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10.2. Niveles RAID y soporte lineal

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RAID soporta varias configuraciones, incluyendo los niveles 0, 1, 4, 5, 6, 10 y lineal. Estos tipos de RAID se definen como sigue:

Nivel 0

El nivel 0 de RAID, a menudo llamado striping, es una técnica de asignación de datos en franjas orientada al rendimiento. Esto significa que los datos que se escriben en la matriz se dividen en franjas y se escriben en los discos miembros de la matriz, lo que permite un alto rendimiento de E/S con un bajo coste inherente, pero no proporciona redundancia.

Muchas implementaciones de RAID de nivel 0 sólo dividen los datos entre los dispositivos miembros hasta el tamaño del dispositivo más pequeño de la matriz. Esto significa que si tiene varios dispositivos con tamaños ligeramente diferentes, cada dispositivo se trata como si tuviera el mismo tamaño que la unidad más pequeña. Por lo tanto, la capacidad de almacenamiento común de un array de nivel 0 es igual a la capacidad del disco miembro más pequeño en un RAID de hardware o la capacidad de la partición miembro más pequeña en un RAID de software multiplicada por el número de discos o particiones del array.

Nivel 1

El nivel 1 de RAID, o mirroring, proporciona redundancia escribiendo datos idénticos en cada disco miembro de la matriz, dejando una copia "en espejo" en cada disco. El mirroring sigue siendo popular debido a su simplicidad y a su alto nivel de disponibilidad de datos. El nivel 1 funciona con dos o más discos y proporciona una muy buena fiabilidad de los datos y mejora el rendimiento de las aplicaciones de lectura intensiva, pero a un coste relativamente alto.

El nivel RAID 1 tiene un coste elevado porque escribe la misma información en todos los discos de la matriz, lo que proporciona fiabilidad a los datos, pero de una forma mucho menos eficiente en cuanto a espacio que los niveles RAID basados en paridad, como el nivel 5. Sin embargo, esta ineficiencia de espacio viene acompañada de un beneficio de rendimiento: los niveles RAID basados en la paridad consumen considerablemente más potencia de la CPU para generar la paridad, mientras que el nivel RAID 1 simplemente escribe los mismos datos más de una vez en los múltiples miembros del RAID con muy poca sobrecarga de la CPU. Por ello, el nivel RAID 1 puede superar a los niveles RAID basados en la paridad en máquinas en las que se emplea el software RAID y los recursos de la CPU de la máquina se ven sometidos a una carga constante de operaciones distintas de las actividades RAID.

La capacidad de almacenamiento de la matriz de nivel 1 es igual a la capacidad del disco duro duplicado más pequeño en un RAID de hardware o de la partición duplicada más pequeña en un RAID de software. La redundancia de nivel 1 es la más alta posible entre todos los tipos de RAID, ya que la matriz puede funcionar con un solo disco presente.

Nivel 4

El nivel 4 utiliza la paridad concentrada en una sola unidad de disco para proteger los datos. La información de paridad se calcula basándose en el contenido del resto de los discos miembros de la matriz. Esta información puede utilizarse para reconstruir los datos cuando falla un disco de la matriz. Los datos reconstruidos pueden utilizarse entonces para satisfacer las solicitudes de E/S al disco que ha fallado antes de que sea sustituido y para repoblar el disco que ha fallado después de que haya sido sustituido.

Debido a que el disco de paridad dedicado representa un cuello de botella inherente en todas las transacciones de escritura en la matriz RAID, el nivel 4 rara vez se utiliza sin tecnologías de acompañamiento como el almacenamiento en caché de escritura, o en circunstancias específicas en las que el administrador del sistema está diseñando intencionadamente el dispositivo RAID por software teniendo en cuenta este cuello de botella (como una matriz que tendrá pocas o ninguna transacción de escritura una vez que la matriz esté llena de datos). El nivel 4 de RAID se utiliza tan raramente que no está disponible como opción en Anaconda. Sin embargo, puede ser creado manualmente por el usuario si es realmente necesario.

La capacidad de almacenamiento del hardware RAID de nivel 4 es igual a la capacidad de la partición miembro más pequeña multiplicada por el número de particiones minus one. El rendimiento de una matriz RAID de nivel 4 es siempre asimétrico, lo que significa que las lecturas superan a las escrituras. Esto se debe a que las escrituras consumen un ancho de banda extra de la CPU y de la memoria principal cuando se genera la paridad, y también consumen un ancho de banda extra del bus cuando se escriben los datos reales en los discos, porque se están escribiendo no sólo los datos, sino también la paridad. Las lecturas sólo necesitan leer los datos y no la paridad, a menos que la matriz esté en un estado degradado. Como resultado, las lecturas generan menos tráfico en los discos y en los buses del ordenador para la misma cantidad de transferencia de datos en condiciones normales de funcionamiento.

Nivel 5

Este es el tipo más común de RAID. Al distribuir la paridad entre todas las unidades de disco miembros de una matriz, el nivel RAID 5 elimina el cuello de botella de escritura inherente al nivel 4. El único cuello de botella en el rendimiento es el propio proceso de cálculo de la paridad. Con las CPUs modernas y el RAID por software, esto no suele ser un cuello de botella en absoluto, ya que las CPUs modernas pueden generar la paridad muy rápidamente. Sin embargo, si tiene un número suficientemente grande de dispositivos miembros en una matriz RAID 5 por software, de forma que la velocidad de transferencia de datos combinada entre todos los dispositivos sea lo suficientemente alta, entonces este cuello de botella puede empezar a entrar en juego.

Al igual que el nivel 4, el nivel 5 tiene un rendimiento asimétrico, y las lecturas superan sustancialmente a las escrituras. La capacidad de almacenamiento del nivel RAID 5 se calcula de la misma manera que la del nivel 4.

Nivel 6

Este es un nivel común de RAID cuando la redundancia y la preservación de los datos, y no el rendimiento, son las principales preocupaciones, pero cuando la ineficiencia de espacio del nivel 1 no es aceptable. El nivel 6 utiliza un complejo esquema de paridad para poder recuperarse de la pérdida de dos unidades cualesquiera de la matriz. Este complejo esquema de paridad crea una carga de CPU significativamente mayor en los dispositivos RAID por software y también impone una mayor carga durante las transacciones de escritura. Como tal, el nivel 6 es considerablemente más asimétrico en rendimiento que los niveles 4 y 5.

La capacidad total de una matriz RAID de nivel 6 se calcula de forma similar a la de las matrices RAID de nivel 5 y 4, con la salvedad de que hay que restar 2 dispositivos (en lugar de 1) del recuento de dispositivos para el espacio de almacenamiento de paridad adicional.

Nivel 10

Este nivel RAID intenta combinar las ventajas de rendimiento del nivel 0 con la redundancia del nivel 1. También ayuda a aliviar parte del espacio desperdiciado en las matrices de nivel 1 con más de 2 dispositivos. Con el nivel 10, es posible, por ejemplo, crear una matriz de 3 unidades configurada para almacenar sólo 2 copias de cada dato, lo que permite que el tamaño total de la matriz sea 1,5 veces el tamaño de los dispositivos más pequeños, en lugar de ser sólo igual al dispositivo más pequeño (como ocurriría con una matriz de 3 dispositivos de nivel 1). Esto evita el uso de procesos de la CPU para calcular la paridad como en el nivel 6 de RAID, pero es menos eficiente en cuanto a espacio.

La creación de un RAID de nivel 10 no es posible durante la instalación. Es posible crear uno manualmente después de la instalación.

RAID lineal

El RAID lineal es una agrupación de unidades para crear una unidad virtual más grande.

En el RAID lineal, los trozos se asignan secuencialmente desde una unidad miembro, pasando a la siguiente unidad sólo cuando la primera está completamente llena. Esta agrupación no proporciona ninguna ventaja de rendimiento, ya que es poco probable que las operaciones de E/S se dividan entre las unidades miembro. El RAID lineal tampoco ofrece redundancia y disminuye la fiabilidad. Si una de las unidades miembro falla, no se puede utilizar toda la matriz. La capacidad es el total de todos los discos miembros.

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