RAID là gì?

RAID là chữ viết tắt của Redundant Array of Independent Disks. Đó là hình thức ghép nhiều ổ đĩa cứng vật lý thành một hệ thống ổ đĩa cứng có chức năng gia tăng tốc độ đọc/ghi dữ liệu hoặc nhằm tăng thêm sự an toàn của dữ liệu chứa trên hệ thống đĩa hoặc kết hợp cả hai yếu tố trên.

Hay nói một cách dễ hiểu là nếu như chúng ta cần lưu một tệp dữ liệu thì nó sẽ được sao thành nhiều bản tương ứng với các ổ cứng để lưu trữ. Do đó sẽ hạn chế sự cố mất dữ liệu và tăng tốc sử dụng dữ liệu. Đương nhiên không phải tất cả các cấp RAID đều là cung cấp dự phòng.

Lịch sử RAID

Thuật ngữ RAID được đặt ra vào năm 1987 bởi David Patterson, Randy Katz và Garth A. Gibson. Trong báo cáo kỹ thuật năm 1988 của họ, “Một trường hợp cho các đĩa dư thừa (RAID)”, ba người lập luận rằng một loạt các ổ đĩa cứng có thể đánh bại hiệu suất của các ổ đĩa hàng đầu thời đó. Bằng cách sử dụng dự phòng, một mảng RAID có thể đáng tin cậy hơn bất kỳ ổ đĩa nào.

Mặc dù các cấp độ RAID được liệt kê trong báo cáo năm 1988 về cơ bản đặt tên cho các công nghệ đã được sử dụng, việc tạo ra thuật ngữ chung cho khái niệm này đã giúp kích thích thị trường lưu trữ dữ liệu để phát triển thêm các sản phẩm mảng RAID.

RAID hoạt động như thế nào?

RAID hoạt động bằng cách đặt dữ liệu trên nhiều đĩa và cho phép các hoạt động đầu vào / đầu ra (I/O) trùng lặp một cách cân bằng, cải thiện hiệu suất. Bởi vì việc sử dụng nhiều đĩa làm tăng thời gian trung bình giữa các lần hỏng hóc (MTBF), việc lưu trữ dữ liệu một cách dự phòng cũng làm tăng khả năng chịu lỗi.

Mảng RAID xuất hiện trên hệ điều hành (HĐH) dưới dạng một đĩa cứng logic duy nhất. Nó sử dụng các kỹ thuật reflective disc (phản chiếu đĩa) hoặc disk division (phân chia đĩa). Nó phản chiểu bản sao dữ liệu giống hệt nhau trên nhiều ổ đĩa khác nhau và phân vùng không gian lưu trữ của mỗi ổ đĩa thành những đơn vị nhỏ hơn (từ 512Byte đến vài Megabyte). Các sọc của tất cả các đĩa được xen kẽ và giải quyết theo thứ tự.

Phản chiếu đĩa và phân chia đĩa có thể được kết hợp trên một mảng RAID. Phản chiếu và phân loại được sử dụng cùng nhau trong RAID 01 và RAID 10.

Bộ điều khiển RAID

Một bộ điều khiển RAID có thể được sử dụng như một sự kết nối giữa Hệ điều hành và các đĩa vật lý, trình bày các nhóm đĩa dưới dạng các đơn vị logic. Sử dụng bộ điều khiển RAID có thể cải thiện hiệu suất và giúp bảo vệ dữ liệu trong trường hợp xảy ra sự cố.

Bộ điều khiển RAID có thể được sử dụng trong cả mảng RAID dựa trên phần cứng và phần mềm:

• Phần cứng là một bộ điều khiển vật lý quản lý mảng. Khi ở dạng thẻ Kết nối thành phần ngoại vi hoặc thẻ PCI Express, bộ điều khiển có thể được thiết kế để hỗ trợ các định dạng ổ đĩa như SATA và SCSI. Bộ điều khiển RAID vật lý cũng có thể là một phần của bo mạch chủ.
• Phần mềm là bộ điều khiển sử dụng tài nguyên của hệ thống phần cứng. Mặc dù nó thực hiện các chức năng tương tự như bộ điều khiển RAID dựa trên phần cứng, bộ điều khiển RAID dựa trên phần mềm có thể không cho phép tăng hiệu năng nhiều như vậy.

Một chip điều khiển RAID dựa trên phần sụn được đặt trên bo mạch chủ và tất cả các hoạt động được thực hiện bởi CPU, tương tự như RAID dựa trên phần mềm. Tuy nhiên, với phần sụn, hệ thống RAID chỉ được triển khai khi bắt đầu quá trình khởi động. Khi HĐH đã được tải, trình điều khiển bộ điều khiển sẽ đảm nhận chức năng RAID. Bộ điều khiển RAID phần sụn không giống như tùy chọn phần cứng, nhưng gây căng thẳng hơn cho CPU của máy tính. RAID dựa trên phần sụn còn được gọi là RAID phần mềm hỗ trợ phần cứng, RAID mô hình lai và RAID giả.

Cấp độ RAID

Kể từ khi ra đời thuật ngữ RAID thì các tác giả đã chia nó ra thành 7 cấp độ từ 0 đến 6. Hệ thống này giúp họ phân biệt các phiên bản. Tuy nhiên về sau thì các phiên bản mới ra đời và nó mở rộng ra và hiện nay nó được chia làm 3 loại: RAID tiêu chuẩn, lồng nhau và không chuẩn.

Cấp độ RAID tiêu chuẩn:

RAID cấp 0: Cấu hình này có phân loại, nhưng không có dữ liệu dư thừa. Nó cung cấp hiệu suất tốt nhất, nhưng không có lỗi.

RAID cấp 1: Còn được gọi là reflective disc (phản chiếu đĩa), cấu hình này bao gồm ít nhất hai ổ đĩa giúp nhân đôi khả năng lưu trữ dữ liệu. Không có sự phân chia. Hiệu suất đọc được cải thiện do một trong hai đĩa có thể được đọc cùng một lúc. Hiệu suất ghi tương tự như đối với lưu trữ đĩa đơn.

RAID cấp 2: Cấu hình này sử dụng phân dải trên các đĩa, với một số đĩa lưu trữ thông tin kiểm tra lỗi và sửa lỗi (ECC). Nó không có lợi thế so với RAID 3 và không còn được sử dụng.

RAID cấp 3: Kỹ thuật này sử dụng tính năng phân loại và dành một ổ đĩa để lưu trữ thông tin chẵn lẻ. Thông tin ECC nhúng được sử dụng để phát hiện lỗi. Phục hồi dữ liệuđược thực hiện bằng cách tính OR (XOR) độc quyền của thông tin được ghi trên các ổ đĩa khác. Do thao tác I / O xử lý tất cả các ổ đĩa cùng một lúc, RAID 3 không thể chồng lấp I / O. Vì lý do này, RAID 3 là tốt nhất cho các hệ thống người dùng đơn với các ứng dụng ghi dài.

RAID cấp 4: Cấp độ này sử dụng các sọc lớn, có nghĩa là bạn có thể đọc các bản ghi từ bất kỳ ổ đĩa nào. Điều này cho phép bạn sử dụng I / O chồng chéo cho các hoạt động đọc. Vì tất cả các hoạt động ghi phải cập nhật ổ đĩa chẵn lẻ, không có sự chồng chéo I / O nào là có thể. RAID 4 không cung cấp lợi thế so với RAID 5.

RAID cấp 5: Cấp độ này dựa trên phân chia khối – level với tính chẵn lẻ. Thông tin chẵn lẻ được sọc trên mỗi ổ đĩa, cho phép mảng hoạt động ngay cả khi một ổ đĩa bị lỗi. Kiến trúc của mảng cho phép các hoạt động đọc và ghi để mở rộng nhiều ổ đĩa. Điều này dẫn đến hiệu suất thường tốt hơn so với một ổ đĩa đơn, nhưng không cao bằng mảng RAID 0. RAID 5 yêu cầu ít nhất ba đĩa, nhưng thường được khuyến nghị sử dụng ít nhất năm đĩa vì lý do hiệu năng.

Mảng RAID 5 thường được coi là một lựa chọn kém để sử dụng trên các hệ thống thâm dụng ghi vì ảnh hưởng hiệu năng liên quan đến việc ghi thông tin chẵn lẻ. Khi một đĩa không thành công, có thể mất nhiều thời gian để xây dựng lại một mảng RAID 5. Hiệu suất thường bị suy giảm trong thời gian xây dựng lại và mảng dễ bị hỏng đĩa bổ sung cho đến khi quá trình xây dựng lại hoàn tất.

RAID cấp 6: Kỹ thuật này tương tự RAID 5, nhưng bao gồm sơ đồ chẵn lẻ thứ hai được phân phối trên các ổ đĩa trong mảng. Việc sử dụng chẵn lẻ bổ sung cho phép mảng tiếp tục hoạt động ngay cả khi hai đĩa bị lỗi đồng thời. Tuy nhiên, bảo vệ thêm này đi kèm với một chi phí. Mảng RAID 6 có chi phí trên mỗi gigabyte cao hơn và thường có hiệu suất ghi chậm hơn so với mảng RAID 5.

Cấp độ RAID lồng nhau:

Một số cấp độ RAID được gọi là RAID lồng nhau vì chúng dựa trên sự kết hợp của các cấp độ RAID:

RAID 10: Stripe + Mirror  Kết hợp RAID 1 và RAID 0, cấp độ này thường được gọi là RAID 10, cung cấp hiệu năng cao hơn RAID 1, nhưng với chi phí cao hơn nhiều. Trong RAID 1 + 0, dữ liệu được nhân đôi và các gương bị sọc.

RAID 01: RAID 0 + 1 tương tự RAID 1 + 0, ngoại trừ phương thức tổ chức dữ liệu hơi khác nhau. Thay vì tạo một gương và sau đó tước gương, RAID 0 + 1 tạo ra một bộ sọc và sau đó phản chiếu bộ sọc.

RAID 03 (RAID 0 + 3, còn được gọi là RAID 53 hoặc RAID 5 + 3): Cấp độ này sử dụng tính năng phân loại (theo kiểu RAID 0) cho các khối đĩa ảo của RAID 3. Điều này cung cấp hiệu năng cao hơn RAID 3, nhưng với chi phí cao hơn nhiều.

RAID 50 : Cấu hình này kết hợp tính chẵn lẻ phân tán RAID 5 với phân loại RAID 0 để cải thiện hiệu suất RAID 5 mà không làm giảm bảo vệ dữ liệu.

Cấp độ RAID không chuẩn

RAID 7: Cấp độ RAID này dựa trên RAID 3 và RAID 4, nhưng thêm bộ nhớ đệm vào hỗn hợp. Nó bao gồm mộthệ điều hành sử dụng thời gian thực như một bộ điều khiển, lưu vào bộ đệm thông qua một chiếc xa bus tốc độ cao và các đặc điểm khác của một máy tính độc lập. Đây là cấp độ RAID không đạt tiêu chuẩn, được đăng ký nhãn hiệu thuộc sở hữu của Storage Computer Corp.

RAID thích ứng: RAID thích ứng cho phép bộ điều khiển RAID quyết định cách lưu trữ chẵn lẻ trên các đĩa. Nó sẽ chọn giữa RAID 3 và RAID 5, tùy thuộc vào loại bộ RAID nào sẽ hoạt động tốt hơn với loại dữ liệu được ghi vào đĩa.

RAID S (còn được gọi là RAID chẵn lẻ): Đây là một phương pháp độc quyền thay thế cho RAID chẵn lẻ sọc từ EMC Symmetrix không còn được sử dụng trên thiết bị hiện tại. Nó dường như tương tự với RAID 5 với một số cải tiến về hiệu năng, cũng như các cải tiến đến từ việc có bộ đệm đĩa tốc độ cao trên mảng đĩa.

Linux MD RAID 10: Cấp độ này, được cung cấp bởi nhân Linux , hỗ trợ tạo các mảng RAID lồng nhau và không chuẩn. Phần mềm Linux RAID cũng có thể hỗ trợ tạo cấu hình chuẩn RAID 0, RAID 1, RAID 4, RAID 5 và RAID 6.

Ưu điểm của RAID

Hiệu năng cao, khả năng phục hồi tốt và chi phí thấp là những ưu điểm chính của RAID. Bằng cách đặt nhiều ổ cứng lại với nhau, RAID có thể cải thiện công việc của một ổ cứng duy nhất và tùy thuộc vào cách cấu hình, có thể tăng tốc độ và độ tin cậy của máy tính sau khi gặp sự cố.

RAID cung cấp khả năng sử dụng tăng lên. Với tính năng phản chiếu, mảng RAID có thể có hai ổ đĩa chứa cùng một dữ liệu, đảm bảo một ổ sẽ tiếp tục hoạt động nếu ổ kia bị lỗi.

RAID có thể lựa chọn sử dụng nhiều ổ đĩa giá thấp hơn thay vì dùng một vài ổ đĩa giá cao. Do đó từ rẻ tiền trong viết tắt vẫn có ý nghĩa mặc dù nó đã được thay thế (Redundant Arrays of Inexpensive Disks hoặc Redundant Arrays of Independent Disks)

Nhược điểm của RAID

Các cấp RAID lồng nhau đắt hơn so với các cấp RAID truyền thống vì chúng yêu cầu số lượng đĩa lớn hơn. Chi phí cho mỗi GB lưu trữ cũng cao hơn đối với RAID lồng nhau vì rất nhiều ổ đĩa được sử dụng để dự phòng. Nested RAID đã trở nên phổ biến vì nó giúp khắc phục một số vấn đề về độ tin cậy liên quan đến các cấp RAID tiêu chuẩn.

Bởi vì các ổ đĩa có dung lượng lớn hơn nhiều so với khi RAID được triển khai lần đầu tiên, phải mất nhiều thời gian hơn để xây dựng lại các ổ đĩa bị lỗi. Thời gian xây dựng lại lâu hơn làm tăng khả năng ổ đĩa thứ hai sẽ bị hỏng trước khi ổ đĩa thứ nhất được xây dựng lại.

Ngay cả khi lỗi đĩa thứ hai không xảy ra trong khi đĩa bị lỗi được thay thế, vẫn có khả năng các đĩa còn lại có thể chứa các thành phần xấu hoặc dữ liệu không thể đọc được. Những loại điều kiện này có thể làm cho không thể xây dựng lại hoàn toàn mảng.

Các cấp độ RAID lồng nhau giải quyết các vấn đề này bằng cách cung cấp mức độ dự phòng lớn hơn, giảm đáng kể khả năng xảy ra lỗi cấp độ mảng do lỗi đĩa đồng thời.

Tóm lại bài viết đã cung cấp cho bạn đầy đủ thông tin về định nghĩa RAID và những công dụng cũng như hạn chế của nó. Mong rằng bài viết có thể giúp ích cho bạn. Chúc bạn thành công!