Tổng quan về RAID

    RAID là một công nghệ được sử dụng để nâng cao hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống lưu trữ dữ liệu. Một hệ thống RAID bao gồm hai hoặc nhiều ổ đĩa hoạt động song song, có thể là ổ cứng (HDD) hoặc ổ SSD (ổ đĩa thể rắn). RAID có thể được phân loại thành SoftRAID và HardRAID. Trong SoftRAID, kiến trúc bộ nhớ được quản lý bởi hệ điều hành. Trong HardRAID, có một bộ điều khiển và bộ xử lý chuyên dụng bên trong ổ đĩa để quản lý bộ nhớ.

Các cấp độ RAID

Các cấp độ RAID bao gồm các cấp độ RAID cơ bản (0, 1, 5 và 6) và các cấp độ RAID phân dải (10, 50 và 60). Các mảng RAID phân dải kết hợp hai hoặc nhiều mảng RAID cơ bản để mang lại hiệu suất, dung lượng và tính sẵn sàng cao hơn bằng cách khắc phục giới hạn về số lượng ổ đĩa tối đa mà mỗi mảng có thể hỗ trợ trên một bộ điều khiển RAID cụ thể.

RAID 0

RAID 0 dựa trên cơ chế phân chia dữ liệu (striping), trong đó luồng dữ liệu được chia thành nhiều đoạn hoặc khối, với mỗi khối được lưu trữ trên một đĩa khác nhau. Do đó, khi hệ thống cần đọc dữ liệu, nó có thể đồng thời đọc dữ liệu từ tất cả các đĩa và kết hợp chúng lại để tái tạo toàn bộ luồng dữ liệu. Ưu điểm của phương pháp này là các thao tác đọc/ghi diễn ra nhanh hơn đáng kể, khiến nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho các tình huống mà hiệu suất được ưu tiên hơn các yếu tố khác. Ngoài ra, tổng dung lượng của toàn bộ khối lượng là tổng dung lượng của tất cả các đĩa riêng lẻ.

Striping là gì? Dữ liệu được chia nhỏ và phân bổ đều trên nhiều đĩa, giúp tránh tình trạng quá tải trên bất kỳ đĩa nào. Dữ liệu có thể được truy xuất đồng thời từ nhiều đĩa, từ đó nâng cao tốc độ và hiệu suất.

Ưu điểm

• Dữ liệu được phân tán trên nhiều ổ đĩa

• Dung lượng đĩa đã được sử dụng hết

• Cần có ít nhất 2 ổ đĩa

• Hiệu suất cao

Nhược điểm

• Không hỗ trợ dự phòng dữ liệu

• Không hỗ trợ khả năng chịu lỗi

• Không có cơ chế phát hiện lỗi

• Nếu bất kỳ đĩa cứng nào bị hỏng, dữ liệu trong mảng tương ứng sẽ bị mất hoàn toàn

RAID 1

RAID 1 áp dụng nguyên lý sao chép dữ liệu, trong đó dữ liệu được sao chép hoặc nhân bản lên một bộ đĩa cứng giống hệt nhau để trong trường hợp một đĩa bị hỏng, đĩa khác có thể được sử dụng thay thế. Hệ thống này cũng giúp cải thiện hiệu suất đọc vì các khối dữ liệu khác nhau có thể được truy cập đồng thời từ tất cả các đĩa.

Tuy nhiên, khác với RAID 0, hiệu suất ghi bị giảm do tất cả các ổ đĩa đều phải được cập nhật mỗi khi có dữ liệu mới được ghi vào. Một nhược điểm khác là việc sao chép dữ liệu gây lãng phí dung lượng, từ đó làm tăng chi phí lưu trữ.

Sao chép dữ liệu là gì? Sao chép dữ liệu trên nhiều đĩa có nghĩa là các bản sao của dữ liệu được lưu trữ trên các thiết bị lưu trữ khác nhau, điều này cũng giúp tăng cường tính dự phòng và hiệu suất.

RAID 1 là loại RAID được sử dụng phổ biến nhất, được thiết kế để tăng cường tính bảo mật cho dữ liệu được lưu trữ. Ví dụ, khi một tệp tin được ghi và lưu vào một ổ cứng, nó sẽ tự động được sao lưu vào ổ cứng thứ 2, thứ 3 hoặc các ổ đĩa khác. Điều này có nghĩa là hệ thống cung cấp khả năng dự phòng hoàn toàn, tức là nếu một ổ đĩa bị hỏng, ổ đĩa thứ hai sẽ sẵn sàng đảm nhận nhiệm vụ.

Ưu điểm

·Thực hiện sao chép dữ liệu, trong đó cùng một dữ liệu từ một ổ đĩa được ghi sang một ổ đĩa khác để đảm bảo tính dự phòng.

• Tốc độ đọc cao, vì có thể sử dụng bất kỳ ổ đĩa nào nếu một ổ đĩa đang bận

• Mảng vẫn hoạt động bình thường ngay cả khi có ổ đĩa nào đó bị hỏng

• Cần có ít nhất 2 ổ đĩa

Nhược điểm

• Chi phí cao hơn (mỗi ổ đĩa cần thêm một ổ đĩa khác để tạo bản sao)

• Hiệu suất ghi chậm hơn do phải cập nhật tất cả các ổ đĩa

RAID 5

RAID 5 yêu cầu ít nhất ba ổ đĩa và, giống như RAID 0, phân chia dữ liệu trên nhiều ổ đĩa, nhưng còn có thêm thông tin 'parity' được phân bổ trên các ổ đĩa. Trong trường hợp một ổ đĩa bị hỏng, thông tin parity được lưu trữ trên các ổ đĩa còn lại sẽ được sử dụng để phục hồi dữ liệu. Thời gian ngừng hoạt động là bằng không. Tốc độ đọc rất nhanh, nhưng tốc độ ghi chậm hơn một chút do cần tính toán parity. RAID 5 lý tưởng cho các máy chủ tệp và ứng dụng có số lượng ổ đĩa dữ liệu hạn chế.

RAID 5 mất 33% dung lượng lưu trữ (khi sử dụng ba ổ đĩa) do cơ chế kiểm tra chẵn lẻ, nhưng đây vẫn là giải pháp tiết kiệm chi phí hơn so với RAID 1. Cấu hình RAID 5 phổ biến nhất sử dụng bốn ổ đĩa, giúp giảm mức mất dung lượng lưu trữ xuống còn 25%. Hệ thống này có thể hoạt động với tối đa 16 ổ đĩa.

RAID 5 còn được gọi là phương pháp phân chia dữ liệu kết hợp kiểm tra chẵn lẻ phân tán:

Ưu điểm

·Phân chia khối với kiểm tra chẵn lẻ phân tán

·Dữ liệu được phân bổ đều trên các đĩa trong mảng

·Hiệu suất cao

·Hiệu quả về chi phí

·Yêu cầu ít nhất 3 ổ đĩa

Nhược điểm

• Quá trình khôi phục có thể mất nhiều thời gian hơn trong trường hợp ổ đĩa bị hỏng, vì phải tính toán mã kiểm tra từ tất cả các ổ đĩa còn hoạt động

• Không thể chịu được tình trạng nhiều ổ đĩa bị hỏng cùng lúc

RAID 6

RAID 6 sử dụng các khối kiểm tra chẵn lẻ kép để đạt được độ dư thừa dữ liệu cao hơn so với RAID 5, từ đó nâng cao khả năng chịu lỗi lên đến hai ổ đĩa bị hỏng trong mảng. Mỗi ổ đĩa có hai khối kiểm tra chẵn lẻ, được lưu trữ trên các ổ đĩa khác nhau trong mảng. RAID 6 là một cơ sở hạ tầng rất thiết thực để duy trì các hệ thống có tính sẵn sàng cao.

RAID 6 là một lựa chọn phù hợp cho các máy chủ web thông thường, nơi phần lớn các giao dịch là các thao tác đọc, nhưng không được khuyến nghị cho các môi trường ghi dữ liệu như máy chủ cơ sở dữ liệu.

RAID 6 còn được gọi là phương pháp phân chia dữ liệu với kiểm tra chẵn lẻ phân tán kép:

Ưu điểm

·Tách dữ liệu theo khối với kiểm tra chẵn lẻ phân tán DUAL

·Tạo 2 khối kiểm tra tính toàn vẹn

·Có thể chịu được 2 sự cố ổ đĩa xảy ra đồng thời trong mảng

·Khả năng chịu lỗi và dự phòng bổ sung

·Yêu cầu ít nhất 4 ổ đĩa

Nhược điểm

• Chi phí có thể là một yếu tố

• Việc ghi dữ liệu mất nhiều thời gian hơn do sử dụng kiểm tra chẵn lẻ kép

RAID 10 (RAID 1+0)

RAID 10 kết hợp RAID 1 và RAID 0 theo thứ tự ngược lại. Nó đôi khi được gọi là RAID "lồng nhau" hoặc "lai", mang lại những ưu điểm tốt nhất của cả hai với hiệu suất nhanh của RAID 0 và tính dự phòng của RAID 1. Trong cấu hình này, nhiều khối RAID 1 được kết nối với nhau để hoạt động giống như RAID 0. Cấu hình này được sử dụng khi cần cả hiệu suất đĩa cao (cao hơn RAID 5 hoặc 6) và tính dự phòng.

Ưu điểm

·Không có tính đối xứng

·Thực hiện phân chia dữ liệu theo RAID 0 và sao lưu gương theo RAID 1

·Việc tạo vạch sọc được thực hiện trước khi phản chiếu

·Dung lượng khả dụng là n/2 * dung lượng đĩa (n = số lượng đĩa)

·Số lượng ổ đĩa cần thiết phải là bội số của 2

·Hiệu suất cao khi phân vùng dữ liệu

Nhược điểm

• Chi phí cao, vì mỗi ổ đĩa đều cần thêm một ổ đĩa khác

• 100% dung lượng đĩa không được sử dụng, vì một nửa được dùng để sao lưu

• Khả năng mở rộng rất hạn chế

RAID 50

RAID 50 bao gồm hai hoặc nhiều mảng RAID 5, tạo thành một mảng phân dải tương tự như RAID 0. So với việc cấu hình cùng số lượng mảng RAID 5, RAID 50 mang lại hiệu suất truy cập cao hơn và khả năng bảo vệ dữ liệu mạnh mẽ hơn. Một mảng tương đương với RAID 5 được gọi là “tập con” hoặc “mảng con”, và có thể cấu hình ba hoặc nhiều tập con.

RAID 50 có thể được triển khai trên các máy chủ và mảng lưu trữ để chạy nhiều ứng dụng khác nhau, chẳng hạn như máy chủ tệp, máy chủ cơ sở dữ liệu, lưu trữ và sao lưu máy ảo, chỉnh sửa video, kết xuất hoạt hình 3D, v.v.

RAID 50 còn được gọi là chế độ phân chia dải với kiểm tra chẵn lẻ phân tán:

Ưu điểm

·Giảm thời gian tái tạo

·Nâng cao hiệu suất dự phòng

·Nâng cao hiệu suất truy cập

Nhược điểm

·Yêu cầu hơn 6 ổ đĩa

·Làm giảm hiệu quả lắp đặt

·Khả năng dự phòng hạn chế

RAID 60

RAID 60 (đôi khi được gọi là RAID 6+0) kết hợp nhiều mảng RAID 6 (phân chia dữ liệu với kiểm tra chẵn lẻ kép) với RAID 0 (phân chia dữ liệu). Cơ chế kiểm tra chẵn lẻ kép cho phép hai ổ đĩa bị hỏng trong mỗi mảng RAID 6, trong khi việc phân chia dữ liệu giúp tăng dung lượng và hiệu suất mà không cần thêm ổ đĩa vào mỗi mảng RAID 6.

Giống như RAID 50, cấu hình RAID 60 có thể hỗ trợ 8 ổ đĩa trở lên, nhưng chỉ phù hợp với các cấu hình có 16 ổ đĩa trở lên. Dung lượng sử dụng được của RAID 60 dao động từ 50% đến 88%, tùy thuộc vào số lượng ổ đĩa dữ liệu trong nhóm RAID.

Xin lưu ý rằng tất cả các cấu hình nhiều nhánh nêu trên dành cho RAID 10 và RAID 50 cũng có thể áp dụng cho RAID 60. Ví dụ: với 36 ổ đĩa, bạn có thể thiết lập một mảng RAID 60 với mỗi nhánh chứa 18 ổ đĩa, hoặc một mảng RAID 60 gồm ba nhánh, mỗi nhánh chứa 12 ổ đĩa.

RAID 60 tương tự như RAID 50 nhưng cung cấp khả năng dự phòng cao hơn, khiến nó phù hợp với các máy chủ có dung lượng cực lớn, đặc biệt là những máy chủ không sao lưu dữ liệu (ví dụ: máy chủ giám sát video xử lý số lượng lớn camera).

RAID 60 còn được gọi là phân vùng theo dải với tính chẵn lẻ phân tán kép:

Ưu điểm

·Mỗi mảng RAID 6 trong nhóm có thể chịu được sự cố hỏng hóc của hai ổ đĩa, nhờ đó đảm bảo độ an toàn cao.

·Có dung lượng rất lớn và hiệu quả về chi phí, vì mức RAID này thường chỉ được sử dụng khi có số lượng ổ đĩa lớn.

Nhược điểm

• Cần một số lượng lớn ổ đĩa

• Đắt hơn RAID 50 một chút do phải sử dụng thêm ổ đĩa để tính toán parity

So sánh các cấp độ RAID

Việc lựa chọn các cấp độ RAID phụ thuộc vào các yếu tố sau:

• Hiệu suất đọc

• Hiệu suất ghi

• Khả năng chịu lỗi

• Suy giảm hiệu suất mảng (đối với các cấp độ RAID chịu lỗi)

• Dung lượng lưu trữ thực tế