de mayor tamaño. Esto permite acciones I/O superpuestas en los distintos discos.

Funcionamiento del RAID

Básicamente el RAID es un sistema el cual permite almacenar información en una cantidad de discos (n), de tal forma que agilice el proceso maquina-disco.

El sistema RAID evitará en lo más posible la pérdida de data de la siguiente manera:

Los discos optimizados para RAID poseen circuitos integrados que detecta si el disco está fallando, de ser así este circuito se encargará por encima del tiempo real de sacar la información y almacenarla en los otros discos, o si es el caso en el "hot spare".

Un hot spare es un disco que permanece siempre en el sistema esperando a que otro se estropee y él entre directamente en funcionamiento.

Una de las ventajas del sistema RAID es la posibilidad, con los discos hot swap, de conectarlos y desconectarlos en "caliente", es decir, que si un disco falla no hará falta el apagar el sistema para remplazarlo.

Otras de las ventajas de RAID:

1. Reconstrucción y Regeneración Cuando un disco falla la información redundante en los discos y los datos en los discos buenos son usados para regenerar la información de disco averiado.

Striping Es el acto de unir dos o más discos físicos en un solo disco lógico con el fin de dividir los datos entre los diferente discos para ofrecer una significativa mejora en el rendimiento del conjunto de los discos.

Los datos son divididos a través de los discos. La lectura y escritura es compartida

La búsqueda de datos clásica fuerza a la lectura y escritura a no recordar su posición

Resultando más movimientos de cabezas y peor eficiencia

La lectura de datos es etiquetada y reordenada. Los movimientos de las cabezas de lectura - escritura se realizan mas eficientemente cuando se buscan datos.

Ventajas de los discos RAID

El rendimiento general del sistema aumenta ya que pueden funcionar de forma paralela con los diferentes discos del conjunto.

Dependiendo del nivel de RAID que escojamos, si uno de los discos del conjunto falla, la unidad continúa funcionando, sin pérdida de tiempo ni de datos. La reconstrucción de los datos del disco que ha fallado se hace de forma automática sin intervención humana. En el caso de algunos sistemas operativos la regeneración de datos se hace desde software por ejemplo en el Windows NT, aunque en estos sistemas se pueden usar controladoras RAID que sí regenerarían los datos automáticamente.

La capacidad global del disco aumentará, ya que se suman las capacidades de los diferentes discos que componen el conjunto.

¿Porqué usar RAID?

Las operaciones de I/O a disco son relativamente lentas, primordialmente debido a su carácter mecánico. Una lectura o una escritura involucran, normalmente, dos operaciones. La primera es el posicionamiento de la cabeza lector/grabadora y la segunda es la transferencia desde o hacia el propio disco.

El posicionamiento de la cabeza está limitado por dos factores: el tiempo de búsqueda (seek time) y el retardo por el giro del disco hasta la posición de inicio de los datos (latencia rotacional). La transferencia de datos, por su parte, ocurre de a un bit por vez y se ve limitada por la velocidad de rotación y por la densidad de grabación del medio

Una forma de mejorar el rendimiento de la transferencia es el uso de varios discos en paralelo; esto se basa en el hecho de que si un disco solitario es capaz de entregar una tasa de transferencia dada, entonces dos discos serían capaces, teóricamente, de ofrecer el doble de la tasa anterior; lo mismo sucedería con cualquier operación.

La adición de varios discos debería extender el fenómeno hasta un punto a partir del cual algún otro componente empezará a ser el factor limitante.

Muchos administradores o encargados de sistemas intentan llevar a cabo esta solución en forma básicamente manual, distribuyendo la información entre varios discos de tal forma de intentar asegurar una carga de trabajo similar para cada uno de ellos.

Este proceso de "sintonía" podría dar buenos resultados de no ser por dos factores principales:

No consigue mejorar las velocidades de transferencia de archivos individuales, sólo mejora la cantidad de archivos accesados en forma concurrente.Es obvio que el balance no es posible de mantener en el tiempo debido a la naturaleza eminentemente dinámica de la información.

Una forma bastante más efectiva de conseguir el objetivo es el uso de un arreglo de discos, el cual según la definición del RAID Consultory Board es "una colección de discos que integran uno o más subsistemas combinados con un software de control el cual se encarga de controlar la operación del mismo y de presentarlo al Sistema Operativo como un sólo gran dispositivo de almacenamiento". Dicha pieza de software puede ser integrada directamente al Sistema Operativo o residir en el propio arreglo; así como el arreglo puede ser interno o externo.

Novell Netware incluye, desde hace algún tiempo, soporte para arreglos de discos. El espejado y la duplicación de discos son ejemplos de arreglos basados en software. Más recientemente fabricantes independientes han ofrecido al mercado arreglos de discos basados en software que pueden correr en formato NLM (Netware Loadable Module) sobre un Servidor Netware.

Las soluciones de arreglos basadas en hardware son principalmente implementadas mediante el uso de controladoras SCSI (Small Computer System Interface) especializadas, las cuales a menudo están dotadas de procesadores propios para liberar a la CPU del sistema de la tarea de control y de cachés para mejorar aún más el desempeño. Para Netware cualquiera de las dos soluciones, software o hardware, será visualizada como un único y gran disco virtual.

Así pues un arreglo de discos ofrecerá un mejor desempeño debido a que dividirá en forma automática los requerimientos de lectura/escritura entre los discos que lo conforman. Por ejemplo, si una operación de lectura/escritura involucra a cuatro bloques de 4 Kb cada uno, entonces un arreglo de 4 discos podría, teóricamente, entregar cuatro veces la tasa de operación de un disco único, esto debido a que el disco único sólo podría atender a un bloque en forma simultánea, mientras que en el arreglo cada disco podría manejar un sólo bloque cada uno y como operan al mismo tiempo

En la práctica, sin embargo, dichos niveles no se obtienen debido, principalmente, a la carga de trabajo inherente al control del propio arreglo. Además el uso de varios discos se emplea para construir cierto nivel de redundancia de los datos y es este nivel de redundancia y la forma de implementarlo lo que crea los niveles de RAID.

Arreglos paralelos vs. independientes

Arreglos paralelos: éstos son aquellos en que cada disco participa en todas las operaciones de entrada/salida. Este tipo de arreglo ofrecetasas altísimas de transferencia debido a que las operaciones son distribuidas a través de todos los discos del arreglo y ocurren en forma prácticamente simultánea. La tasa de transferencia será muy cercana, 95%, a la suma de las tasas de los discos miembros, mientras que los índices de operaciones de entrada/salida serán similares a las alcanzadas por un disco individual. En español: un arreglo paralelo accesará sólo un archivo a la vez pero lo hará a muy alta velocidad. Algunas implementaciones requieren de actividades adicionales como la sincronización de discos.

Los RAID de niveles 2 y 3 se implementan con arreglos paralelos. Arreglos independientes: son denominados así aquellos arreglos en los cuales cada disco integrante opera en forma independiente, aún en el caso de que le sea solicitado atender varios requerimientos en forma concurrente. Este modelo ofrece operaciones de entrada/salida sumamente rápidas debido a que cada disco está en posición de atender un requerimiento por separado. De esta forma las operaciones de entrada/salida

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