Sistemas operacionais raid

Conceitos de RAID

• Um simples Disco Rígido físico ou multiplos discos em um gabite
externo sem funcionabilidades RAID é geralmente chamado de
• JBOD (Just A Bunch Of Disks)
• SAS (Server Attached Storage) podendo estar dentro do servidor.

Conceitos de RAID

• O projeto e pesquisa RAID foi desenvolvido pela Universidade de
Berkley (CA-USA) nos anos 80.
• Tema Original = Redundant Array of Independant Disks
• Atualmente = Redundant Array of Inexpensive Disks

Conceitos de RAID

• RAID combina um número independente de discos juntos
proporcionando aumento do throughput/performance no acesso e
confiabilidade dos dados
• Níveis RAID diferentes proporcionam uma variedade de misturas de
performance e tolerância a falhas

Aplicações RAID

 Aplicações com Alta Taxa de Transferência (Ambientes tipicamente
RAID 0)
 RAID striping é o ideal para aplicações com intensa transferência de
dados
o Aplicações que necessitam de uma grande quantidade de dados
a ser processada em um intervalo de tempo pré-definido
o Streaming Media
• Video on demand, Digital Cable, Transmissões ao vivo
A taxa de dados fixa é critica, Transmissões múltiplas não
devem degradar a qualidade “QoS” = Quality of Service
Stream contínuo de dados – sem espaço para o reenvio
• Processamento de Imagem, manipulação e Renderização

Aplicações RAID

 Aplicações com alto índice de solicitações de informação (ambiente
típico para o RAID 5)
 RAID é utilizado para aplicações de alto uso de multitasking, alta taxa
de retorno de informação
 OLTP = On Line Transaction Processing (aplicações típicas)
o Validação de cartão de crédito, Reservas, ECommerce,
Gerenciamento de estoque on-line
o Banco dados e aplicações Web based
o Alto número de transações randômicas

Um Overview da Tecnologia RAID

 O que é RAID?
o Dois ou mais discos rígidos independentes.
o Aparece no servidor como um único Grande Disco Rígido .
o Sistema Operacional totalmente independente.
o Dispositivo com alta confiabilidade e redundância.
 Aumento da Disponibilidade dos Dados
o Rápido acesso aos dados (multiple drives).
o Segurança oferecida pela redundância/paridade.

Um Overview da Tecnologia RAID

 Gerenciamento Simplificado
o Partição de um único Drive para gerenciamento/partição.
 Componentes Hot-Swap
o Tanto para um ou vários drives.
o Fontes de Alimentação e Ventilação, também.
 O que RAID não é
o Suporte a aplicações de Disaster Recovery Físicos
(Tape Drivers).

RAID Level 0
0123, 4567, 8901, 2345, 6789, 1234, 5678, 9012, 3456, 7890, 0001, 0002, 0003, 0004, 0005, 0006

Data Stream

RAID Level 0: Disk Striping

0123 (1) 4567 (2 ) 8901(3) 2345 (4 )

6789 (5) 1234 (6 ) 5678 (7) 9012 (8 )

3456 (9) 7890 (10 ) 0001 (11) 0002 (12 )

0003 (13) 0004 (14 ) 0005 (15) 0006 (16 )

Disk 1 Disk 2 Disk 3 Disk 4
Block order shown in parentheses

RAID Level O provides high performance through disk stiping

Níveis Raid
RAID Level 0 - Striping
 Uso de múltiplos Discos para a formação de um único Disco lógico.
 Performance na implementação do RAID
 Alta performance na Escrita e Leitura (Write and Read) performance relacionada com o
aumento da quantidade de Discos.

 Os Discos Rígidos são distribuídos utilizando-se uma tamanho definido de “stripe”
durante a configuração

o Deve ser otimizado em conjunto com o Sistema Operacional para uma
performance otimizada
 As pequenas solicitações que possuem o mesmo tamanho de “stripe” são
transmitidas a um único Disco Rígido, as solicitações maiores são divididas e
transmitidas a múltiplos Discos Rígidos em paralelo
 A capacidade é a soma do número de discos no “array”
 Não proporciona proteção contra falhas de hardware, somente performance.

Resumo Nível: RAID 0

 RAID-0, “Striping”, todos os Discos estão disponíveis
para dados, Inseguro.
 Utilizado para armazenamento temporário
 Qualquer Disco que falhar causa a perda dos dados

10 = Total de Discos
10 = Capacidade Usável
Dados
0 = Redundância de Discos
10 = Performance Leitura
10 = Performance Escrita

Todos os Dados Foram Perdidos

RAID Level 1
0123, 4567, 8901, 2345

Data Stream

RAID Level 1: Disk Mirroring

0123 (1) 0123 (1 1)

4567 (2) 4567 (2 1)

8901 (3) 8901 (3 1)

2345 (4) 2345 (4 1)

Disk 1 Copy of Disk 1

RAID Level 1 provides fully redundant disk mirroring

Níveis Raid: RAID Level 1 - Espelhamento

 O RAID 1 proporciona alto nível de tolerância a falhas
o Cada solicitação de I/O é espelhada em um segundo Disco
Rígido
 O RAID 1 trabalha com múltiplos de dois Discos Rígidos- o set
primário e o set espelhado – dobrando também o custo por GB da
solução
o Proporciona o mesmo throughput durante a escrita
o Oferece mais performance durante a leitura (read) – A
controladora RAID executa o mesmo comando de leitura em cada
Disco – assim que um dos discos disponibiliza os dados, ele é
automaticamente transferido para o servidor e o próximo
comando de leitura pode ser processado.

Níveis Raid: RAID Level 1 - Espelhamento

 Oferece proteção contra falhas nos discos com taxa de 1 para 1
o Assim que um disco falha, automaticamente o espelho assume,
porém caso ocorra a falha no espelho não existe mais segurança
o Pode proteger contra desastre naturais/físicos porém o espelho
deve estar instalado remotamente (em outro local físico)
acarretando em um custo adicional $$.
o Não protege contra vírus digital ou acidentes/delete intencional, já
que 100% do disco está sincronizado com o outro
 Implementação de Alto Custo
o Controladora RAID +
o Custo por GB de chega a ser o dobro se compararmos
com uma unidade simples.


 RAID-1, “Mirroring” rápido, 50% dos Discos estão
disponíveis para dados, extremamente seguro.
 Utilizados para informações importantes
 Qualquer Disco espelhado pode falhar, e os dados
permanecem salvos
2 = Total de Discos
Data Copy 1 = Redundância de Discos
Os dados permanecem Salvos
------------------------
Todos os Dados
Foram Perdidos

RAID Level 3
0123, 4567, 8901, 2345

Data Stream

RAID Level 3: Dedicated Parity Parallel Access

0 1 2 3 6

4 5 6 7 22

8 9 0 1 18

2 3 4 5 14

Data Disk 1 Data Disk 2 Data Disk 3 Data Disk 4 Parity Disk

Byte level striping shown here

RAID Level 3 uses separate parity disk

Paridade e ECC

 Utiliza metodologia de reconstrução dos dados perdidos, adicionando-se informações
adicionais, comumente chamada de “overhead”
 Utiliza cálculos Matemáticos Polinomiais e operações inversas
 È utilizada uma equação de 5th Grau para encontrar a soma e o resultado.

(5+10+?+2+7 = 27) Bit
Método de Paridade no barramento SCSI Error
o O método de detecção de erros com paridade em computadores funciona apenas
para a detecção do erro.
Binary 128 64 32 16 8 4 2 1 Parity Parity
Number Bit
Number

2 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1

6 0 0 0 0 0 1 1 0 1 3

33 0 0 1 0 0 0 0 0 1 2

33 0 0 1 0 0 0 0 1 1 3
Parity
Sum Error

Níveis Raid: RAID Level 3 – Acesso Sincronizado com
disco dedicado de paridade

 O Uso de mais Discos possibilita um aumento do throughput
o Um único de Disco de paridade pode ser um problema de gargalo na performance
 Proteção contra falha de Disco com razão de 1 para vários
o A Performance é degradada durante o acesso, e especificamente durante a
reconstrução em caso de falha (rebuild) de um disco rígido (demorando horas)
o Não oferece proteção contra desastre físicos
o Não protege contra vírus digital ou acidentes/delete intencional, já que os dados
são protegidos por um esquema de paridade ECC (com esquema e atualização
em tempo real)
o Custo da Controladora RAID +
o Discos Rígidos com sincronização de spindle
o 1 Disco Rígido adicional para Paridade
o Implementado como um sistema RAID
(gabinete stand alone)

RAID Level 5
0123, 4567, 8901, 2345, 6789, 1234, 5678, 9012, 3456, 7890, 0001, 0002, 0003, 0004, 0005, 0006

Data Stream

RAID Level 5: Distributed Parity Independent Access

0123 (1) 4567 (2 ) 8901(3) 2345 (4 ) 15936 (P)

6789 (5) 1234 (6 ) 5678 (7) 22713 (P) 9012 (8 )

3456 (9) 7890 (10 ) 11349 (P) 0001 (11 ) 0002 (12 )

0003 (13) 0018 (P) 0004 (14) 0005 (15 ) 0006 (16 )

Disk 1 Disk 2 Disk 3 Disk 4 Disk 5

(P) = Calculated parity value

RAID Level 5 distributes parity across all drives

Níveis Raid: RAID Level 5 – Acesso Independente com
paridade distribuída

 O uso de mais discos possibilita o aumento da performance RAID 5, é geralmente
utilizado em ambientes OLTP
 Proteção contra falha de Disco com razão de 1 para vários
o Qualquer disco rígido (1) pode falhar e mesmo assim o sistema permanece intacto
o Não oferece proteção contra desastre físicos
o Não protege contra vírus digital ou acidentes/delete intencional, já que os dados
são protegidos por um esquema de paridade ECC (com esquema e atualização
em tempo real)
o Capacidade com perda pela Paridade, o crescimento dos dados aumenta o custo
por GB
o Custo da Controladora RAID +
o Implementado como um sistema RAID
(gabinete stand alone)


 RAID-5, rápido, todos menos um disco está disponível
para dados, Segurança.
 Utilizado com Armazenamento Primário
 Caso um Disco falhe ”OK”, O segundo Disco
ocasiona a perda total dos dados! 10 = Total de Discos
1 = Redundância de Disco

Data Paridade Hot Spare

Os dados permanecem Salvos
------------------------
Todos os Dados
Foram Perdidos

RAID Level 0+1
0123, 4567, 8901, 2345, 6789, 1234, 5678, 9012, 3456, 7890, 0001, 0002, 0003, 0004, 0005, 0006

Data Stream

RAID Level 0+1: Striped Mirrored Array

0123 (1) 4567 (2 ) 8901(3) 2345 (4 )

6789 (5) 1234 (6 ) 5678 (7) 9012 (8 )

3456 (9) 7890 (10 ) 0001 (11) 0002 (12 )

0003 (13) 0004 (14 ) 0005 (15) 0006 (16 )

Disk 1 Disk 2 Disk 3 Disk 4

0123 (1 1) 4567 (2 1) 8901(3 1) 2345 (4 1)

6789 (5 1) 1234 (6 1) 5678 (7 1) 9012 (8 1)

3456 (9 1) 7890 (10 1) 0001 (11 1) 0002 (12 1)

0003 (13 1) 0004 (14 1) 0005 (15 1) 0006 (16 1)

Copy of Disk 1 Copy of Disk 2 Copy of Disk 3 Copy of Disk 4

RAID Level 0+1 combines data striping and disk mirroring

Combinação de níveis RAID

 RAID 00, 10, 30, 50
 Múltiplos níveis RAID 0, 1, 3, ou 5 Arrays podem ser
“striped” entre eles para a criação dos níveis RAID 00, 10,
30 ou 50
o Proporciona mais capacidade
o Freqüentemente chamado de Interface da Aplicação
composição RAID
 Proporciona um melhor “load balancing”.
RAID 0 Stripping

RAID 1 RAID 1 RAID 1
ARRAY ARRAY ARRAY

Resumo Nível: RAID 0+1

 O RAID-10, é extremamente rápido, metade dos Discos estão disponíveis para Disco/ dobro
do Preço, Seguro.

 Usado para dados primários e críticos

 Caso um Disco falhe ”OK”, O segundo ocasiona a perda dos dados!

Os dados permanecem
------------------------
Salvos
Todos os Dados Foram Perdidos 20 = Total de Discos
*2 = Redundância de Discos
Data 10 = Performance Escrita

Grupo #1
Dados Críticos

Grupo #2
Espelho (Cópia)

Resumo Nível: RAID 5+1

RAID 5+1 oferece 4 discos de capacidade porém com necessidade
total de 10 discos:

Dados Paridade
Grupo #1
Dados Críticos

Grupo #2
Espelho (Cópia)

Striping Paridade
Os ------------------------
dados permanecem Salvos
Todos os Dados Foram Perdidos

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