FACULDADE DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS E VETERINÁRIAS DA UNESP COLÉGIO TÉCNICO AGRÍCOLA JOSÉ BONIFÁCIO CURSO TÉCNICO EM INFORMÁTICA RAID

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1 FACULDADE DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS E VETERINÁRIAS DA UNESP COLÉGIO TÉCNICO AGRÍCOLA JOSÉ BONIFÁCIO CURSO TÉCNICO EM INFORMÁTICA RAID AUTORES: André Barbieri David Leandro Vanderlei da Silva Nícolas Claudio PROFESSOR: Prof. Deivson de Freitas JABOTICABAL 2013

2 ANDRÉ BARBIERI DAVID LEANDRO NÍCOLAS CLAUDIO VANDERLEI DA SILVA RAID Trabalho apresentada ao Prof. Deivson de Freitas Lima, como parte dos requesitos para a aprovação nas disciplinas de Fundamentos de Processamento de Dados, Sistemas Operacionais e Aplicativos. Professor: Deivson de Freitas Lima JABOTICABAL 2013

3 André, David L., Nicolas, Vanderlei. RAID. Trabalho de Fundamentos de Processamento de Dados, Sistemas Operacionais e Aplicativos. Colégio Técnico Agrícola José Bonifácio, Curso de Informática, UNESP Jaboticabal. X páginas Resumo O presente trabalho tem por objetivo mostrar a tecnologia, conhecida como RAID. Essa tecnologia que vem ganhando espaço e aceitação no mercado em organizações de diversos tamanhos, dados as vantagens e desvantagens que podem ser decorrentes da sua utilização. Partindo disso, essa tecnologia dá a possibilidade ao computador de um acesso mais rápido aos disco rígidos e também um nível maior de segurança, na maioria das vezes. No trabalho será demonstrado os diferentes níveis de RAID, suas características e consequentemente, as vantagens e desvantagens de seu uso, mesmo que seja na em uma casa comum ou até uma empresa, que no qual, não se pode perder nenhuma informação. Finalmente, mostrára ao cliente qual o melhor benefício do uso dessa tecnologia, apesar do alto custo de sua implantação.

4 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO HISTÓRIA DIFERENTES NÍVEIS DE RAID BENEFÍCIOS NÍVEIS DE RAID E CARACTERÍSTICAS RAID 0 (Striping) RAID 1 (Mirroring) RAID RAID RAID RAID RAID RAID 01 (0+ 1) RAID 10 (1+0) RAID RAID VANTAGENS E DESVANTAGENS: RAID RAID RAID RAID RAID RAID RAID RAID RAID

5 3.10 RAID RAID ARQUITETURAS IMPLEMENTAÇÃO VIA SOFTWARE (LINUX): IMPLEMENTAÇÃO VIA SOFTWARE (Windows XP): IMPLEMENTAÇÃO VIA HARDWARE (RAID 5): FALSO RAID: CONCLUSÃO REFERÊNCIAS:...26

6 1 1. INTRODUÇÃO Redundant Array of Independent(or Inexpensive) Drives, em português: Conjunto Redundante de Discos Independentes (ou Conjunto Redundante de Discos Econômicos), é uma tecnologia de se criar um modo de armazenamento composto por vários discos individuais (no mínimo 2), com a finalidade de ganhar segurança e desempenho. Popularmente, RAID seriam dois ou mais discos (ex: HDs) trabalhando simultaneamente para um mesmo fim. Apesar do RAID oferecer segurança e confiabilidade na adição de redundância e evitar falhas dos discos, o RAID não protege contra falhas de energia ou erros de operação. Falhas de energia, código errado de núcleo ou erros operacionais podem danificar os dados de forma irrecuperável. Esse trabalho visa explicar os conceitos da tecnologia. A tecnologia RAID, já consolidada e usada há alguns anos, é uma forma bastante eficaz para proteger informações e no caso de empresas, garantir a permanência de seus negócios.

7 HISTÓRIA Em 1987, David A. Patterson, Garth A. Gibson e Randy H. Katz publicaram seu trabalho de pesquisa marco, Um Caso para Conjuntos de Discos Redundante Econômicos (RAID), dando uma ajuda a estabelecer uma indústria RAID moderna. O papel definido níveis de RAID 0, 1, 2, 3, 4 e 5. Hoje, mesmo os níveis mais foram definidos. Mais de duas décadas depois, a tecnologia RAID permanece tão vibrante como sempre DIFERENTES NÍVEIS DE RAID RAID 0: matriz de disco listrado sem tolerância a falhas RAID 1: espelhamento e duplexação RAID 2: código de Hamming ECC RAID 3: transferência paralela com paridade RAID 4: discos independentes de dados com disco de paridade compartilhada RAID 5: discos independentes de dados com blocos de paridade distribuídas RAID 6: discos de dados independentes de dois esquemas independentes paridade distribuída RAID 7: assincronia otimizada para resolução 1/0 Taxas, como transferências de dados alta RAID 10: alta confiabilidade combinado com alta performance RAID 53: alto 1/0 Taxas e dados de desempenho de transferência RAID 0 +1: desempenho de transferência de dados 1.3. BENEFÍCIOS Melhor desempenho no acesso. Redundância em caso de falha em um dos discos. Uso múltiplo de várias unidades de discos. Facilidade em recuperação de conteúdo "perdido".

8 3 2. NÍVEIS DE RAID E CARACTERÍSTICAS Níveis de RAID são as várias maneiras de combinar discos para um fim. 2.1 RAID 0 (Striping) ILUSTRAÇÃO I. Funcionamento RAID 0. Disponível em: < ILUSTRAÇÃO II. Arnazenamento RAID 0. Disponível em: <

9 4 O sistema RAID 0, também conhecido com spriping consiste em que todos os HDs passam a ser acessados como se fossem um único disco, ou seja, a quantidade de armazenamento de cada HD seria somado e formando apenas um único disco.quando os arquivos são gravados, estes são fragmentados nos vários discos, permitindo que os fragmentos possam ser lidos e gravados simultaneamente, com todos os hd realizando parte do trabalho. Este método não é muito seguro, já que se um disco falhar, todos os dados serão perdidos. No entanto, é o mais rápido, pois a leitura de gravação são dividida pela quantidade de discos. Exemplo: 40 Gb Gb = 80Gb Os dois devem apresentar a mesma memória 2.2 RAID 1 (Mirroring) ILUSTRAÇÃO III. Funcionamento do RAID 1. Disponível em: <

10 5 ILUSTRAÇÃO IV. Armazenamento do RAID 1. Disponível em: < RAID-1 é o nível que implementa o espelhamento de disco, também conhecido como mirror. Como no RAID 0, esta implementação são necessários no mínimo dois discos. O funcionamento deste nível é simples: todos os dados serão gravados em dois discos diferentes; caso o disco titular falhe por qualquer motivo, terá uma cópia de segurança armazenada no segundo disco. Ele não substitui os backups, pois ele protege apenas contra falhas mecânicas do HD e não contra vírus e arquivos deletados acidentalmente. Assim que os arquivos são apagados no primeiro, automaticamente o arquivo é deletado no segundo disco. É uma forma bem segura, mais a mais cara, sendo que apenas 50% do espaço disponível é aproveitado. Exemplo: 40Gb Gb = 40 Gb

11 6 2.3 RAID 2 ILUSTRAÇÃO V. Funcionamento do RAID 2. Disponível em: < ILUSTRAÇÃO VI. Armazenamento do RAID 2. Disponível em: < O RAID 2 surgiu quando os HDs ainda não possuíam checagem de erros. Assim, pode-se dizer que o RAID 2 é similar ao RAID 4, mas possuíndo algoritmos de Hamming ECC (Código de Correção de Erro), que é a informação de controle de erros. Além disso, pode-se ter várias configurações, como 10 discos normais + 4 discos somente para ECC. Este fato possibilita uma protecção adicional, porém o RAID 2 ficou fora de uso pelas novas tecnologias de disco já possuírem este tipo de correcção internamente. O RAID 2 origina uma maior consistência dos dados se houver queda de energia durante a escrita. Baterias de segurança e um encerramento correto podem oferecer os mesmos benefícios.

12 7 2.4 RAID 3 ILUSTRAÇÃO VII. Funcionamento do RAID 3. Disponível em: < ILUSTRAÇÃO VIII. Armazenamento do RAID 3. Disponível em: < O RAID 3 é uma versão simplificada do RAID 2. Nesse arranjo, um único bit de paridade é computado para cada palavra de dados e escrito em um disco de paridade. À primeira vista, pode parecer que um único bit de paridade dá somente detecção de erro, e não correção de erro. Para o caso de erros aleatórios não detectados, essa observação é verdadeira. Todavia, para o caso de uma falha de drive, ela provê correção total de erros de um bit, uma vez que a posição do bit defeituoso é conhecida. Se um drive falhar, o controlador apenas finge que todos os seus bits são "zeros". Se uma palavra apresentar erro de paridade, ele deve ser corrigido. A fim de evitar o atraso em razão da latência rotacional, o RAID 3 exige que todos os eixos das unidades de disco estejam sincronizados.

13 8 2.5 RAID 4 ILUSTRAÇÃO IX. Funcionamento do RAID 4. Disponível em: < ILUSTRAÇÃO X. Armazenamento do RAID 4. Disponível em: < O RAID 4 funciona com três ou mais discos iguais. Um dos discos guarda a paridade (forma de soma de segurança) da informação contida nos discos. Se algum dos discos avariar, a paridade pode ser imediatamente utilizada para reconstituir o seu conteúdo. Os discos restantes, usados para armazenar dados, são configurados para usarem segmentos grandes para acomodar um registro inteiro. Isto permite leituras independentes da informação armazenada, fazendo do RAID 4 um array perfeitamente ajustado para ambientes transacionais que requerem muitas leituras pequenas e simultâneas. O RAID 4 assim como outros RAID's, cuja característica é utilizarem paridade, usam um processo de recuperação de dados mais envolvente que arrays espelhados, como RAID 1. Este nível também é útil para criar discos virtuais de grande dimensão, pois consegue somar o espaço total oferecido por todos os discos, exceto o disco de paridade. Devido ao facto do disco requerer somente um disco adicional para protecção de dados, este RAID é mais acessível em termos monetários que a implementação do RAID 1.

14 9 2.6 RAID 5 ILUSTRAÇÃO XI. Funcionamento do RAID 5. Disponível em: < O RAID 5 pode ser implementado com a partir de 3 discos. É frequentemente usado e funciona similarmente ao RAID 4, mas supera alguns dos problemas mais comuns sofridos por esse tipo. As informações sobre paridade para os dados do array são distribuídas ao longo de todos os discos do array, ao invés de serem armazenadas num disco dedicado, oferecendo assim mais desempenho que o RAID 4, e, simultaneamente, tolerância a falhas. Para aumentar o desempenho de leitura de um array RAID 5, o tamanho de cada segmento em que os dados são divididos pode ser optimizado para o array que estiver a ser utilizado. A informação sobre paridade é distribuída por todos os discos; perdendo-se um, reduz-se a disponibilidade de ambos os dados e a paridade, até à recuperação do disco que falhou. Isto causa degradação do desempenho de leitura e de escrita. Exemplo: ]]]40 Gb ]]] Gb Gb]]] = 80Gb < Informações da partidade

15 10 ILUSTRAÇÃO XII. Armazenamento do RAID 5. Disponível em: < 2.7 RAID 6 ILUSTRAÇÃO XIII. Armazenamento do RAID 6. Disponível em: < É um padrão suportado por apenas algumas controladoras, por ser novo. É semelhante ao RAID 5, porém usa o dobro de bits de paridade, garantindo a integridade dos dados caso até 2 dos HDs falhem ao mesmo tempo. Ao usar 8 HDs de 20 GB cada um, em RAID 6, teremos 120 GB de dados e 40 GB de paridade.

16 RAID 01 (0+ 1) ILUSTRAÇÃO XV. Armazenamento do RAID 01. Disponível em: < O RAID é uma combinação dos níveis 0 (Striping) e 1 (Mirroring), onde os dados são divididos entre os discos para melhor rendimento, e também utilizam outros discos para duplicar as informações. Assim, é possível utilizar o bom rendimento do nível 0 com a redundância do nível 1. No entanto, é necessário pelo menos 4 discos para montar um RAID desse tipo. Tais características fazem do RAID 01 o mais rápido e seguro, porém o mais caro de ser implantado. No RAID 0+1, se um dos discos vier a falhar, o sistema vira um RAID RAID 10 (1+0) ILUSTRAÇÃO XVI. Armazenamento do RAID 10. Disponível em: <

17 12 O RAID 10, ou 1+0, exige ao menos 4 discos rígidos. Cada par será espelhado, garantindo redundância, e os pares serão distribuídos, melhorando desempenho. Até metade dos discos pode falhar simultaneamente, sem colocar o conjunto a perder, desde que não falhem os dois discos de um espelho qualquer. É o nível recomendado para bases de dados, por ser o mais seguro e apesar de não ser dos mais velozes, assim pelo menos apersar de um pouco caro terá segurança e desempenho RAID 50 ILUSTRAÇÃO XVII. Armazenamento do RAID 50. Disponível em: < O RAID 50 é um arranjo híbrido(2 técnicas) que usa as técnicas com paridade em conjunção com a segmentação de dados. Um arranjo RAID 50 é essencialmente um arranjo com as informações segmentadas através de dois ou mais arranjos RAID 100 ILUSTRAÇÃO XVIII. Armazenamento do RAID 100. Disponível em: < O RAID 100 basicamente é composto do RAID Normalmente ele é implementado utilizando uma combinação de software e hardware, ou seja, implementa-se o RAID 0 via software sobre o RAID 10 via hardware.

18 13 3. VANTAGENS E DESVANTAGENS: 3.1 RAID 0 Vantagens: acesso rápido as informações; custo baixo para expansão de memória. Desvantagens: caso algum dos setores de um do HD perca de informações não tera como recuperar, pois uma parte do arquivo foi corrompida; não é usa-se paridade. 3.2 RAID 1 Vantagens: se algum setor de um dos discos falhar, basta recuperar o setor defeituoso copiando do segundo disco; segurança nos dados (em relação a defeitos que possam ocorrer no HD). Desvantagens: custo alto se comparado ao RAID 0; aumento no tempo de escrita; não é usa-se paridade. 3.3 RAID 2 Vantagem: usa ECC, diminuindo as taxas de erros, mesmo com falhas de energia. Desvantagem: hoje em dia, há tecnologias melhores para o mesmo fim; dependendo da configuração e necessidade da empresa, era necessário a mesma quantidade de discos ECC para discos normais, isto é, desperdício de espaço que poderia ser usado para dados. 3.4 RAID 3 Vantagens: leitura rápida; escrita rápida; possui controle de erros. Desvantagem: Inplantação difícil via software.

19 RAID 4 Vantagens: leitura rápida; aumento de área de discos físicos. Desvantagens: gravação lenta; em comparação ao RAID 1, se houver falha do disco, reconstrução é difícil; tecnologia não mais usada por haver melhores para o mesmo fim. 3.6 RAID 5 Vantagens: rapidez com tratamento de controle de erros; leitura rápida. Desvantagem: sistema complexo de controle dos HDs. 3.7 RAID 6 Vantagem: pode falhar 2 HDs ao mesmo tempo, não terá perdas. Desvantagens: precisa de mais de 2 HDs para implementar por causa de discos de paridade; escrita lenta; sistema complexo de controle dos HDs. 3.8 RAID 01 Vantagens: segurança contra perda de dados; pode falhar dois HD's do mesmo grupo, porém deixando de ser RAID 0+1. Desvantagens: alto custo de expansão de hardware (mínimo 4 HD's); os discos devem ficar em sincronismo de velocidade para obter a máxima performance. 3.9 RAID 10 Vantagens: segurança contra perda de dados; pode falhar até 2 HD's ao mesmo tempo, dependendo de qual avaria.

20 15 Desvantagens: alto custo de expansão de hardware (mínimo 4 HD's); os discos devem ficar em sincronismo de velocidade para obter a máxima performance RAID 50 Vantagens: alta taxa de transferência; ótimo para uso em servidores. Desvantagens: alto custo de implementação e expansão de memória RAID 100 Vantagens: desempenho elevado e redundância. Desvantagens: alto custo de implementação. 4. ARQUITETURAS 4.1. IMPLEMENTAÇÃO VIA SOFTWARE (LINUX): Com um computador com 2HDs de 500 GB (cada HD) com o sistema operacional Linux e o software CentOS 5.7. Configurando via software, primeiro é necessário particionar e clonar o HD. Iniciando a parte de layout de HD na instalação do sistema operacional, siga os seguintes passos: Selecione a opção "Criar Layout" personalizado.

21 16 Nessa tela veremos as informações dos HDs como na imagem acima, sem nenhuma formatação. Clique no botão RAID, selecione a opção "Criar uma partição RAID por software" como na imagem acima.

22 17 Crie as partições que você vai usar para instalar o sistema. Por exemplo: - 15GB/home 33GB/dados - 445GB/tmp 5GBSwap 2GB. Assim, crie as partições, mas sem determinar ponto de montagem e do tipo RAID. Repitindo a operação de criar as partições até criar todas, sempre selecionando "Criar uma partição RAID por software". Obs.: Deixe liberado uns 2GB de espaço livre para no final de tudo criar partições SWAP.

23 18 Términando as partições, ficará mais ou menos como na imagem acima. E o outro HD estará sem nenhum uso. Agora clona-se o HD. Clique no botão RAID e selecione a opção mostrada na imagem "Clonar um disco para criar um dispositivo RAID...".

24 19 Assim, perguntará qual a "origem" e qual o "destino". No caso, o destino é o HD que está sem formatação. Clique em OK, para fazer a clonagem.

25 20 Com os hds todos iguais, defina os pontos de montagens para formatação. Clique em RAID e selecione a opção como na imagem acima "Criar um dispositivo RAID".

26 21 Na tela de criar o dispositivo faça: Ponto de montagem: é o ponto de montagem da partição; Tipo de sistema de arquivos: escolha o melhor; Nível de RAID: RAID1; Membros do RAID: Marque apenas as duas partições iguais que estão em discos diferentes. Prestar bem atenção para escolher as partições que são semelhantes e que estão em discos diferentes. Não há necessidade de mexer ou alterar (nas não citadas), pois são alteradas automaticamente ou realmente devem ficar com as opções padrões. Repetindo os passos anteriores até determinar todos os pontos de montagem.

27 22 Deixe marcados apenas as partições semelhantes que estão em discos diferentes. Exemplo: as partições sda6 e sdb6 são semelhantes e estão marcadas para criar o dispositivo raid md3, que vai ser o /tmp. Com base no exemplo faça as outras partições. Feito isso é só avançar e prosseguir com a instalação e ao final da instalação o sistema operacional está instalado em RAID 1.

28 IMPLEMENTAÇÃO VIA SOFTWARE (Windows XP): Nesse caso, a configuração de RAID via software é feita no Painel de Controle > Ferramentas Administrativas > Gerenciamento do Computador > Gerenciamento de discos. Clique com o botão direito sobre um dos HDs que farão parte do array e selecione a opção "Converter em disco dinâmico". Na tela seguinte, marque todos os HDs que serão usados. Depois de converter os HDs para discos dinâmicos, clique novamente com o botão direito sobre um deles e selecione a opção "Novo Volume". É aberto o assistente que permite criar o array RAID. Assim, coloque os dois para direita e execute formatação rápida e então conclui-se. As versões Home e Professional oferecem apenas as opções de criar arrays RAID 0 (distribuído), mas no 2000 ou 2003 Server é possível criar também arrays RAID 1 (Espelhado) e RAID 5, neste caso a partir de 3 HDs IMPLEMENTAÇÃO VIA HARDWARE (RAID 5): Para configurar o RAID via hardware é simples, basta acessar a controladora raid do computador e realizar a configuração. Para poder acessar a controladora raid basta clicar em uma combinação de teclas que aparece quanto o computador estar iniciando. Neste exemplo será mostrado a combinação é Ctrl+A. Esta implementação foi feita num servidor IBM Intel Xeon com 8GB de RAM e 3 HDs de 300 GB. E para esta configuração foi implementada o RAID 5. Abaixo segue os passos para esta configuração: 1º passo: Acessar a controladora raid Para acessar a controladora raid basta clicar Ctrl+A, assim aparecerá a opção quando o servidor estiver iniciando. Em seguida irá aparecer a tela IBM ServerRAID Configuration Utility. Na guia option escolha a opção: Array Configuration Utility, essa opção é onde será realizada todo o gerenciamento do raid (ex: criar, excluir, etc...). 2º passo: Criar o Raid Excluir Raid: o Caso já tenha um raid configurado e deseja-se apagar o raid já configurado, escolha a opção: Manage Arrays. Em seguida será mostrada a lista de raids configurados, para deletar o raid selecione o array desejado e aperte a tecla delete para excluí-lo. Criar Raid: o para criar o raid selecione a opção Create Array o Selecione os discos para fazer o raid apertando a tecla insert do teclado. Depois de selecionado os discos finalize a seleção apertando a tecla enter.

29 24 o o logo após selecionar os discos, irá aparecer a tela de configuração do array, chamada de Array Properties, onde será feito a configuração do raid a ser configurado. Abaixo será descrito a configuração do raid 5: Array Type: RAID 5 Array Label: RAID5 Array Size: 550 GB Stripe Size: N/A (Verificar) Read Caching (Yes/No): Y Write Caching: Enable always Create RAID via: N/A (Verificar) Feito essa configuração finalize-a selecionando a opção Done. Em seguida aperte a tecla Esc até sair da controladora e reiniciar e instalar o sistema operacional que você quiser. Neste exemplo foi instalado o vmware Esxi, pois estava em teste virtualização neste mesmo servidor FALSO RAID: A implementação via software geralmente não possui uma fácil configuração. Já na implementação via hardware as controladoras tem um preço muito elevado. Então foi criada uma "controladora barata" que em vez de um chip controlador RAID você utiliza uma combinação de funções especiais na BIOS da placa e drivers instalados no sistema operacional.

30 25 5. CONCLUSÃO A tecnologia RAID é um dos principais conceitos quando o assunto é armazenamento de dados. Sua eficiência é comprovada por se tratar de uma tecnologia que pode ser veloz e seguro, e já existe há vários anos e mesmo assim muitos continuam usando. O RAID ainda pode apresentar novos meios de funcionalidades, assim aumentando seu uso para os mais diversos tipos de necessidade de armazenamento e acesso à dados. Assim o cliente terá melhor acesso ao seus discos rígidos e com base nesse trabalho ele decidirá qual o melhor tipo de nível de RAID e poderá implementar ele mesmo essa tecnologia, sem ter que chamar um técnico, que provavelmente, cobrará um custo mais elevado apesar do implantação não ser difícil.

31 26 6. REFERÊNCIAS: WIKIPEDIA. RAID. Disponível em: < Acesso em 20/04/2013. THEGEEKSTUFF. RAID 2, RAID 3, RAID 4, RAID 6 Explained with Diagram. Disponível em: < Acesso em 20/04/2013. DEVMEDIA. Um pouco sobre RAID Configuração via software e via hardware. Disponível em: < Acesso em 20/04/2013. TRABALHOSESCOLARES.NET. Tecnologia RAID. Disponível em: < em 20/04/2013.