RAID

RAID (Redundant Arrays of Inexpensive Disks hoặc Redundant Arrays of Independent Disks) 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.

Lịch sử phát triển

Lần đầu tiên RAID được phát triển năm 1987 tại trường Đại học California tại Berkeley (Hoa Kỳ) với những đặc điểm chỉ ghép các phần đĩa cứng nhỏ hơn thông qua phần mềm để tạo ra một hệ thống đĩa dung lượng lớn hơn thay thế cho các ổ cứng dung lượng lớn giá đắt thời bấy giờ.

Mặc dù hiện nay không tồn tại nữa, nhưng Hội đồng tư vấn phát triển RAID (RAID Advisory Board: Viết tắt là RAB) đã ra thành lập tháng 7 năm 1992 để định hướng, lập ra các tiêu chuẩn, định dạng cho RAID. RAB đã phân ra các loại cấp độ RAID (level), các tiêu chuẩn phần cứng sử dụng RAID. RAB đã phân ra bảy loại cấp độ RAID từ cấp độ 0 đến cấp độ 6.

Phân loại

Theo RAB thì RAID được chia thành 7 cấp độ (level), mỗi cấp độ có các tính năng riêng, hầu hết chúng được xây dựng từ hai cấp độ cơ bản là RAID 0 và RAID 1.

RAID 0

RAID 0 cần ít nhất 2 ổ đĩa (có thể sử dụng 1 ổ đĩa). Tổng quát ta có n đĩa (n >= 2) và các đĩa là cùng loại.

Dữ liệu sẽ được chia ra nhiều phần bằng nhau. Ví dụ ta dùng 02 ổ cứng 80GB thì hệ thống đĩa của chúng ta là 160GB.

Ưu điểm: Tăng tốc độ đọc / ghi đĩa: mỗi đĩa chỉ cần phải đọc / ghi ${\dfrac {1}{n}}$ lượng dữ liệu được yêu cầu. Lý thuyết thì tốc độ sẽ tăng n lần.

Nhược điểm: Tính an toàn thấp. Nếu một đĩa bị hư thì dữ liệu trên tất cả các đĩa còn lại sẽ không còn sử dụng được. Xác suất để mất dữ liệu sẽ tăng n lần so với dùng ổ đĩa đơn.

RAID 1

Đây là dạng RAID cơ bản nhất có khả năng đảm bảo an toàn dữ liệu. Cũng giống như RAID 0, RAID 1 đòi hỏi ít nhất hai đĩa cứng để làm việc. Dữ liệu được ghi vào 2 ổ giống hệt nhau (Mirroring). Trong trường hợp một ổ bị trục trặc, ổ còn lại sẽ tiếp tục hoạt động bình thường.

Người dùng có thể thay thế ổ đĩa bị hỏng mà không phải lo lắng đến vấn đề thông tin thất lạc. Đối với RAID 1, hiệu năng không phải là yếu tố hàng đầu nên chẳng có gì ngạc nhiên nếu nó không phải là lựa chọn số một cho những người say mê tốc độ. Tuy nhiên đối với những nhà quản trị mạng hoặc những ai phải quản lý nhiều thông tin quan trọng thì hệ thống RAID 1 là thứ không thể thiếu. Dung lượng cuối cùng của hệ thống RAID 1 bằng dung lượng của ổ đơn (hai ổ 80GB chạy RAID 1 sẽ cho hệ thống nhìn thấy duy nhất một ổ RAID 80GB).

RAID 2

Đây là cấp độ RAID duy nhất không sử dụng một hoặc nhiều kỹ thuật "tiêu chuẩn" như mirror, stripe và/hoặc parity (tính chẵn lẻ – là dữ liệu bổ sung được sử dụng cho việc khôi phục).

RAID 2 sử dụng một thứ tương tự như stripe có parity, nhưng không giống như cách được dùng trong các cấp độ RAID 3, 4, 5, 6, Dữ liệu của RAID 2 được stripe ở cấp độ bit, phân bố qua nhiều ổ đĩa dữ liệu và ổ đĩa dự phòng. Các bit dự phòng được tính toán bằng mã Hamming, một dạng Mã Sửa Lỗi (ECC – Error Correcting Code hoặc Error Checking & Correcting).

Khi có hoạt động stripe dữ liệu, những mã này được tính toán và ghi cùng với dữ liệu lưu vào ổ đĩa ECC riêng biệt. Khi có hoạt động đọc dữ liệu, những mã ECC cũng được đọc để xác nhận rằng không có lỗi xảy ra kể từ lúc ghi dữ liệu.

Nếu một lỗi đơn xảy ra, nó sẽ được sửa ngay tức thì. Cấp độ này có khả năng chịu lỗi một ổ đĩa.

RAID 2 đòi hỏi một bộ điều khiển phức tạp, chuyên dụng và đắt tiền. Loại RAID này hiếm khi được sử dụng bởi chi phí triển khai quá lớn (một hệ thống điển hình yêu cầu đến 10 ổ đĩa dữ liệu, 4 ổ đĩa ECC), và có hiệu suất không cao (do stripe ở cấp độ bit).

RAID 5

RAID 5 là sự cải tiến của RAID 0,có cung cấp cơ chế khôi phục dữ liệu, các Parity dùng để khôi phục dữ liệu được phân bố đồng đều trên tất cả các ổ đĩa cứng.

Giả sử dữ liệu A được phân tách thành 3 phần A1, A2, A3 (Xem hình minh hoạ RAID 5), khi đó dữ liệu được chia thành 3 phần chứa trên các ổ đĩa cứng 0, 1, 2 (giống như RAID 0). Phần ổ đĩa cứng thứ 3 chứa Parity (Ap) của A1 A2 A3 để khôi phục dữ liệu có thể sẽ mất ở ổ đĩa cứng 0, 1, 2.

Dữ liệu B được chia thành B1 B2 B3 và Parity của nó là Bp, theo thứ tự B1 B2 B3 được lưu trữ tại ổ 0 1 3, và Bp được lưu trữ tại ổ 2. Các Parity được lưu trữ tuần tự trên các ổ đĩa cứng. RAID 5 cho phép tối đa có 1 ổ cứng bị chết tại một thời điểm, nếu có nhiều hơn 1 ổ cứng bị chết tại một thời điểm thì toàn bộ dữ liệu coi như mất hết. RAID 5 cũng yêu cầu các ổ cứng tham gia RAID phải có dung lượng bằng nhau.

Dung lượng chính xác cuối cùng của RAID 5 được tính bằng cách:

(Dung lượng của 1 ổ cứng) x [(Số lượng các ổ cứng tham gia RAID) - 1]

Yêu cầu tối thiểu của RAID 5 là có ít nhất 3 ổ đĩa cứng.

Sách tham khảo

• Scott Mueller, Upgrading and Repairing Pcs, 17th Edition. (tiếng Anh).

Liên kết ngoài

• RAID trên DMOZ
• "Empirical Measurements of Disk Failure Rates and Error Rates", by Jim Gray and Catharine van Ingen, December 2005
• The Mathematics of RAID-6, by H. Peter Anvin
• Does Fake RAID Offer Any Advantage Over Software RAID? – Discussion on superuser.com
• Comparing RAID Implementation Methods – Dell.com
• BAARF: Battle Against Any Raid Five (RAID 3, 4 and 5 versus RAID 10)
• A Clean-Slate Look at Disk Scrubbing