Cos'è il RAID? Svelati i pro e i contro di 15 configurazioni RAID!

Con la crescente quantità di dati, lo spazio di archiviazione è fondamentale. Oggi, i videogiochi AAA possono richiedere centinaia di gigabyte di spazio, mentre un film Blu-ray 4K HD può raggiungere i 70/80 gigabyte. Persino le immagini e i video HDR che scattiamo con i nostri cellulari occupano molto spazio.

Solitamente acquistiamo un disco rigido quando lo spazio di archiviazione a nostra disposizione è insufficiente. Tuttavia, potremmo trovarci di fronte al problema delle partizioni del disco rigido quando disponiamo di più di un disco rigido. Per i dati importanti, potrebbe essere necessario eseguire manualmente il backup dei file su un altro disco rigido per aumentarne la sicurezza.

Come possiamo quindi sfruttare al meglio più dischi rigidi? L'utilizzo del RAID ci permette di utilizzare più dischi rigidi per aumentare la capacità di archiviazione e la sicurezza dei dati.

Che cos'è il RAID?

Proposto dal Prof. D.A. Nel 1988, Patterson di Berkeley, California, definì RAID (Redundant Array of Cheapest Disks), ovvero array ridondante di dischi economici.

RAID è la combinazione di più dischi indipendenti in un gruppo di dischi di grande capacità, utilizzando i singoli dischi per fornire dati generati dall'effetto additivo per migliorare le prestazioni dell'intero sistema di dischi e memorizzando dati ridondanti per aumentarne la tolleranza ai guasti.

In sintesi, offre numerosi vantaggi in quanto combina più dischi rigidi indipendenti in un gruppo di dischi rigidi ad alta capacità per aumentare significativamente le velocità di lettura e scrittura, offrendo al contempo funzionalità di protezione dei dati.

Il RAID presenta diversi livelli e varianti, tra cui RAID 0, RAID 1, RAID 2, RAID 3, RAID 4, RAID 5, RAID 6, RAID F1, RAIDZ, JBOD, SHR, SHR2 e RAID ibrido.

Zucchero da www.ufsexplorer.com

Tipi di RAID (Configurazioni RAID fisiche)

I sistemi RAID possono essere suddivisi in due tipologie principali: RAID hardware e RAID software.

RAID hardware

Il RAID hardware si presenta in due forme. Un box RAID esterno è particolarmente costoso e viene solitamente utilizzato per lo storage aziendale. Un'altra forma consiste nell'aggiungere una scheda controller RAID al computer.

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Le schede controller RAID offrono velocità superiori e maggiore stabilità grazie alla cache integrata, che può migliorare le velocità di lettura e scrittura. La stabilità è migliorata grazie alla presenza di batterie nelle schede controller di qualità. La batteria della scheda controller garantisce che i dati vengano scritti sul disco rigido prima che si scarichi, assicurando così la sicurezza dei dati. Le nuove schede controller sono più costose rispetto a quelle vecchie, ma sono adatte a chi ha un budget limitato.

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Nonostante i numerosi vantaggi del RAID hardware, un potenziale problema da evitare è rappresentato dalla funzionalità RAID integrata nella scheda madre. Questo perché l'array potrebbe andare perso in caso di problemi alla scheda madre, come un overclock fallito o una batteria scarica. Il RAID integrato nella scheda madre non è minimamente paragonabile al secondo tipo di RAID: il RAID software.

RAID software

Il RAID software è l'utilizzo di un software per simulare un array RAID. Le prime versioni di RAID non erano molto stabili e la loro velocità non era paragonabile a quella del RAID hardware. Tuttavia, grazie alla continua ottimizzazione della tecnologia, il divario prestazionale tra RAID software e RAID hardware si è ridotto notevolmente. Il RAID software è una scelta comune in molti dispositivi NAS per uso domestico. Clicca per saperne di più: Che cos'è un sistema di archiviazione NAS??

Livelli RAID

Il livello RAID parte da 0 e arriva fino a 7. Iniziamo con RAID 0. Immaginate i dischi rigidi come dei secchi e le operazioni di lettura/scrittura come il processo di riempimento di questi secchi con acqua. Questa analogia rende più facile comprendere il RAID.

Cos'è RAID 0?

Brevi informazioni su RAID 0
Vantaggi: Velocità di lettura/scrittura elevate (nessuna velocità di lettura/scrittura casuale); utilizza tutto lo spazio del disco rigido
Svantaggi: Nessuna protezione dei dati
Mancia: RAID 0 non può essere utilizzato per archiviare dati importanti

La velocità di lettura/scrittura è limitata dall'interfaccia del disco rigido quando è presente un solo disco rigido, in modo simile a come la dimensione di un secchio limita la velocità con cui si riempie d'acqua. Se si riempiono entrambi i secchi contemporaneamente, la velocità di lettura/scrittura raddoppia rispetto a quella ottenibile con un singolo disco rigido. Questo è il livello di archiviazione RAID 0.

RAID 0 combina due o più dischi per formare un unico grande disco logico con una capacità totale equivalente alla somma delle capacità di tutti i dischi rigidi. Quando i dati vengono scritti, vengono segmentati e memorizzati su dischi separati, consentendo a più dischi di gestire simultaneamente operazioni di lettura e scrittura.

Nonostante offra la massima velocità e la maggiore capacità, il RAID 0 presenta un grave svantaggio. La sua elevata velocità si traduce in una mancanza di ridondanza e tolleranza ai guasti. Tutti i dati andranno persi e non saranno recuperabili in caso di danneggiamento di uno dei dischi rigidi dell'array. Poiché i dati sono memorizzati in segmenti, il danneggiamento di uno qualsiasi dei dischi rigidi comporterà un recupero dati incompleto. Pertanto, si sconsiglia l'utilizzo del RAID 0 per l'archiviazione di dati importanti.

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Cos'è RAID 1?

Brevi informazioni su RAID 1
Vantaggi: Massima sicurezza, nessuna perdita di dati anche in caso di danneggiamento di uno dei dischi.
Svantaggi: Basso utilizzo del disco, nessun aumento della velocità di scrittura.

Quale tipo di RAID è adatto per l'archiviazione di dati importanti? RAID 1 è il sistema più sicuro, in quanto utilizza due dischi rigidi che si replicano a vicenda per memorizzare gli stessi dati su entrambi i dischi. È possibile leggere tutti i dati a condizione che nessuno dei dischi rigidi dell'array sia danneggiato. RAID 1 offre la stessa velocità di lettura di RAID 0, ma quest'ultima può aumentare se si utilizzano più dischi rigidi. Tuttavia, la velocità di scrittura rimane invariata rispetto a un singolo disco rigido e non può essere incrementata.

Un disco rigido danneggiato in una configurazione RAID 1 può essere scollegato e l'array ripristinerà automaticamente i dati sul disco rigido appena inserito, un processo noto come ricostruzione dell'array.

Il problema del RAID 1 è il rapporto prezzo-prestazioni relativamente basso.. Anche utilizzando 100 dischi rigidi in configurazione RAID 1, la capacità finale corrisponderà solo alla capacità di un singolo disco. Se la dimensione di ciascun disco rigido è diversa, la capacità finale sarà calcolata in base alla capacità del disco rigido di dimensioni inferiori. Il tasso di utilizzo complessivo del RAID 1 è il più basso tra tutti i livelli RAID. RAID 0 e RAID 1 possono essere considerati due estremi: RAID 0 offre velocità elevatissime, mentre RAID 1 è estremamente sicuro.

Se desideri aumentare la capacità e la sicurezza, ma la velocità non è una priorità, puoi valutare le configurazioni RAID 2, 3, 4, 5 o 6.

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RAID 2/RAID 3/RAID 4 (Livelli RAID usati raramente)

I RAID 2, 3 e 4 sono stati progettati per applicazioni specifiche, ma sono usati raramente e molte schede controller non supportano questi livelli a causa di diverse limitazioni.

Cos'è RAID 2?

Il RAID 2 richiede almeno tre dischi rigidi. Durante le operazioni di lettura e scrittura, è necessario codificare i dati in tempo reale e scrivere i dati segmentati su dischi rigidi diversi. La quantità totale di dati ottenuti sarà maggiore rispetto ai dati originali. Inoltre, il RAID 2 richiede il calcolo del checksum dei dati in tempo reale durante le operazioni di lettura/scrittura. Il sovraccarico hardware è maggiore poiché l'algoritmo di checksum utilizzato è più complesso.

Cos'è RAID 3?

Il RAID 3 richiede almeno tre dischi rigidi e presenta un overhead hardware relativamente basso grazie ad algoritmi più semplici. Durante le operazioni di lettura e scrittura, i dati vengono scritti su diversi dischi rigidi in segmenti, mentre i checksum vengono memorizzati separatamente su un altro disco rigido. Tuttavia, è necessario accedere al checksum di un disco per ogni operazione di lettura e scrittura, poiché si danneggia facilmente sotto un carico elevato e prolungato. I dati non possono essere recuperati se il checksum di un disco è danneggiato.

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Cos'è RAID 4?

RAID 4 è simile a RAID 3, ma i dati vengono segmentati in modo diverso. RAID 4 memorizza anche i dati di parità su un disco rigido separato. A differenza di RAID 3, RAID 4 segmenta i dati in blocchi, la cui dimensione è determinata dal sistema ed è solitamente molto maggiore di un bit. Pertanto, la scrittura di file di piccole dimensioni sarà più veloce in RAID 4 rispetto a RAID 3. Tuttavia, la probabilità di recupero dei dati da un disco danneggiato senza checksum è inferiore rispetto a RAID 3. Né RAID 3 né RAID 4 sono in grado di recuperare i dati quando il checksum di un disco è danneggiato.

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Cos'è il RAID 5 (ampiamente utilizzato)?

RAID 5 è simile a RAID 3, con la differenza che RAID 3 memorizza i dati di parità su un singolo disco rigido, mentre RAID 5 li distribuisce su più dischi rigidi. I dati presenti sugli altri dischi rigidi e il checksum possono quindi collaborare per il ripristino dei dati in caso di danneggiamento di un disco, a differenza di RAID 3, dove un checksum corrotto può causare il malfunzionamento dell'intero array.

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Il RAID 5 richiede almeno tre dischi rigidi. Un terzo dello spazio viene utilizzato per memorizzare informazioni ridondanti, o checksum, mentre i restanti due terzi sono dedicati ai dati grezzi. La velocità di lettura del RAID 5 è simile a quella del RAID 0, ma la velocità di scrittura potrebbe non essere altrettanto elevata. Tuttavia, i dati e i checksum presenti sugli altri dischi rigidi possono essere utilizzati per un recupero completo dei dati anche in caso di danneggiamento di uno dei dischi dell'array, poiché un terzo dello spazio è dedicato alla memorizzazione dei checksum. Pertanto, il RAID 5 è più sicuro del RAID 0.

In un ambiente aziendale, File Server considera spesso RAID 5 come un'opzione per il suo sistema di archiviazione. Server di file È il repository centrale per tutti i file condivisi dell'azienda, come documenti aziendali, report finanziari e file di progetto. Deve garantire che questi file siano accessibili ai dipendenti autorizzati in qualsiasi momento. La capacità del RAID 5 di ripristinarsi in caso di guasto di un singolo disco lo rende una scelta interessante per un File Server. Quando un disco rigido si guasta nell'array RAID 5 del File Server, il server può continuare a funzionare e fornire accesso alla maggior parte dei file mentre l'array viene ricostruito.

RAID 5 offre una maggiore sicurezza, ma presenta anche degli svantaggi. Innanzitutto, è molto improbabile che un disco rigido meccanico incontri un errore di lettura irreversibile (URE) durante la lettura dei dati, evento che può verificarsi una volta ogni 12 TB di dati. È sufficiente un solo errore URE perché RAID 5 rilevi un problema con i dati e avvii la ricostruzione dell'array.

Ricostruzioni multiple possono causare un funzionamento prolungato e un carico elevato dei dischi rigidi. Se i dischi sono stati acquistati contemporaneamente e uno di essi si guasta, anche lo stato degli altri dischi potrebbe diventare instabile, provocando ulteriori danni.

Poiché RAID 5 consente il danneggiamento di un solo disco rigido, i dati non verranno salvati se un altro disco rigido viene danneggiato durante il processo di ricostruzione. L'utilizzo di RAID 5 è sconsigliato, in quanto presenta una bassa percentuale di successo nella ricostruzione degli array e una sicurezza inferiore rispetto a RAID 6.

I livelli RAID sono un fattore essenziale nella scelta di una soluzione di archiviazione. Per i dispositivi NAS, sia che si tratti di una configurazione a 2 o 4 alloggiamenti, è necessario considerare la configurazione RAID appropriata. Comprendere questi fattori chiave ti aiuterà a prendere una decisione informata. Esplora i dettagli di Opzioni di storage NAS a 2 e 4 alloggiamenti.

Cos'è RAID F1 (meno comune)?

RAID F1 ha una configurazione di array basata su RAID 5 ed è progettato per unità a stato solido (SSD). Ottimizzato per ridurre l'usura da scrittura delle SSD, RAID F1 memorizza i checksum in una SSD per minimizzare il numero di scritture sulle altre SSD. Il sistema supporta il trasferimento automatico dei dati quando l'SSD si avvicina al suo limite di scrittura. Tuttavia, RAID F1 non è generalmente accessibile al pubblico a causa degli elevati prezzi delle SSD.

Cos'è il RAID 6 (ampiamente utilizzato)?

RAID 6 e RAID 5 sono due livelli RAID comuni. Rispetto al RAID 5, il RAID 6 aggiunge spazio ridondante su disco rigido per i dati di parità e richiede almeno quattro dischi rigidi.

RAID 6 offre un'elevata sicurezza dei dati grazie all'utilizzo di due diversi algoritmi di checksum, garantendo il recupero completo dei dati anche in caso di danneggiamento di due dischi rigidi. Al contrario, RAID 5 è meno sicuro. Tuttavia, il numero di checksum in RAID 6 è il doppio rispetto a RAID 5, poiché il primo utilizza due algoritmi di checksum che richiedono una maggiore potenza di calcolo. Ciò significa che RAID 6 non può raggiungere la stessa velocità di lettura e scrittura di RAID 5.

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RAID ibrido

Se non siete soddisfatti dei livelli RAID da 0 a 6 e volete sapere se esistono tipi di RAID che combinano i vantaggi di tutti i livelli, continuate a leggere per saperne di più sul RAID ibrido.

RAID 10

RAID 10 è la configurazione RAID ibrida più diffusa. Combinando le modalità RAID 1 e RAID 0, RAID 10 garantisce la sicurezza dei dati e aumenta notevolmente le velocità di lettura e scrittura, ma la capacità disponibile è solo la metà della sua capacità totale.

Il RAID 10 richiede almeno quattro dischi rigidi, due dei quali verranno utilizzati per formare il RAID 1 e altri due per formare il RAID 0.

RAID 50 e RAID 60

Oltre al RAID 10, esistono anche gli array RAID 50 e RAID 60. Il RAID 50 è una combinazione di RAID 5 e RAID 0, che utilizza il RAID 5 per archiviare dati e informazioni di parità su più dischi rigidi, e combina questi dischi rigidi per formare un ampio spazio di archiviazione a strisce utilizzando il RAID 0, aumentando così la capacità di archiviazione e le prestazioni di lettura/scrittura. Il RAID 60 è una combinazione di RAID 6 e RAID 0 e adotta un approccio simile per aumentare la capacità di archiviazione e le prestazioni di lettura/scrittura, offrendo al contempo una migliore ridondanza e sicurezza dei dati.

JBOD (Non comune)

JBOD, acronimo di "Just a Bunch of Disks" (solo un insieme di dischi), utilizza uno speciale modello di archiviazione dati. In JBOD, i dati vengono memorizzati in sequenza sui dischi, a partire dal primo. Nel sistema è visibile un'unica grande partizione che contiene la capacità di tutti i dischi rigidi. Tuttavia, i dati risulteranno inaccessibili se uno qualsiasi dei dischi rigidi si guasta. Ancor peggio, l'intero array smetterà di funzionare se il primo disco rigido si danneggia, poiché è l'unica posizione di archiviazione per la segmentazione dei dati.

Il vantaggio di JBOD è che tratta più dischi rigidi come un'unica unità, con la capacità totale di ciascun disco disponibile per l'utilizzo. Inoltre, per ogni operazione di scrittura viene utilizzato un solo disco. Ciò significa che gli altri dischi rimangono inattivi durante le operazioni di lettura e scrittura, evitando così danni dovuti a un utilizzo eccessivo. Tuttavia, JBOD presenta degli svantaggi significativi. La sicurezza dei dati è relativamente bassa, poiché il guasto di un qualsiasi disco rigido può comportare la perdita dei dati. In secondo luogo, le velocità di lettura e scrittura non sono ancora migliorate e rimangono le stesse di un singolo disco rigido. Pertanto, JBOD non è consigliato per applicazioni che richiedono un'elevata sicurezza dei dati e prestazioni di lettura/scrittura elevate.

Unraid (Non comune)

Unraid è un sistema operativo basato su Linux, simile a JBOD, che supporta la ridondanza dei dati. In Unraid è possibile configurare uno o due dischi rigidi per la verifica dei dati. Per il ripristino dei dati in caso di guasto di uno o entrambi i dischi rigidi è necessaria una capacità maggiore.

Unraid offre una comoda espansione della capacità, poiché gli utenti devono semplicemente inserire un nuovo disco rigido nel sistema per aumentare lo spazio di archiviazione. Anche se più di un disco rigido si guasta, verranno persi solo i dati presenti sul disco danneggiato. Gli altri dischi dell'array continueranno a funzionare normalmente.

Tuttavia, Unraid presenta due svantaggi principali che ne limitano l'utilizzo. Innanzitutto, è a pagamento, con prezzi che variano da 59 a 129 euro, un costo relativamente contenuto. Analogamente a JBOD, Unraid offre velocità di scrittura inferiori perché l'operazione di checksum aggiuntiva aumenta i tempi di scrittura. Di fatto, le velocità di scrittura di Unraid potrebbero essere persino inferiori a quelle di JBOD, il sistema di array più lento in assoluto.

Tuttavia, Unraid offre un'ampia capacità di archiviazione, il che lo rende ideale per gli utenti che non necessitano di prestazioni elevate.

SHR (Synology Hybrid RAID)

Synology Hybrid RAID (SHR) è una modalità RAID unica, pensata principalmente per gli utenti meno esperti. SHR è in grado di determinare e utilizzare automaticamente la modalità RAID più appropriata in base al numero e alla capacità dei dischi rigidi.

In SHR, la capacità di un disco rigido viene utilizzata per impostazione predefinita per memorizzare i dati di verifica. Se ogni disco rigido ha la stessa capacità e se ne utilizza solo uno, SHR è equivalente a un normale disco rigido senza alcuna protezione dei dati. Quando si utilizzano due dischi rigidi, SHR adotta una modalità simile a RAID 1. SHR è simile a RAID 5 quando si utilizzano tre dischi rigidi. SHR 2 memorizza i checksum su due dischi rigidi e richiede quattro dischi rigidi, in modo simile a RAID 6.

SHR semplifica l'aggiornamento da uno a due array di dischi ridondanti, offrendo maggiore flessibilità rispetto al RAID convenzionale. Tuttavia, il recupero dei dati può essere effettuato solo in GroupHi, poiché SHR è una modalità dedicata a GroupHi. Per il recupero dei dati è necessario un software specializzato, in quanto i dischi rigidi utilizzati in altri computer potrebbero non essere in grado di leggere direttamente i dati. Tuttavia, tale software presenta alcune limitazioni nel recupero dei dati.

RAID Z

RAID Z è un RAID software basato sul sistema ZFS. ZFS è un file system a 128 bit che supporta funzionalità avanzate, tra cui:

• La possibilità di creare spazio di archiviazione su più dischi rigidi
• I file sovrascritti possono ancora essere recuperati.
• Gli snapshot preservano i file di sistema originali tenendo traccia delle modifiche (una potente funzionalità degli snapshot).
• I checksum correggono automaticamente gli errori durante la lettura dei dati.

RAID Z è una delle funzionalità di ZFS che permette di realizzare un RAID senza bisogno di software o hardware aggiuntivi. Esistono tre tipi di RAID Z: RAID Z1, RAID Z2 e RAID Z3.

• RAID Z1: Analogamente al RAID 5, due dischi rigidi vengono utilizzati per l'archiviazione dei dati e un disco viene utilizzato per eseguire un controllo del disco;
• RAID Z2: Analogamente al RAID 6, vengono utilizzati due dischi rigidi per memorizzare i dati e due unità di parità;
• RAID Z3: Offre il massimo livello di sicurezza, con due dischi rigidi per l'archiviazione dei dati e tre unità di parità.

Abbinato alle funzionalità di ZFS, RAID Z rappresenta un'ottima opzione. Tuttavia, RAID Z presenta anche alcuni svantaggi, tra cui l'elevato consumo di memoria. ZFS necessita di molta memoria per la cache: ogni T di spazio dovrebbe corrispondere idealmente a 1 G di memoria, altrimenti le prestazioni ne risentiranno. Si consiglia di iniziare con almeno 8 G. È inoltre fondamentale utilizzare memoria con codice di correzione degli errori (ECD), altrimenti la probabilità di errori nei dati sarà molto bassa.

Il secondo svantaggio è l'espansione della capacità.Se si è configurato un terzo disco rigido in RAID Z1, è necessario aggiungere un ulteriore gruppo di massimo sei dischi rigidi. Questa soluzione non è comoda come RAID 5 e RAID 6, dove è possibile utilizzare un nuovo disco rigido per espandere la capacità.

Considerazioni finali

In questo articolo abbiamo illustrato il concetto di RAID, nonché i vantaggi e gli svantaggi di 15 diversi livelli RAID. Comprendere le caratteristiche dei vari livelli RAID consente agli utenti di scegliere una soluzione di archiviazione adatta alle proprie esigenze e di migliorare la sicurezza e l'affidabilità dei dati.