Raid, Sistemas Operativos
Indice
Introducción
Algo sobre discos duros
Los componentes fisicos de una unidad de disco duro
Raid
Que es tecnología Raid
Niveles de Raid
Raid 0
Ventajas Raid 0
Inconvenientes Raid 0
Ambientes donde implementarlos.
Raid 1
Ventajas Raid 1
Inconvenientes Raid 1
Ambientes donde implementarlos.
Raid 2
Ventajas Raid 2
Inconvenientes Raid 2
Raid 3
Ventajas Raid 3
Inconvenientes Raid 3
Raid 4
Ventajas Raid 4
Inconvenientes Raid 4
Raid 5
Ventajas Raid 5
Inconvenientes Raid 5
Ambientes en donde implementarlos
Raid 6
Ventajas Raid 6
Inconvenientes Raid 6
Raid 10
Ventajas Raid 10
Ambientes en donde implementarlos
Raid 30
Ventajas Raid 30
Ambientes en donde implementarlos
Raid 50
Ventajas Raid 50
Ambientes en donde implementarlos
Como seleccionar un Rai
Acronimos
Glosario
Introdución
Los discos duros son menos eficaces que el rendimiento general del sistema, provocando una descompensacion entre el tratamiento de la informacion del sistema (muy rapido) y la lectura – grabacion de datos en el disco duro (muy lenta). Para ello se invento un sistema para guardar información en varios discos duros a la vez por lo que el acceso de hace mas rapido ya que la carga se distribuia entre los diferentes discos duros, a esto se le llamo RAID.
Algo sobre discos duros
Siempre que se enciende el computador, los discos sobre los que se almacenan los datos giran a una velocidad vertiginosa (a menos que disminuyan su potencia para ahorrar electricidad). Los discos duros de hoy, con capacidad de almacenar multigigabytes mantienen el minimo criterio de una cabeza de lectura/escritura suspendida sobre una superficie magnetica que gira velozmente con precision microscópica.
Los discos duros pertenecen a la llamada memoria secundaria o almacenamiento secundario. Al disco duro se le conoce con gran cantidad de denominamciones como disco duro, rigido (frente a los discos flexibles o por su fabricación a base de una capa rigida de aluminio), marca de cabezas para disco duro). Estas denominaciones aunque son las habituales no son exactas ya que existen discos de iguales prestaciones pero son flexibles, o bien removibles o transportables, u otras marcas diferentes fabricantes de cabeza.
Estos estan compuestos por varios platos, es decir varios discos de material magnetico montados sobre un eje central sobre el que se mueven. Para leer y escribir datos en estos platos se usan las cabezas de lectura/escritura que mediante un proceso electromagnético codifican/decodifican la información que han de leer o escribir. La cabeza de lectura/escritura en un disco duro estan muy cerca de la superficie , de forma que casi da vuelta sobre ella, sobre el colchon de aire formado por su propio movimiento. Debido a esto, estan cerrados herméticamente, porque cualquie particula de polvo puede dañarlos-
Los discos duros se presentan recubiertos de una capa magnetica delgada, habitualmente de oxido de hierro, y se dividen en unos circulos concéntricos cilindricos (coincidentes con las pistas de los disquetes), que empiezan en la parte exterior del disco (primer cilindro ) y terminan en la parte interior (ultimo). Asimismo, estos cilindros se dividen en sectores, cuyo numero esta determinado por el tipo de disco y su formato, siendo todos ellos de un tamaño fijo en cualquier disco. Cilindros como sectores se identifican con una serie de numeros que se les asigna, empezando por el 1, pues el numero 0 de cada ciliindro se reserva para propósitos de identificación mas que para alamacenamientos de datos. Estos escritos/leidos en el disco deben ajustarse al tamaño fijado del almacenamiento de los sectores. Habitualmente, los sistemas de discos duros contienen mas de una unidad en su interior, por lo que el numero de caras puede ser mas de dos. Estas se identifican con un numero, siendo el 0 para la primera. En general su organización es igual a los diskettes. La capacidad del disco resulta de multiplicar el numero de caras por el de pistas por cara y por el de sectores por pista, al total por el numero de bytes por sector.
Para escribir, la cabeza se situa sobre la celda a grabar y se hace pasar por ella un pulso de corriente, lo cual crea un campo magnetico en la superficie. Dependiendo del sentido de la corriente, así será la polaridad de la celda, para leer, se mide la corriente inducida por el campo magnético de la celda. Es decir que al pasar sobre una zona detectará un campo magnetico que según se encuentre magnetizada en un sentido u otro, indicar, indicará si esa posición hay almacenado un 0 o un 1 dependiendo del valor del campo magnetico provocado por dicho corriente.
Los componentes fisicos de una unidad de disco duro
Los discos (Platters)
Estan elaborados de compuestos de vidrio, cerámica o aluminio finalmente pulidos y revestidos por ambos lados con una capa muy delgada de una aleación metalica. Los discos estan unidos a un eje y un motor que los hace girar a una velocidad constante entre las 3600 y 7200 RPM. Convencionalmente los discos duros estan compuestos por varios platos, es decir varios discos de material magnetico montados sobre un eje central. Estos discos normalmente tienen dos caras que pueden usarse para el almcenamientos de datos, , si bien duele reservarse una parte para para almacenar información de control.
Las cabezas
Estan ensambladas en pila y son las responsables de la lectura y la escritura de los datos en los discos. La mayoria de los discos duros incluyen un cabeza de Lectur/Escritura a cada lado del disco, sin embargo algunos discos de alto desempeño tiene dos cabezas sobre cafda superficie, de manera que cada cabeza atiende la mitas del disco reduciendo la distancia del desplazamiento radial. Las cabezas de Lectura/Escritura no tocan el disco cuando este esta girando a toda velocidad; por el contrario, flotan sobre un cojin de aire extremadamente delgado. Para comparación un cabello humano tiene cerca de 400 micropulgadas de diámetro, esto reduce el desgaste en la superficie del disco durante la operación normal, cualquier polvo o impureza en el aire puede dañar la cabeza o el medio.
Su funcionamiento consiste en una bobina que se acciona según el campo magnetico que detecte con el soporte magnetico, produciendo una pequeña corriente que es detectada y amplificada por la electrónica de la unidad de disco
El eje
Es la parte del disco duro que actua como soporte, sobre el cual esta montado y giran los platos del disco.
Actuador
Es un motor que mueve una estructura que contiene de lecturas entre el centmro y el borde externo de los discos. Un actuador usa la fuerza de un electromagneto empujado contra magnetos fijos para mover los heads, stack , Assembly, a traves del disco. La controladora manda mas corriente a traves del elctromagenmto para mover las cabezas cerca del borde del disco. En caso de una perdida de poder, un resorte mueve la cabeza nuevamente hacia el centntro del disco hacia una zona donde no se guardan datos. Dado que todas la cabezas estan unidas al HSA ellas se mueven al unísono. La capacidad global del disco aumentara ya que se suman las capacidades de los diferentes discos que componen el conjunto.
Niveles de Raid
Raid 0 : Data Stripping without parity (DSA)
Datos en banda de discos sin paridad sin correccion de errores.
Este nivel no incorpora redundancia de datos . Es el nivel de Raid que brninda mejor rendimiento en escritura y lectura, sin proporcionar tolerancia a fallas. No obstante almacena y recupera los datos con mayor rapidez que el almacenamiento de datos en serie en un unico disco, gracias al emppleo de una técnica denominada distribuncion de datos que mejoran la velosodad de transferencia del disco. La distribución de datos dividen los datos en segmentos que se transmfieren a distint as unidades de disco. Su inconveniente es que no se resuelve el problema de la fiabilidad, pues los datos no se almacenan de manera redunadante.
Este tipo de arregle utiliza una técnica llamada Striping, la cual distribuye la información en bloques entre los diferentes discos. Se requieren como minimo dos discos.
Ventajas
- Proporcionan un alto rendimiento
- No tiene un costo adicional
- Toda la capacidad del disco se emplea
- Permite acceder a mas de un disco a la vez, logrando una tasa de transferencia mas elevada y un rapido tiempo de acceso.
Inconvenientes
- No es verdaderamente un disco Raid ya que no tienen integridad de datos.
- Un error en uno de los discos implica la perdida total de los datos
Ambiente en donde implementarlo
Es una buena alternativa en sistemas en donde sea mas importante el rendimiento que la seguridad de los datos es decir ambientes que puedan soportar una perdida de tiempo de operación para poder reemplazar el disco que falle y reponer toda la información.
Raid 1 : Mirrored Disk Array (MDA)
Conjunto de discos en espejo
La configuración de nivel 1 de Raid o disco en espejo incluye dos unidades de disco:
1 unidad de datos y una unidad de replica. Cuando se describen datos en una unidad, tambien se escriben en la otra. El disco redunadante es una replica exacta del disco de datos, por lo que se conoce tambien como disco espejo. Los datos pueden leerese de cualquieras de las 2 unidades de forma que si se averia la unidad de datos es posible acceder a la unidad de replica, con lo que el sistema puede seguir funcionando. Con el nivel de Raid se obtiene la misma velocidad de lectura/ escritura que una configuración normalizada de disco, por lo que constituye l a mejor opcion para aplicaciones que conllevan un gran número de operaciones de escritura.
Su principal incoveniente es el costo que supone multiplicar el numero de discos necesarios para los datos desaprovechando la mitad de la capacidad total del conjunto del disco. Es el mejor en ambientes que necesitan un alto rendimiento de lectura.
Ventajas
Mayor rendimiento en las lecturas de datos en las lecturas convencionales.
Podemos recuperar todos los datos en caso de error en unos de los discos ya que si un disco suspende la operación el otro continua duisponible.
Incovenientes
Bastante caro ya que necesitamos el doble de espacio que el ne cesario.
Moderada lentitud en la escritura de datos ya que la hemos de escribir en dos localizaciones
Ambientes en donde implementarlos
Raid1 esta diseñado para sistemas en donde la disponibilidad de información es esencial y su reemplazo resultaria difícil y costoso (mas costoso que reponer el disco en si)
Tipico en escrituras aleatorias pequeñas con tolerancia a fallas. El problema de este tipo de arreglos es el costo que implica duplicar el disco
Raid 2 : Hamming code for Error Correction
Es el primer nivel de Raid que usa codigo de correciones de error utilizando la “ generación Hamming” de codigo de error.
Con unico de paridad solo se puede detectar un unico error, pero si esta interesado en la recuperación de mas errores son necesarios mas discos adicionales. Sistemas de nueve discos.
Este nivel cuenta con varios discos para bloques de redundancia y correcion de errores. La división es a nivel de bits, cada byte se graba con un bit cada uno de los discos y un bit de paridad en el noveno y el acceso es simultaneo a todas las unidades tanto en operaciones de escritura como lectura. Algunos de estos discos son empleados para codigos de error, los cuales se emplean para referencias de los datos en caso de que falle uno de los discos. Este nivel tiene un costo bastante elelvado ya que necesitamos muchos discos para mantener los codoigos de error. Gracias a como estan distribuidos los datos en los discos se consigue mejorar la velocidad de transferencia principalmente en la lectura ya que podemos emplear todos los discos en paralelo. Estos discos aunque proporcionen un buen rendimiento no son muy empleados ya que los niveles 1 –3 – 5 proporcionan una mayor relacion costo/rendimiento
Ventajas
- Se emplea para mejorar de demanda y tambien la velocidad de transferencia.}
- Podemos recuperar los datos gracias a los discos de codigo de error.
Inconvenientes
- Solucion cara ya que requeriremos mucho disco para guardar los codigos de error.
- Tiempo de escritura de datos babstante lentos, incluso aunque los datos se separen el los diferentes discos
Raid 3
Sistemas de disco en paralelo con disco de paridad para correccion de errores.
Conocido tambien como Striping con paridad delicada.
Utiliza tambien un disco de protección de información separado para almacenar información de contmrol codificada con lo que se logra una forma mas eficaz de proporcionar redundancia de datos. Este control de información codificada o paridad proviene de los datos almacenados en los discos y permite la reconstrucción de inmformacion en caso de fallas. Se requieren como minimo 3 discos y se utiliza la capacidad de un disco para la información de control.
Los datos se dividen fragmentos que se transfieren a los discos que funcionan en paralelo, lo que permiten enviar mas datos de una sola vez, y aumentar en forma sustancial la velocidad general de transferencia de datos. Esta ultima característica convierte a este nivel en idóneo para que estas aplicaciones que requieran la transferencia de grandes ficheros contiguos hacia y desde el ordenador central.
Resultan mas adecuados para sistemas en los que tranfieren grandes cantidades de datos secuencialmente , ejemplo audio, video. Para estos es el nivel Raid mas eficiente ya que nunca es necesario leer modificar, escribir el bloque de paridad. Es menos apropiado para el tipo de acceso de base de datos en los cuales se necesitan transeferir pequeñas unidades de datos de manera aleatoria.
No obstante en quellos entornos en los que muchos usuarios desean leer y escribir múltiple registros aleatorios, las peticiones de operaciones de entrada/salida simultaneas pueden sobrecargar y ralentizar el sistema. En el nivel 3 de Raid los discos participan en cada transacción, atendiendo cada petición de Entrada/Salida de una en una. Por consiguiente el nivel 3 de Raid no es una opcion adecuada para operaciones transaccionales, en la que la mayor parte del tiempo se emplea en buscar pequeños registros esparcidos aleatoriamente en los discos.
Ventajas
- Alto rendimiento para aplicmaciones de velocidad de transferencia alta.
- Gracias al disco de paridad podemos recuperar datos.
Inconvenientes
- Si perdemos el disco de paridad perdemos toda la información redundante que teniamos
- Tipo de escritura de datos bastante lento.
RAID 4 : Independient Disk Array (IDA)
Sistemas de discos independientes con disco de control de errores .
En el nivel 4 de raid los bloques de datos pueden ser distribuidos atraves de un grupo de discos para reducir el tiempo de transferencia y explotar toda la capacidad de transferencia de datos de la matriz de disco .El nivel 4 de Raid es preferible al nivel 2 de Raid para pequenos bloques de datos , por que en este nivel , los datos son distribuidos por sectores y no por bits .Otra ventaja del nivel 4 de RAID frente a los niveles 2 y 3 es que al mismo tiempo puede estar activa mas de una operación de lectura escritura sobre el conjunto de discos .
El nivel 4 de RAID tiene división a nivel de bloques y el acceso al arreglo de discos es paralelo , pero no simultaneo . Posee un delicado aparidad y correccion de errores . La operación de escritura se realiza en forma secuencial y la lectura en paralelo ,
Ventajas :
- Buen rendimiento en las escrituras de datos .
- Tiene integridad de datos
Inconvenientes
- Si perdemos el disco de parida , perdemos toda la información redundante que Teniamos .
- Meno rendiemiento en las lecturas de datos
RAID 5 : Independent Disk Array
Sistemas de discos independientes con integracion de codigo de error mediante una paridad
En RAID 5 los datos y una paridad son guardados en los mismos discos por lo que conseguimos aumentar la velocidad de demanda , ya que cada disco puede satisfacer una demanda independiente de los demas . Con diferencia con el RAID 3 , el RAID 5 guarda la paridad del dato dentro de los discos y no hace falta un disco para guardar dichas paridades En el nivel 5 de Raid las unidades de disco actuan indeopendientemente , cada unidad es capaz de atender a sus propias operaciones de Lectura/Escritura ,lo que aumenta el numero de operaciones de entrada salida simultanea .Esta característica mejora considerablemente el teimpo de acceso , especialmente con multiples peticiones de pequeñas operaciones de entrada salida .
El nivel 5 de Raid asegura un mejor rendimiento de operaciones de entrada salida para aplicaicoens en la que el sistema realiza búsqueda aleatorias de muchos ficheros pequenos como sucede en las aplicaciones transaccionales , ofrece la posibilidad de soportar multiples operaciones de escriturea de forma que los datos pueden escribirse en un disco y su formación de paridad en otro .En este nivel no existe una unidad delicada para paridad sino que el controlador intercala los datos y las paridad en todo los discos del subsistemas .El inconveniebnte de este nivel es que presenta una operacion adicional de escritura al almacenar lso datos ya que tanto los datos como la información de actualidad se actualizan en oparciones distintas y en unidades de
disco diferentes. Las aplicaciones implican numerosas operaciones de escritura y sufren descensos en el rendimiento .
Ventajas
- Alto rendimiento en aplicaciones de velocidad de demanda interactiva
- Costo efectivo .No desaprovecha un disco exclusivamente para paridad .
- Se puden recuperar datos }
Inconvenientes
- El rendiemiento en las escrituras de datos es bajo
- No aumenta el rendiemiento en las aplicaciones , aunque la velocidad de transferencia de datos es alta .
Ambiente donde implementarlo
Es recomedable para aplicaciones intensas de entrada salidas y lectura escritura , tal como procesamiento de transacciones }
Raid 6 Independent Disk Array
Sistemas independientes de disco con integracion de codigo de error mendiante una doble paridad .
Raid 6 es esencialmete una extensión del RAID 5 , para ello guarda , una segunda paridad .Este nivel proporciona muy buena integridad de lso datos y repara diversos errores en los discos .El nivel 6 de Raid añade un nivel mas de disco , resultando una organización con dos dimensiones de disco y una tercera que corresponde a los sectores de los discos la ventaja de este nivel consiste que no solamente se puede recuperar un error de entre dos discos , sino que es posible recuperar muchos errores de 3 discos .La oparcion de escritura es difícil debido a la necesidad de sincronizar todas las dimensiones .
Ventajas
- Podemos recuperar diversos errores simultaneamiente
- Nivel de integridad muy elevado solucion perfecta para aplicaciones criticas
Inconvenientes
- El rendimiento emn escritura de datos es bastante lento .
- No se dsicpone de muchas implementaciones comerciales en el nivel de Raid 6
Raid 10
La información se distribuyen en bloques como el Raid 0 y adicionalmente , cada disco se duplica como raid 1 , creando un segundo nivel de arreglo se conoce como “Striping de arreglos duplicados ” . Se requieren , dos canales , dos discos para cada canal y se utilizan el 50 % de la capacidad para información de control
Ventajas
- Este nivel ofrece un 100 % de redundancia de la información y un soporte para grandes volúmenes de datos , donde el precio no es un factor importante .
Ambientes donde implementarlo
Ideal para sistemas de emisión critica , donde se requiera mayor confiabilidad de la información , ya que pueden fallar dos discos inclusive (uno por cada canal) y los datos todavía se mantienen en linea .Es apropiado tambien en escritura aleatorias pequenas .
Raid 30
Es ideal para aplicaciones no interactiva , tal como señales de grafico e imágenes .Se conoce tambien como Striping de arreglos de paridad dedicada .La información es distribuidad atravez de los discos , como en Raid 0 y utiliza paridad dedicada , como Raid 3 , en un segundo canal , requiere minimo 6 discos.
Ventajas
Proporciona una alta confiabilidad igual que el Raid 10 ya que tambien es capaz de tolerar dos fallas físicas en canales diferentes , manteniendo la información disponible
Ambientes donde implementarlo :
Raid 30 es mejor para aplicaciones no interactivas , tal como señales de video , graficos , que procesan secuencialmete grandes archivos y requieren alta velocidad y disponibilidad
Raid 50
Esta diseñado apar aplicaciones que requieren un almecenamiento altamente confiable una elevada tasa de lectura y un buen rendimiento en la transferencia de datos con un nivel de Raid 50 , la información se freparte en lso discos y se usa parida distribuidad , po eso se conoce como Striping de arreglo de paridad distribuidas .Se requiere minimo 6 discos
Ventajas
-Se logra confiabilidad de la información , un buen rendimiento en gral , y ademas soporta grandes volúmenes de datos. Igualmente si dos discos sufren fallas físicas en difirentes canales , la información no se pierde .
Ambientes donde implementarlo
Raid 50 es ideal para aplicaiones que requieran un almacenamiento altamente confiable , una elevada tasa de lectura , y un buen rendimiento en la transferencia de datos .A este nivel se encuentran aplicaciones de oficina con muchos usuarios accediendo apequeños archivos , al igual que procesamiento de transacciones .
Como seleccionar un disco RAID
El seleccionar un disco raid puede ser una dura tarea , ya que no existen criterios establecidos , para saber , cual es la mejor solucion . Una equivacion bastante común es juntar todos los discos Raid en el mismo nivel , porlo que debe,mos elegir una solucion correcta para el grupo comleto de disco , no metiendo todos en el mismo nivel sino estructurando los discos deopendiendo de las necesidades en seguruidad e integridad de los datos .
Para seleccionar un disco Raid en primer lugar tenemos que conocer nuestra necesidades , o saber los tipos de aplicaciones que se emplean .Podemos separa las aplicaciones en dos tipo:
-Aplicaciones de demanda :
Podriamos seleccionar el Raid 5 ya que ofrece una alta velocidad de demanda , tanto en escrituras como lecturas .
-Apliaciones de Transferencias :
La mejor opcion pasaria por Raid 3 ya que ofrece una alta velocidad de tranferencia para gráficos e imágenes y aplicaciones en gral en las que necesitamos gran transferencia de datos .
Ademas del tipo de aplicación , abremos de tener en cuanta los factores que nos guiaran a octar por la elección de un Raid u otro como son :
-Integridad y costo :
normalmente llegaremos a una solucion Raid que asegure la integridad de los datos del disco , ya que de esta manera tendremos preservados , nuestros datos sobre posibles errores del disco .El Raid 0 es el unico nivel que no proporciona integridad .
-Costo :
El costo vendra marcado por nuesto poder adquisitivo sera uno de los factores mas importantes a la hora de seleccionar nuestro disco .No solo tenemos que pensar en la integridad de los datos , sino en cuando se estropee un disco tenemos que apagar el sistema . A para ello existe varios dispositivos como Hot Swap , Hot Spare , Duplex Controler , Redundant Power Supplies .
La siguiente tabla muestra las opciones mas acertadas , a la hora de elegir el nivel Raid que mejor se adapte a nuestra necesidades teniendo en cuenta todos estos factores :
Maximas y minimas cantidades de Hd que se pueden ordenar para los diferentes niveles de RAID.
Acrónimos
RAID Redundant Array of independent Disks
SLED Single Large Expensive Disk
HD Hard Disk
MTBDL Mean Time before Data Loss
MTBF Mean Time Between failures
DSA Data Striping Without Parity
MDA Mirrored Disk Array
PDA Parallel Disk Array
IDA Independient Disk Array
Glosario:
Duplex controler: Controladora doble. Son controladoras de disco que pueden trabajar de modo simple o de forma doble, para que la carga de la controladora sea distribuida y más eficaz.
Hot swap: Son discos que se reemplazan en caliente. Esto quiere decir que si alguno de los discos RAID se estropeara físicamente bastaría con quitarlo y poner otro sin tener que apagar el sistema.
Hot spare: Disco sobrante. Es un disco que permanece siempre en el sistema esperando a que uno se estropee y entre directamente en funcionamiento.
Integridad de los datos: Es la capacidad que tiene un disco de aguantar un error de grabación de corrupción o perdida de datos. Para tal efecto se tiene que seleccionar un disco RAID o alguna alternativa. El nivel de integridad es uno de los primeros criterios que ser han de investigar.
Mirroring: Haciendo espejo. Es un nivel de RAID (el nivel 1) que pasa por hacer una copia integra de un disco en otro.
Paridad: Es una información redundante que es guardada para regenerar datos perdidos por un error en el disco. La paridad se genera haciendo XOR sobre los datos de los discos y guardándolo en otro disco o en un disco dedicado a ese efecto, esto dependerá del nivel de RAID que usemos.
Reconstrucción o regeneración: Cuando un disco falla la información redundante en los discos y los datos en los discos buenos son usados para regenerar la información del disco averiado.
Redundat Power Supplies: Fuente de alimentación redundante. El sistema consta de dos fuentes de alimentación. Si uno se estropea se pone en marcha, pudiéndose cambiar la estropeada en caliente.
Sistemas Basados en Velocidad de Demanda: Son aquellos en que se requieren un gran numero de demandas de E/S en el menor tiempo posible. Una alta velocidad de demanda es típica en sistemas multiusuario o en aplicaciones de bases de datos en las que se generan un gran numero de pequeñas demandas de E/S. En este caso cada disco del conjunto puede procesar una demanda simultáneamente.
Sistemas Basados en Velocidad de Transferencia: Son aquellos que intentan satisfacer una sola demanda con la máxima velocidad. Un claro ejemplo son las aplicaciones de ingeniería científicas imágenes, etc.
En estos sistemas el tamaño de la demanda es mucho más grande que en los sistemas basados en velocidad de demanda, para el que emplea todos los discos del conjunto en paralelo para satisfacer una mayor demanda en el mínimo tiempo posible.
Striping: Es el acto de unir dos o más discos físicos en un solo disco lógico con el fin de dividir los datos entre los diferentes discos para ofrecer una significativa mejora en el rendimiento del conjunto de los discos.
Indice
Introducción
Algo sobre discos duros
Los componentes fisicos de una unidad de disco duro
Raid
Que es tecnología Raid
Niveles de Raid
Raid 0
Ventajas Raid 0
Inconvenientes Raid 0
Ambientes donde implementarlos.
Raid 1
Ventajas Raid 1
Inconvenientes Raid 1
Ambientes donde implementarlos.
Raid 2
Ventajas Raid 2
Inconvenientes Raid 2
Raid 3
Ventajas Raid 3
Inconvenientes Raid 3
Raid 4
Ventajas Raid 4
Inconvenientes Raid 4
Raid 5
Ventajas Raid 5
Inconvenientes Raid 5
Ambientes en donde implementarlos
Raid 6
Ventajas Raid 6
Inconvenientes Raid 6
Raid 10
Ventajas Raid 10
Ambientes en donde implementarlos
Raid 30
Ventajas Raid 30
Ambientes en donde implementarlos
Raid 50
Ventajas Raid 50
Ambientes en donde implementarlos
Como seleccionar un Rai
Acronimos
Glosario
Introdución
Los discos duros son menos eficaces que el rendimiento general del sistema, provocando una descompensacion entre el tratamiento de la informacion del sistema (muy rapido) y la lectura – grabacion de datos en el disco duro (muy lenta). Para ello se invento un sistema para guardar información en varios discos duros a la vez por lo que el acceso de hace mas rapido ya que la carga se distribuia entre los diferentes discos duros, a esto se le llamo RAID.
Algo sobre discos duros
Siempre que se enciende el computador, los discos sobre los que se almacenan los datos giran a una velocidad vertiginosa (a menos que disminuyan su potencia para ahorrar electricidad). Los discos duros de hoy, con capacidad de almacenar multigigabytes mantienen el minimo criterio de una cabeza de lectura/escritura suspendida sobre una superficie magnetica que gira velozmente con precision microscópica.
Los discos duros pertenecen a la llamada memoria secundaria o almacenamiento secundario. Al disco duro se le conoce con gran cantidad de denominamciones como disco duro, rigido (frente a los discos flexibles o por su fabricación a base de una capa rigida de aluminio), marca de cabezas para disco duro). Estas denominaciones aunque son las habituales no son exactas ya que existen discos de iguales prestaciones pero son flexibles, o bien removibles o transportables, u otras marcas diferentes fabricantes de cabeza.
Estos estan compuestos por varios platos, es decir varios discos de material magnetico montados sobre un eje central sobre el que se mueven. Para leer y escribir datos en estos platos se usan las cabezas de lectura/escritura que mediante un proceso electromagnético codifican/decodifican la información que han de leer o escribir. La cabeza de lectura/escritura en un disco duro estan muy cerca de la superficie , de forma que casi da vuelta sobre ella, sobre el colchon de aire formado por su propio movimiento. Debido a esto, estan cerrados herméticamente, porque cualquie particula de polvo puede dañarlos-
Los discos duros se presentan recubiertos de una capa magnetica delgada, habitualmente de oxido de hierro, y se dividen en unos circulos concéntricos cilindricos (coincidentes con las pistas de los disquetes), que empiezan en la parte exterior del disco (primer cilindro ) y terminan en la parte interior (ultimo). Asimismo, estos cilindros se dividen en sectores, cuyo numero esta determinado por el tipo de disco y su formato, siendo todos ellos de un tamaño fijo en cualquier disco. Cilindros como sectores se identifican con una serie de numeros que se les asigna, empezando por el 1, pues el numero 0 de cada ciliindro se reserva para propósitos de identificación mas que para alamacenamientos de datos. Estos escritos/leidos en el disco deben ajustarse al tamaño fijado del almacenamiento de los sectores. Habitualmente, los sistemas de discos duros contienen mas de una unidad en su interior, por lo que el numero de caras puede ser mas de dos. Estas se identifican con un numero, siendo el 0 para la primera. En general su organización es igual a los diskettes. La capacidad del disco resulta de multiplicar el numero de caras por el de pistas por cara y por el de sectores por pista, al total por el numero de bytes por sector.
Para escribir, la cabeza se situa sobre la celda a grabar y se hace pasar por ella un pulso de corriente, lo cual crea un campo magnetico en la superficie. Dependiendo del sentido de la corriente, así será la polaridad de la celda, para leer, se mide la corriente inducida por el campo magnético de la celda. Es decir que al pasar sobre una zona detectará un campo magnetico que según se encuentre magnetizada en un sentido u otro, indicar, indicará si esa posición hay almacenado un 0 o un 1 dependiendo del valor del campo magnetico provocado por dicho corriente.
Los componentes fisicos de una unidad de disco duro
Los discos (Platters)
Estan elaborados de compuestos de vidrio, cerámica o aluminio finalmente pulidos y revestidos por ambos lados con una capa muy delgada de una aleación metalica. Los discos estan unidos a un eje y un motor que los hace girar a una velocidad constante entre las 3600 y 7200 RPM. Convencionalmente los discos duros estan compuestos por varios platos, es decir varios discos de material magnetico montados sobre un eje central. Estos discos normalmente tienen dos caras que pueden usarse para el almcenamientos de datos, , si bien duele reservarse una parte para para almacenar información de control.
Las cabezas
Estan ensambladas en pila y son las responsables de la lectura y la escritura de los datos en los discos. La mayoria de los discos duros incluyen un cabeza de Lectur/Escritura a cada lado del disco, sin embargo algunos discos de alto desempeño tiene dos cabezas sobre cafda superficie, de manera que cada cabeza atiende la mitas del disco reduciendo la distancia del desplazamiento radial. Las cabezas de Lectura/Escritura no tocan el disco cuando este esta girando a toda velocidad; por el contrario, flotan sobre un cojin de aire extremadamente delgado. Para comparación un cabello humano tiene cerca de 400 micropulgadas de diámetro, esto reduce el desgaste en la superficie del disco durante la operación normal, cualquier polvo o impureza en el aire puede dañar la cabeza o el medio.
Su funcionamiento consiste en una bobina que se acciona según el campo magnetico que detecte con el soporte magnetico, produciendo una pequeña corriente que es detectada y amplificada por la electrónica de la unidad de disco
El eje
Es la parte del disco duro que actua como soporte, sobre el cual esta montado y giran los platos del disco.
Actuador
Es un motor que mueve una estructura que contiene de lecturas entre el centmro y el borde externo de los discos. Un actuador usa la fuerza de un electromagneto empujado contra magnetos fijos para mover los heads, stack , Assembly, a traves del disco. La controladora manda mas corriente a traves del elctromagenmto para mover las cabezas cerca del borde del disco. En caso de una perdida de poder, un resorte mueve la cabeza nuevamente hacia el centntro del disco hacia una zona donde no se guardan datos. Dado que todas la cabezas estan unidas al HSA ellas se mueven al unísono. La capacidad global del disco aumentara ya que se suman las capacidades de los diferentes discos que componen el conjunto.
Niveles de Raid
Raid 0 : Data Stripping without parity (DSA)
Datos en banda de discos sin paridad sin correccion de errores.
Este nivel no incorpora redundancia de datos . Es el nivel de Raid que brninda mejor rendimiento en escritura y lectura, sin proporcionar tolerancia a fallas. No obstante almacena y recupera los datos con mayor rapidez que el almacenamiento de datos en serie en un unico disco, gracias al emppleo de una técnica denominada distribuncion de datos que mejoran la velosodad de transferencia del disco. La distribución de datos dividen los datos en segmentos que se transmfieren a distint as unidades de disco. Su inconveniente es que no se resuelve el problema de la fiabilidad, pues los datos no se almacenan de manera redunadante.
Este tipo de arregle utiliza una técnica llamada Striping, la cual distribuye la información en bloques entre los diferentes discos. Se requieren como minimo dos discos.
Ventajas
- Proporcionan un alto rendimiento
- No tiene un costo adicional
- Toda la capacidad del disco se emplea
- Permite acceder a mas de un disco a la vez, logrando una tasa de transferencia mas elevada y un rapido tiempo de acceso.
Inconvenientes
- No es verdaderamente un disco Raid ya que no tienen integridad de datos.
- Un error en uno de los discos implica la perdida total de los datos
Ambiente en donde implementarlo
Es una buena alternativa en sistemas en donde sea mas importante el rendimiento que la seguridad de los datos es decir ambientes que puedan soportar una perdida de tiempo de operación para poder reemplazar el disco que falle y reponer toda la información.
Raid 1 : Mirrored Disk Array (MDA)
Conjunto de discos en espejo
La configuración de nivel 1 de Raid o disco en espejo incluye dos unidades de disco:
1 unidad de datos y una unidad de replica. Cuando se describen datos en una unidad, tambien se escriben en la otra. El disco redunadante es una replica exacta del disco de datos, por lo que se conoce tambien como disco espejo. Los datos pueden leerese de cualquieras de las 2 unidades de forma que si se averia la unidad de datos es posible acceder a la unidad de replica, con lo que el sistema puede seguir funcionando. Con el nivel de Raid se obtiene la misma velocidad de lectura/ escritura que una configuración normalizada de disco, por lo que constituye l a mejor opcion para aplicaciones que conllevan un gran número de operaciones de escritura.
Su principal incoveniente es el costo que supone multiplicar el numero de discos necesarios para los datos desaprovechando la mitad de la capacidad total del conjunto del disco. Es el mejor en ambientes que necesitan un alto rendimiento de lectura.
Ventajas
Mayor rendimiento en las lecturas de datos en las lecturas convencionales.
Podemos recuperar todos los datos en caso de error en unos de los discos ya que si un disco suspende la operación el otro continua duisponible.
Incovenientes
Bastante caro ya que necesitamos el doble de espacio que el ne cesario.
Moderada lentitud en la escritura de datos ya que la hemos de escribir en dos localizaciones
Ambientes en donde implementarlos
Raid1 esta diseñado para sistemas en donde la disponibilidad de información es esencial y su reemplazo resultaria difícil y costoso (mas costoso que reponer el disco en si)
Tipico en escrituras aleatorias pequeñas con tolerancia a fallas. El problema de este tipo de arreglos es el costo que implica duplicar el disco
Raid 2 : Hamming code for Error Correction
Es el primer nivel de Raid que usa codigo de correciones de error utilizando la “ generación Hamming” de codigo de error.
Con unico de paridad solo se puede detectar un unico error, pero si esta interesado en la recuperación de mas errores son necesarios mas discos adicionales. Sistemas de nueve discos.
Este nivel cuenta con varios discos para bloques de redundancia y correcion de errores. La división es a nivel de bits, cada byte se graba con un bit cada uno de los discos y un bit de paridad en el noveno y el acceso es simultaneo a todas las unidades tanto en operaciones de escritura como lectura. Algunos de estos discos son empleados para codigos de error, los cuales se emplean para referencias de los datos en caso de que falle uno de los discos. Este nivel tiene un costo bastante elelvado ya que necesitamos muchos discos para mantener los codoigos de error. Gracias a como estan distribuidos los datos en los discos se consigue mejorar la velocidad de transferencia principalmente en la lectura ya que podemos emplear todos los discos en paralelo. Estos discos aunque proporcionen un buen rendimiento no son muy empleados ya que los niveles 1 –3 – 5 proporcionan una mayor relacion costo/rendimiento
Ventajas
- Se emplea para mejorar de demanda y tambien la velocidad de transferencia.}
- Podemos recuperar los datos gracias a los discos de codigo de error.
Inconvenientes
- Solucion cara ya que requeriremos mucho disco para guardar los codigos de error.
- Tiempo de escritura de datos babstante lentos, incluso aunque los datos se separen el los diferentes discos
Raid 3
Sistemas de disco en paralelo con disco de paridad para correccion de errores.
Conocido tambien como Striping con paridad delicada.
Utiliza tambien un disco de protección de información separado para almacenar información de contmrol codificada con lo que se logra una forma mas eficaz de proporcionar redundancia de datos. Este control de información codificada o paridad proviene de los datos almacenados en los discos y permite la reconstrucción de inmformacion en caso de fallas. Se requieren como minimo 3 discos y se utiliza la capacidad de un disco para la información de control.
Los datos se dividen fragmentos que se transfieren a los discos que funcionan en paralelo, lo que permiten enviar mas datos de una sola vez, y aumentar en forma sustancial la velocidad general de transferencia de datos. Esta ultima característica convierte a este nivel en idóneo para que estas aplicaciones que requieran la transferencia de grandes ficheros contiguos hacia y desde el ordenador central.
Resultan mas adecuados para sistemas en los que tranfieren grandes cantidades de datos secuencialmente , ejemplo audio, video. Para estos es el nivel Raid mas eficiente ya que nunca es necesario leer modificar, escribir el bloque de paridad. Es menos apropiado para el tipo de acceso de base de datos en los cuales se necesitan transeferir pequeñas unidades de datos de manera aleatoria.
No obstante en quellos entornos en los que muchos usuarios desean leer y escribir múltiple registros aleatorios, las peticiones de operaciones de entrada/salida simultaneas pueden sobrecargar y ralentizar el sistema. En el nivel 3 de Raid los discos participan en cada transacción, atendiendo cada petición de Entrada/Salida de una en una. Por consiguiente el nivel 3 de Raid no es una opcion adecuada para operaciones transaccionales, en la que la mayor parte del tiempo se emplea en buscar pequeños registros esparcidos aleatoriamente en los discos.
Ventajas
- Alto rendimiento para aplicmaciones de velocidad de transferencia alta.
- Gracias al disco de paridad podemos recuperar datos.
Inconvenientes
- Si perdemos el disco de paridad perdemos toda la información redundante que teniamos
- Tipo de escritura de datos bastante lento.
RAID 4 : Independient Disk Array (IDA)
Sistemas de discos independientes con disco de control de errores .
En el nivel 4 de raid los bloques de datos pueden ser distribuidos atraves de un grupo de discos para reducir el tiempo de transferencia y explotar toda la capacidad de transferencia de datos de la matriz de disco .El nivel 4 de Raid es preferible al nivel 2 de Raid para pequenos bloques de datos , por que en este nivel , los datos son distribuidos por sectores y no por bits .Otra ventaja del nivel 4 de RAID frente a los niveles 2 y 3 es que al mismo tiempo puede estar activa mas de una operación de lectura escritura sobre el conjunto de discos .
El nivel 4 de RAID tiene división a nivel de bloques y el acceso al arreglo de discos es paralelo , pero no simultaneo . Posee un delicado aparidad y correccion de errores . La operación de escritura se realiza en forma secuencial y la lectura en paralelo ,
Ventajas :
- Buen rendimiento en las escrituras de datos .
- Tiene integridad de datos
Inconvenientes
- Si perdemos el disco de parida , perdemos toda la información redundante que Teniamos .
- Meno rendiemiento en las lecturas de datos
RAID 5 : Independent Disk Array
Sistemas de discos independientes con integracion de codigo de error mediante una paridad
En RAID 5 los datos y una paridad son guardados en los mismos discos por lo que conseguimos aumentar la velocidad de demanda , ya que cada disco puede satisfacer una demanda independiente de los demas . Con diferencia con el RAID 3 , el RAID 5 guarda la paridad del dato dentro de los discos y no hace falta un disco para guardar dichas paridades En el nivel 5 de Raid las unidades de disco actuan indeopendientemente , cada unidad es capaz de atender a sus propias operaciones de Lectura/Escritura ,lo que aumenta el numero de operaciones de entrada salida simultanea .Esta característica mejora considerablemente el teimpo de acceso , especialmente con multiples peticiones de pequeñas operaciones de entrada salida .
El nivel 5 de Raid asegura un mejor rendimiento de operaciones de entrada salida para aplicaicoens en la que el sistema realiza búsqueda aleatorias de muchos ficheros pequenos como sucede en las aplicaciones transaccionales , ofrece la posibilidad de soportar multiples operaciones de escriturea de forma que los datos pueden escribirse en un disco y su formación de paridad en otro .En este nivel no existe una unidad delicada para paridad sino que el controlador intercala los datos y las paridad en todo los discos del subsistemas .El inconveniebnte de este nivel es que presenta una operacion adicional de escritura al almacenar lso datos ya que tanto los datos como la información de actualidad se actualizan en oparciones distintas y en unidades de
disco diferentes. Las aplicaciones implican numerosas operaciones de escritura y sufren descensos en el rendimiento .
Ventajas
- Alto rendimiento en aplicaciones de velocidad de demanda interactiva
- Costo efectivo .No desaprovecha un disco exclusivamente para paridad .
- Se puden recuperar datos }
Inconvenientes
- El rendiemiento en las escrituras de datos es bajo
- No aumenta el rendiemiento en las aplicaciones , aunque la velocidad de transferencia de datos es alta .
Ambiente donde implementarlo
Es recomedable para aplicaciones intensas de entrada salidas y lectura escritura , tal como procesamiento de transacciones }
Raid 6 Independent Disk Array
Sistemas independientes de disco con integracion de codigo de error mendiante una doble paridad .
Raid 6 es esencialmete una extensión del RAID 5 , para ello guarda , una segunda paridad .Este nivel proporciona muy buena integridad de lso datos y repara diversos errores en los discos .El nivel 6 de Raid añade un nivel mas de disco , resultando una organización con dos dimensiones de disco y una tercera que corresponde a los sectores de los discos la ventaja de este nivel consiste que no solamente se puede recuperar un error de entre dos discos , sino que es posible recuperar muchos errores de 3 discos .La oparcion de escritura es difícil debido a la necesidad de sincronizar todas las dimensiones .
Ventajas
- Podemos recuperar diversos errores simultaneamiente
- Nivel de integridad muy elevado solucion perfecta para aplicaciones criticas
Inconvenientes
- El rendimiento emn escritura de datos es bastante lento .
- No se dsicpone de muchas implementaciones comerciales en el nivel de Raid 6
Raid 10
La información se distribuyen en bloques como el Raid 0 y adicionalmente , cada disco se duplica como raid 1 , creando un segundo nivel de arreglo se conoce como “Striping de arreglos duplicados ” . Se requieren , dos canales , dos discos para cada canal y se utilizan el 50 % de la capacidad para información de control
Ventajas
- Este nivel ofrece un 100 % de redundancia de la información y un soporte para grandes volúmenes de datos , donde el precio no es un factor importante .
Ambientes donde implementarlo
Ideal para sistemas de emisión critica , donde se requiera mayor confiabilidad de la información , ya que pueden fallar dos discos inclusive (uno por cada canal) y los datos todavía se mantienen en linea .Es apropiado tambien en escritura aleatorias pequenas .
Raid 30
Es ideal para aplicaciones no interactiva , tal como señales de grafico e imágenes .Se conoce tambien como Striping de arreglos de paridad dedicada .La información es distribuidad atravez de los discos , como en Raid 0 y utiliza paridad dedicada , como Raid 3 , en un segundo canal , requiere minimo 6 discos.
Ventajas
Proporciona una alta confiabilidad igual que el Raid 10 ya que tambien es capaz de tolerar dos fallas físicas en canales diferentes , manteniendo la información disponible
Ambientes donde implementarlo :
Raid 30 es mejor para aplicaciones no interactivas , tal como señales de video , graficos , que procesan secuencialmete grandes archivos y requieren alta velocidad y disponibilidad
Raid 50
Esta diseñado apar aplicaciones que requieren un almecenamiento altamente confiable una elevada tasa de lectura y un buen rendimiento en la transferencia de datos con un nivel de Raid 50 , la información se freparte en lso discos y se usa parida distribuidad , po eso se conoce como Striping de arreglo de paridad distribuidas .Se requiere minimo 6 discos
Ventajas
-Se logra confiabilidad de la información , un buen rendimiento en gral , y ademas soporta grandes volúmenes de datos. Igualmente si dos discos sufren fallas físicas en difirentes canales , la información no se pierde .
Ambientes donde implementarlo
Raid 50 es ideal para aplicaiones que requieran un almacenamiento altamente confiable , una elevada tasa de lectura , y un buen rendimiento en la transferencia de datos .A este nivel se encuentran aplicaciones de oficina con muchos usuarios accediendo apequeños archivos , al igual que procesamiento de transacciones .
Como seleccionar un disco RAID
El seleccionar un disco raid puede ser una dura tarea , ya que no existen criterios establecidos , para saber , cual es la mejor solucion . Una equivacion bastante común es juntar todos los discos Raid en el mismo nivel , porlo que debe,mos elegir una solucion correcta para el grupo comleto de disco , no metiendo todos en el mismo nivel sino estructurando los discos deopendiendo de las necesidades en seguruidad e integridad de los datos .
Para seleccionar un disco Raid en primer lugar tenemos que conocer nuestra necesidades , o saber los tipos de aplicaciones que se emplean .Podemos separa las aplicaciones en dos tipo:
-Aplicaciones de demanda :
Podriamos seleccionar el Raid 5 ya que ofrece una alta velocidad de demanda , tanto en escrituras como lecturas .
-Apliaciones de Transferencias :
La mejor opcion pasaria por Raid 3 ya que ofrece una alta velocidad de tranferencia para gráficos e imágenes y aplicaciones en gral en las que necesitamos gran transferencia de datos .
Ademas del tipo de aplicación , abremos de tener en cuanta los factores que nos guiaran a octar por la elección de un Raid u otro como son :
-Integridad y costo :
normalmente llegaremos a una solucion Raid que asegure la integridad de los datos del disco , ya que de esta manera tendremos preservados , nuestros datos sobre posibles errores del disco .El Raid 0 es el unico nivel que no proporciona integridad .
-Costo :
El costo vendra marcado por nuesto poder adquisitivo sera uno de los factores mas importantes a la hora de seleccionar nuestro disco .No solo tenemos que pensar en la integridad de los datos , sino en cuando se estropee un disco tenemos que apagar el sistema . A para ello existe varios dispositivos como Hot Swap , Hot Spare , Duplex Controler , Redundant Power Supplies .
La siguiente tabla muestra las opciones mas acertadas , a la hora de elegir el nivel Raid que mejor se adapte a nuestra necesidades teniendo en cuenta todos estos factores :
Maximas y minimas cantidades de Hd que se pueden ordenar para los diferentes niveles de RAID.
Acrónimos
RAID Redundant Array of independent Disks
SLED Single Large Expensive Disk
HD Hard Disk
MTBDL Mean Time before Data Loss
MTBF Mean Time Between failures
DSA Data Striping Without Parity
MDA Mirrored Disk Array
PDA Parallel Disk Array
IDA Independient Disk Array
Glosario:
Duplex controler: Controladora doble. Son controladoras de disco que pueden trabajar de modo simple o de forma doble, para que la carga de la controladora sea distribuida y más eficaz.
Hot swap: Son discos que se reemplazan en caliente. Esto quiere decir que si alguno de los discos RAID se estropeara físicamente bastaría con quitarlo y poner otro sin tener que apagar el sistema.
Hot spare: Disco sobrante. Es un disco que permanece siempre en el sistema esperando a que uno se estropee y entre directamente en funcionamiento.
Integridad de los datos: Es la capacidad que tiene un disco de aguantar un error de grabación de corrupción o perdida de datos. Para tal efecto se tiene que seleccionar un disco RAID o alguna alternativa. El nivel de integridad es uno de los primeros criterios que ser han de investigar.
Mirroring: Haciendo espejo. Es un nivel de RAID (el nivel 1) que pasa por hacer una copia integra de un disco en otro.
Paridad: Es una información redundante que es guardada para regenerar datos perdidos por un error en el disco. La paridad se genera haciendo XOR sobre los datos de los discos y guardándolo en otro disco o en un disco dedicado a ese efecto, esto dependerá del nivel de RAID que usemos.
Reconstrucción o regeneración: Cuando un disco falla la información redundante en los discos y los datos en los discos buenos son usados para regenerar la información del disco averiado.
Redundat Power Supplies: Fuente de alimentación redundante. El sistema consta de dos fuentes de alimentación. Si uno se estropea se pone en marcha, pudiéndose cambiar la estropeada en caliente.
Sistemas Basados en Velocidad de Demanda: Son aquellos en que se requieren un gran numero de demandas de E/S en el menor tiempo posible. Una alta velocidad de demanda es típica en sistemas multiusuario o en aplicaciones de bases de datos en las que se generan un gran numero de pequeñas demandas de E/S. En este caso cada disco del conjunto puede procesar una demanda simultáneamente.
Sistemas Basados en Velocidad de Transferencia: Son aquellos que intentan satisfacer una sola demanda con la máxima velocidad. Un claro ejemplo son las aplicaciones de ingeniería científicas imágenes, etc.
En estos sistemas el tamaño de la demanda es mucho más grande que en los sistemas basados en velocidad de demanda, para el que emplea todos los discos del conjunto en paralelo para satisfacer una mayor demanda en el mínimo tiempo posible.
Striping: Es el acto de unir dos o más discos físicos en un solo disco lógico con el fin de dividir los datos entre los diferentes discos para ofrecer una significativa mejora en el rendimiento del conjunto de los discos.