RAID ? Các loại RAID và cách triển khai 4 loại RAID thông dụng

RAID là gì? 

RAID là từ viết tắt của cụm Redundant Arrays of Independent Disks. Vậy RAID là gì? Theo đó đây là hình thức gộp rất nhiều những ổ đĩa cứng vật lý trở thành 1 hệ thống ổ đĩa cứng với chức năng gia tăng khả năng truy xuất dữ liệu và đọc/ghi từ đĩa cứng. Để có thể gia tăng sự an toàn dữ liệu có trên hệ thống đĩa hay kết hợp cả 2 yếu tố nêu trên. 

Lịch sử ra đời của RAID

Qua khái niệm RAID là gì trên có thể thấy rằng hiện thức này khá quan trọng. Theo đó để hiểu rõ hơn khái niệm RAID là gì này ra đời như thế nào, hãy cùng điểm qua lịch sử ra đời của RAID ngay sau đây.

RAID lần đầu tiên được phát triển tại trường Đại học California vào năm 1987 ở Berkeley (Hoa Kỳ). Theo đó nó được phát triển nên với các đặc điểm chỉ ghép những phần đĩa cứng nhỏ hơn qua phần mềm nhằm tạo ra được 1 hệ thống đĩa với dung lượng lớn hơn để có thể thay thế cho những ổ cứng có dung lượng lớn và giá đắt vào thời bấy giờ.

Dù ở thời điểm hiện tại, nó không còn tồn tại nữa, tuy nhiên RAB, viết tắt của RAID Advisory Board - Hội đồng tư vấn và phát triển RAID đã ra thành lập vào tháng 7/1992 nhằm lập ra, định hướng những tiêu chuẩn và định dạng cho RAID. Theo đó RAB đã phân ra những loại cấp độ RAID khác nhau, những tiêu chuẩn phần cứng dùng RAID. Hiện tại nó đã phân ra làm 7 loại cấp độ RAID khác nhau, từ cấp độ 0 tới 6.

Phân loại RAID theo cấp độ 

RAID là gì? Phân loại RAID theo cấp độ là như thế nào? Theo RAB thì hiện tại RAID đang được chia làm 7 cấp độ (level) khác nhau, mỗi một cấp độ sẽ có những tính năng riêng và hầu hết chúng đều được xây dựng nên từ 2 cấp độ cơ bản đó chính là RAID 0 cũng như RAID 1. Cụ thể:

RAID 0

Tìm hiểu về RAID 0 phải có ít nhất là 2 ổ đĩa (cũng có thể dùng 1 ổ đĩa). Theo đó tổng quát ta sẽ có n ổ đĩa (n >= 2) và những đĩa phải cùng loại với nhau.

Dữ liệu sẽ chia thành nhiều phần bằng với nhau. Ví dụ khi sử dụng 2 ổ cứng 80GB thì khi đó hệ thống đĩa sẽ là 160GB. Vậy ưu và nhược điểm của RAID là gì? 

Ưu điểm: 

• Giúp tăng tốc độ ghi / đọc đĩa: mỗi một đĩa chỉ cần ghi  / đọc 1/n số lượng dữ liệu đã được yêu cầu.  Theo như lý thuyết thì tốc độ khi đó sẽ tăng lên n lần.

Nhược điểm: 

• Tuy nhiên tính an toàn sẽ thấp. Trong trường hợp nếu như 1 đĩa bị hư thì khi đó dữ liệu trên toàn bộ những đĩa còn lại sẽ không sử dụng được nữa. Như vậy xác suất mất dữ liệu sẽ tăng lên n lần so với việc sử dụng ổ đĩa đơn rất nhiều.

RAID 1 

RAID là gì? Theo đó RAID 1 hiện tại đang là dạng cơ bản nhất và có khả năng đảm bảo được độ an toàn cho dữ liệu. Tương tự như RAID 0, hiện tại RAID 1 đòi hỏi có ít nhất 2 đĩa cứng để có thể làm việc. Dữ liệu sẽ được ghi trực tiếp vào 2 ổ giống hệt với nhau (Mirroring). Đối với trường hợp 1 ổ gặp trục trặc thì ổ còn lại sẽ hoạt động bình thường tiếp tục.

Người dùng hoàn toàn có thể thay thế những ổ đĩa bị hỏng và không cần phải lo lắng tới tình trạng thông tin bị thất lạc. Với RAID 1 thì hiệu năng không là yếu tố hàng đầu do đó không quá ngạc nhiên nếu như đây không phải sự lựa chọn của những ai có niềm đam mê với tốc độ. Nhưng với nhà quản trị mạng hay đối với những ai phải quản lý thông tin quan trọng nhiều thì hệ thống này là thứ không thể nào thiếu. Hệ thống RAID 1 có dung lượng cuối cùng bằng với dung lượng của ổ đơn (với 2 ổ đĩa 80GB chạy RAID 1 này sẽ cho hệ thống thấy duy nhất 1 ổ đĩa  RAID 80GB).

RAID 2 

RAID là gì? Theo đó RAID 2 chính là cấp độ duy nhất không dùng 1 hay nhiều kỹ thuật “tiêu chuẩn” ví dụ như stripe, mirror và/hay parity (tính chẵn lẻ – chính là những dữ liệu bổ sung đã được dùng cho quá trình khôi phục).

Hiện tại RAID 2 dùng 1 thứ giống như stripe có parity, tuy nhiên sẽ không giống với cách được sử dụng trong những cấp độ RAID là 3, 4, 5 và 6. Theo đó dữ liệu của RAID 2 hiện tại sẽ được stripe với cấp độ bit và phân bố thông qua nhiều những ổ đĩa dự phòng cũng như ổ đĩa dữ liệu. Những bit dự phòng sẽ được tính bằng mã Hamming. Đây là 1 dạng Mã Sửa Lỗi (Error Checking & Correcting hay Error Correcting Code - ECC).

Ngay khi có những hoạt động stripe dữ liệu thì các mã này sẽ được tính toán cũng như ghi cùng dữ liệu lưu vào trong ổ đĩa ECC riêng biệt. Nếu như hoạt động đọc dữ liệu xuất hiện, các mã ECC sẽ được đọc nhằm xác nhận không có bất cứ lỗi nào xảy ra từ khi ghi dữ liệu.

Nếu như 1 lỗi đơn xảy ra thì nó ngay lập tức sẽ được sửa. RAID 2 có khả năng chịu lỗi của 1 ổ đĩa.

Nó đòi hỏi 1 bộ điều khiển đắt tiền, phức tạp và chuyên dụng. RAID 2 hiếm khi được dùng vì chi phí triển khai là quá lớn (1 hệ thống điển hình sẽ yêu cầu tới 4 ổ đĩa ECC và 10 ổ đĩa dữ liệu), có hiệu suất cũng không cao (vì stripe đang ở cấp độ bit).

RAID 5

RAID là gì? Theo đó hiện tại RAID 5 chính là sự cải tiến hoàn hảo của RAID 0. Nó hiện đang cung cấp cơ chế về khôi phục dữ liệu, những Parity sử dụng để khôi phục những dữ liệu được phân bố 1 cách đồng đều trên toàn bộ những ổ đĩa cứng.

Dữ liệu A giả sử được phân tách thành 3 thành phần là A1, A2 và A3 thì khi đó dữ liệu sẽ được phân chia thành 3 phần có chứa trên những ổ đĩa cứng 0, 1 và 2 (tương tự như RAID 0). Theo đó phần ổ đĩa cứng 3 sẽ chứa Parity của A1 A2 A3 nhằm khôi phục những dữ liệu có thể mất đi ở ổ đĩa cứng 0, 1 và 2.

Dữ liệu B sẽ được chia B1 B2 B3, Parity của nó sẽ là Bp, với thứ tự là B1 B2 B3 lưu trữ ở ổ 0 1 3, còn Bp sẽ lưu trữ ở ổ 2. Những Parity sẽ được tuần tự lưu trữ tại những ổ đĩa cứng. RAID 5 sẽ cho phép có 1 ổ cứng tối đa bị chết ở 1 thời điểm, nếu như có nhiều hơn một ổ cứng ở một thời điểm bị chết thì tất cả dữ liệu sẽ mất hết. Ngoài ra RAID 5 hiện tại cũng yêu cầu những ổ cứng tham gia vào RAID bắt buộc có dung lượng bằng với nhau.

Tính dung lượng chính xác của RAID 5 cuối cùng bằng cách sau:

• [(Số lượng những ổ cứng tham gia vào RAID) - 1] x (Dung lượng của một ổ cứng) 

Tối thiểu yêu cầu của RAID 5 phải có ít nhất là 3 ổ cứng. Vậy hiện tại phương thức lưu trữ cơ bản trong RAID là gì?

Phương thức lưu trữ cơ bản trong RAID 

Hiện tại những phương thức chính để lưu trữ dữ liệu trong mảng gồm có:

• Phân chia dải (Striping): Tách luồng dữ liệu thành những khối với kích thước nhất định (kích thước khối) và sau đó viết mỗi khối này qua mỗi RAID. Cách thức để lưu trữ những dữ liệu này sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới hiệu suất.
• Mirroring: Là 1 kỹ thuật lưu trữ và trong đó những bản sao dữ liệu mà giống hệt với nhau sẽ được lưu trữ trên những thành viên RAID cùng 1 lúc. Loại vị trí của dữ liệu này sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới hiệu suất cũng như khả năng chịu lỗi.
• Parity: hiện tại là 1 kỹ thuật lưu trữ sử dụng những phương pháp tổng kiểm tra và phân loại. Trong kỹ thuật chẵn lẻ thì 1 hàm chẵn lẻ nhất định sẽ được tính cho những khối dữ liệu. Nếu như 1 ổ đĩa bị lỗi, thì khối bị thiếu sẽ được tính lại từ tổng kiểm tra và cung cấp về khả năng chịu lỗi RAID.

Toàn bộ những loại RAID hiện đang có đều dựa vào phân dải, chẵn lẻ và mirroring. Hay kết hợp những kỹ thuật lưu trữ này. 

Với những thông tin về RAID là gì trên, vậy hiện tại cách thức triển khai RAID là gì?

Cách thức triển khai RAID 

RAID là gì, cách thức triển khai RAID là gì? Hiện tại RAID hoàn toàn có thể tạo được bằng 2 cách thức khác nhau là:

• Dùng trình điều khiển về hệ điều hành, gọi là software RAID;
• Dùng phần cứng đặc biệt, gọi là hardware RAID. 

Triển khai phần cứng

Nếu như có tìm hiểu RAID là gì thì bạn sẽ biết rằng hiện tại RAID phần cứng sẽ được tạo ra bằng phần cứng riêng. Theo đó về cơ bản sẽ có 2 lựa chọn là:

• Chip RAID rẻ tiền hoàn toàn có thể được tích hợp trực tiếp vào trong bo mạch chủ.

Với tùy chọn đắt tiền hơn có bộ điều khiển RAID phức tạp độc lập. Những bộ điều khiển như thế này hoàn toàn có thể trang bị CPU riêng, bộ nhớ đệm sao lưu bằng pin và thông thường sẽ hỗ trợ trao đổi nóng.

So với RAID phần mềm thì RAID phần cứng sẽ có 1 số những lợi thế so sau:

• Không dùng CPU máy chủ
• Xử lý lỗi tốt hơn, do giao tiếp với những thiết bị trực tiếp

• Cho phép tất cả người dùng có thể tạo phân vùng khởi động
• Hỗ trợ trao đổi nóng.

Triển khai phần mềm 

Hiện tại phần mềm RAID là giải pháp RAID rẻ nhất. Theo đó hầu hết tất cả các hệ điều hành hiện nay đều có thể tích hợp nhằm tạo RAID. Chính vì vậy, phiên bản Windows Home sẽ cho phép tất cả người dùng chỉ tạo ra được RAID 0, trong khi đó RAID 1 cũng như RAID 5 chỉ được tạo với phiên bản máy chủ của Windows. Bố cục RAID sẽ được tạo ra bởi phương tiện Windows và được liên kết không tách rời được với hệ điều hành của máy chủ. Do đó hiện tại phân vùng của nó sẽ không thể nào được sử dụng.

Hiện tại RAID phần mềm sẽ được tạo ra dựa vào máy tính người dùng. Do đó nó dùng CPU hệ thống của máy chủ để thực hiện. Tuy nhiên cần lưu ý rằng, đối với trường hợp RAID thuộc cấp 0, 1, thì tải CPU sẽ không đáng kể, tuy nhiên với những loại RAID dựa vào tính chẵn lẻ thì tải CPU hoàn toàn có thể thay đổi tùy thuộc vào sức mạnh của CPU  từ 1 tới 5% và số lượng của đĩa và cũng không đáng kể gì cho những mục đích thực tế.

Khi dùng RAID phần mềm để tiến hành khởi động hệ thống sẽ có 1 số những hạn chế nhất định. Chỉ RAID 1 mới có thể chứa được phân vùng khởi động và không thể nào khởi động hệ thống cùng phần mềm RAID 0 cũng như RAID 5.

Vì vậy trong hầu hết những trường hợp thì phần mềm RAID sẽ không thực hiện việc trao hot swap, do đó không thể dùng phần mềm nếu cần tính liên tục.

RAID có thể thay thế hoàn toàn cho back-up?

RAID là gì và có thể thay thế hoàn toàn cho back-up không? Theo đó toàn bộ những cấp độ RAID trừ RAID 0 hiện tại đều có khả năng bảo vệ khỏi lỗi drive. Thậm chí hệ thống RAID 6 còn sống sót ngay khi 2 drive đồng thời chết. Để có thể bảo mật hoàn toàn thì bạn cũng cần phải back-up dữ liệu đã được lưu trữ tại hệ thống RAID.

• Theo đó việc back-up này sẽ có ích nếu như toàn bộ những ổ drive lỗi đồng thời vì điện năng tăng đột biến.
• Những bản sao lưu hoàn toàn có thể giữ bên ngoài cơ sở ở 1 địa điểm khác. Chính điều này sẽ hữu ích nếu như 1 hỏa hoạn hoặc thảm họa tự nhiên phá hủy địa điểm bạn làm việc.
• Phương án dự phòng nếu bị đánh cắp hệ thống lưu trữ.
• Để back-up với nhiều lớp dữ liệu lý do quan trọng nhất là vì lỗi của người dùng. Nếu như có ai vô tình xóa 1 số những dữ liệu quan trọng và đồng thời điều này trong vài ngày, vài giờ hoặc vài tuần không được thông báo, thì khi đó 1 tập hợp những bản back-up tốt sẽ đảm bảo rằng bạn vẫn hoàn toàn có thể truy xuất những file này.