RAID

RAID, sigla de redundant array of independent disks (Conjunto Redundante de Discos Independentes), é um mecanismo criado com o objetivo de melhorar o desempenho e segurança dos discos rígidos existentes em um PC qualquer, através do uso de HDs extras.

Existem vários mecanismos de RAID distintos, dos quais se destacam o RAID 0 até o RAID 6, além dos RAID 10 e RAID 01. Cada um deles é destinado para um problema em específico, portanto, possuindo características próprias. Neste artigo vamos abordar em detalhes o RAID 0 e RAID 1, os quais são esquemas de redundância de dados mais usados na atualidade.

RAID 0 e a divisão de dados

A divisão de dados consiste em usar um disco extra em paralelo para armazená-los, dividindo a informação através dos dois HDs disponíveis. Sua vantagem está no fato de ser possível ler e gravar o dobro de informações ao mesmo tempo, assim diminuindo o tempo de operação quase pela metade. Tal esquema é a base do RAID 0. Vamos exemplificar o seu funcionamento através do seguinte exemplo. Suponha que o seu computador tenha um único disco rígido e você deseja que o dobro de dados seja transmitido ao mesmo tempo.

No RAID 0, um novo disco é utilizado em paralelo com o já existente, dividindo o conteúdo entre os dois HDS. Suponha que uma palavra seja formada pelos caracteres A1A2...A7A8. Neste mecanismo, nós mandaríamos os caracteres com final ímpar, para o disco 0 e com o final par para o disco 1. O resultado pode ser conferido na ilustração ao lado.

Tanto na leitura e na escrita em uma posição qualquer, ela será acessada em ambos os discos ao mesmo tempo. Isso faz com que dois dados sejam lidos ou escritos no mesmo momento, dobrando a taxa de leitura ou gravação. Logo, se a taxa de transferência era de 100 MB/s, ela passaria a trabalhar como 200 MB/s. As principais desvantagens deste método são o custo adicional do HD extra e o fato de que um erro em um disco compromete toda a informação armazenada.

RAID 1 e a replicação de conteúdo

A replicação, como seu próprio nome indica, faz com que dois ou mais discos possuam exatamente o mesmo conteúdo, tornando um cópia idêntica do outro. Assim, sempre haverá um backup pronto para ser utilizado. Consequentemente é necessário também duplicar o hardware utilizado. Tal esquema é a base do RAID 1.

Suponha que por algum motivo um computador apresente perdas de dados em seu disco rígido. Com o RAID 1, um segundo disco seria usado paralelamente ao primeiro, funcionando como cópia idêntica. Em uma escrita, os dados necessitam ser modificados nos dois discos ao mesmo tempo. Por exemplo, a palavraA1A2A3A4 ficaria armazenada do mesmo modo em ambos HDs.

Assim a taxa de transferência de dados continuaria a mesma, mas o espaço utilizado seria o dobro do real, pois um disco rígido de 250 MB exigiria outra cópia idêntica de 250 MB.

RAIDs que trabalham com paridade

Duplicar um disco inteiro como backup pode não ser uma ótima opção, principalmente se a sua máquina utiliza vários Hds ao mesmo tempo. Por isso, os mecanismos de RAID 3 até o RAID 6 efetuam cálculos de paridade de uma mesma posição em todos os discos e armazenam o resultado em um novo disco. Dependendo do RAID utilizado, o esquema de paridade varia um pouco, mas o princípio continua o mesmo. Em seguida, um novo cálculo de paridade é efetuado. Caso os resultados obtidos sejam distintos, significa que algum bit está incorreto. A figura abaixo exemplifica o esquema, reapresentando o RAID 4.

Como é possível perceber, os discos 0, 1 e 2 são os que efetivamente guardam os dados, enquanto que o disco 3 guarda a paridade. Deste modo, para 3 HDs, precisamos somente um disco adicional, o que gera uma economia de hardware comparado com o RAID 1.

Os modos de operação

Um dos grandes atrativos do RAID é a possibilidade de escolher entre diferentes modos de operação, de acordo com a relação capacidade/desempenho/confiabilidade que você pretende atingir. As opções básicas são:

RAID 0 (Striping): O RAID 0 é um "RAID pra inglês ver", onde o objetivo é unicamente melhorar o desempenho, sacrificando a confiabilidade.

Ao usar o RAID 0, todos os HDs passam a ser acessados como se fossem um único drive. Ao serem gravados, os arquivos são fragmentados nos vários discos, permitindo que os fragmentos possam ser lidos e gravados simultaneamente, com cada HD realizando parte do trabalho. Usando RAID 0 a performance fica em um patamar próximo da velocidade de todos os HDs somada. Ao usar 4 HDs com uma taxa de transferência e 50 MB/s (em leituras seqüenciais) em RAID 0, você teria uma taxa de transferência total de quase 200 MB/s em muitas situações.

Na verdade, a distribuição dos dados nos drives não é completamente uniforme. Os arquivos são divididos em fragmentos de tamanho configurável (opção "chunk size", ou "stripe size"). Se você está utilizando 3 HDs em RAID 0, utilizando fragmentos de 32 KB, por exemplo, ao gravar um arquivo de 80 KB teríamos fragmentos de 32 KB gravados nos dois primeiros HDs e os 16 KB finais seriam gravados no terceiro, sendo que os 16 KB que "sobraram" no terceiro HD ficariam como espaço desperdiçado.

A configuração do stripe size, ou seja, do tamanho dos fragmentos, tem um efeito considerável sobre o desempenho. Se você usa predominantemente arquivos grandes, então um stripe size de 64 KB ou mais renderá os melhores resultados. Entretanto, no caso de um servidor que manipula um grande volume de arquivos pequenos, valores mais baixos acabam resultando em um melhor desempenho e menos espaço desperdiçado.

Ao criar um array com 4 HDs de 500 GB em RAID 0, você teria um espaço total de armazenamento de 2 TB, onde toda a capacidade é dedicada ao armazenamento de dados, sem redundância:

HD 1 HD 2 HD 3 HD 4

Dados

Dados

Dados

Dados

O problema é que cada HD armazena apenas fragmentos de cada arquivo e não arquivos completos. Por causa dessa