Hiểu thêm về RAID - PHẦN 2

RAID 1 – Mirroring không sử dụng Stripping

Phương pháp RAID 1 hiện nay cũng được tích hợp bên trong hầu hết những Motherboard . RAID1 là ghi cùng một nội dung lên hai ổ cứng . Một thuận lợi hiển nhiên ai cũng thấy đó là nếu một ổ cứng bị lỗi thì không hề mất bất kì dữ liệu nào . RAID 1 cũng không yêu cầu một tính toán Parity phức tạp nào .
Mảng RAID 1 có thể tiếp tục hoạt động trong trạng thái một ổ cứng lỗi với hiệu suất tương tự như làm việc với cả 02 ổ cunứg một lúc . Nhiều bộ phận điều khiển RAID 1 hỗ trợ Hot-Swap ( nhưng nhiều RAID 1 on-board lại không hỗ trợ điều này ) thì ổ cunứg bị lỗi có thể thay thế và dữ liệu được cập nhật lại mà không cần tắt công tắc nguồn .
Như trên đã nói tới đó là hiệu suất lưu trữ chỉ đạt được 50%

Hình 6 - Dữ liệu được ghi trong RAID 1

Xét về phương diện hiệu suất Đọc/Ghi dữ liệu trong RAID 1 không khác mấy so với Đọc /Ghi chỉ dùng với 01 ổ cứng . Nhiều khi hiệu suất này còn giảm đi đôi chút khi so sánh với hệ thống sử dụng 01 ổ cứng .
Một điều mà ít khi được xem xét tới trong RAID 1 chính là lưu trữ dữ liệu . RAID1 chỉ bảo vệ dữ liệu với những lỗi vật lí trên ổ cứng , nó sẽ không bảo vệ chống lại việc mất dữ liệu liên quan tới phần mềm . Ví dụ Virus sẽ xoá dữ liệu trên ổ cứng thì cũng tương tự như với việc xoá dữ liệu trên cả 02 ổ cứng . Cũng có trường hợp mất dữ liệu do khuyết điểm của ổ vật lí , như Bad Sector , lúc đó có thể bộ phận điều khiển RAID 1 sẽ ghi đồng thời dữ liệu bị mất lên cả 02 ổ cứng .

Ích lợi

• Độ tin cậy cao .
• Thực hiện dễ dàng bằng bộ phận điều khiển RAID on-board
• Hiệu suất đọc dữ liệu có thể cao hơn với hệ thống chỉ có 01 ổ cứng

Không thuận lợi

• Hiệu suất lưu trữ thấp chỉ được 50%
• Hiệu suất ghi ổ đĩa có thể chậm hơn với hệ thống chỉ có 01 ổ cứng

RAID 10 và RAID 0+1 – Stripping mức Block thêm Mirroring

Những mức RAID đó là sự kết hợp của RAID0 và RAID1 . Chúng cung cấp tất cả thực hiện việc Đọc/Ghi liên tục của RAID0 để tăng cường hiệu suất làm việc và mức độ an toàn của RAID 1 . Cả Mirroring và Stripping đều không cần những tính toán Parity phức tạp vì vậy mà bộ phận điều khiển RAID không quá đắt tiền .
Một điều không thuận lợi chính mà tương tự như RAID 1 đó là hiệu suất lưu trữ chỉ đạt được 50% . Nhưng bộ phận điều khiển RAID 10 và RAID01 lại rẻ cho nên việc hiệu suất lưu trữ thấp trong những hệ thống nhỏ vẫn chấp nhận được .
Có một lỗi lầm chung khi nghĩ rằng RAID10 và RAID 0+1 là hai khái niệm khác nhau trong cùng một vấn đề . Trong khi hai kiểu RAID là tương tự nhau , và dùng cùng một kỹ thuật lại sử dụng khác nhau . Hầu hết Bộ phận điều khiển RAID on-board trên thực tế hỗ trợ RAID 0+1 , thậm trí lại thường tuyên bố là RAID 10

Hình 7 : RAID 0+1

Hình 8 : RAID 0+1

RAID 0+1 rất dễ để mô tả như là RAID1 trong những RAID0 , hoặc nó là Mirroring của hai mảng Stripping . Lấy 08 ổ cứng , mảng này được chia ra làm 02 mảng RAID0 với 04 ổ cứng trên một mảng và mảng này sẽ sao lưu mảng còn lại .
Với 08 ổ cứng như vậy , cấu hình RAID10 như sau . Đầu tiên chia thành 04 mảng RAID1 và sau đó Bộ phận điều khiển sắp xếp 04 mảng này thành 01 mảng RAID0 duy nhất .

Hình 9 : RAID 10

Nếu quan sát kỹ thực tế không thấy sự khác nhau giữa hai cấu hình RAID này , đơn giản đó chỉ là hai con đường khác nhau cùng đến một đích . Điều đó cho chúng ta thấy yêu cầu đĩa cứng như nhau , hiệu suất sử dụng khoảng trống như nhau , đặc tính kỹ thuật tương tự nhau . Có một điều khác nhau lớn nhất giữa hai cấu hình đó chính là khả năng sửa lỗi . Có 04 đĩa cứng trong cấu hình RAID 0+1 để sửa lỗi và với cùng 04 ổ cứng trong cấu hình RAID 10 , thì 02 ổ đĩa bị hỏng thì tất cả những dữ liệu bị mất . Như vậy chỉ khác nhau ở chỗ số ổ cứng có thể bị hỏng , thì rõ ràng RAID 10 có độ an toàn dữ liệu cao hơn .
Với cấu hình 08 đĩa với RAID 0+1 , những ổ đĩa cứng 1-4 và 5-8 là 02 mảng RAID0 riêng biệt và chúng được Mirroring với nhau . Như chúng ta đã biết nếu một đĩa trong mảng RAID0 bị lỗi thì tất cả dữ liệu trong mảng bị mất . Do đó nếu Disk 1 bị lỗi , thì có nghĩa là những ổ 5-8 chạy một mình theo RAID 0 mà không có dữ liệu lưu trữ thừa ra , vì thế nếu thêm một ổ cứng nữa trong RAID0 này bị hỏng thì có nghĩa chúng ta sẽ mất tất cả dữ liệu .
Ích lợi

• Không có tính toán Parity phức tạp
• Bộ phận điều khiển rẻ tiền và hiệu suất làm việc chấp nhận được

Không thuận lợi

• Hiệu suất lưu trữ thấp chỉ đạt được 50% .

RAID3 và RAID 4 : Stripping với ổ cứng lưu thông tin Parity riêng biệt

Mức RAID này ít được sử dụng hiện nay , hầu hết trong những tình huống lựa chọn sử dụng RAID3 thì RAID 5 chính là sự lựa chọn tốt nhất . Ngoại trừ trường hợp những ứng dụng này luôn luôn yêu cầu đọc dữ liệu với tốc độ cao khi đó RAID3 làm tốt hơn RAID5 . Trong những hệ thống dùng trong gia đình , điều này cho phép bạn tải Game trong mức RAID3 sẽ nhanh hơn RAID 5 , nhưng tất cả chỉ có thế . Hiệu suất ghi trong RAID3 giảm sút do sử dụng ổ đĩa riêng để ghi thông tin Parity và chúng được ghi bất kì lúc nào khi có bất kì dữ liệu nào được ghi lên mảng đĩa dữ liệu .
RAID3 sẽ có công nghệ rẻ hơn so với RAID5 và chỉ hơi phức tạp một chút và không được sử dụng rộng rãi mà chúng có sẵn trong những cấu hình của Bộ phận điều khiển RAID đắt tiền . Ngoại trừ những Bộ phần điều khiển này dùng bộ xử lí RAID NetCell như XFX Revo , rẻ hơn nhiều so với những Card điều khiển RAID 5 .

Hình 10 : RAID 3

Hình 11 : RAID3

RAID3 là mức RAID duy nhất dùng mức Stripping theo từng Byte mà không phải theo từng Block nhiều Byte . Điều đó có nghĩa là File bị chia thành từng Byte và được ghi trên từng đĩa . Điều này cho phép RAID3 đọc những file có kích thước nhỏ cũng rất nhanh , bởi vì với mức RAID Stripping theo từng Block thì lại có có tác đọng nhiều với những File có kích thước nhỏ .
Mức RADI ở giữa RAID3 và RAID5 chính là mức RAID4 . RAID4 vô cùng ít được dùng bởi vì hầu hết nếu không lựa chọn RAID3 thì RAID5 chính là sự lựa chọn tối ưu nhất .
Ích lợi

• Hệ thống có thể được duy trì khi một ổ đĩa bị hỏng
• Hiệu suất đọc liên tục tốt hơn RAID5
• Bộ phận điều khiển NetCell rất rẻ .

Không thuận lợi

• Do Stripping theo mức từng Byte nên việc Đọc/Ghi ngẫu nhiên sẽ bị ảnh hưởng về hiệu suất làm việc .
• Ổ đĩa ghi thông tin Parity riêng biệt hay bị “thắt nút cổ chai” dữ liệu .
• Trong nhiều trường hợp RIAD5 nhanh và rẻ hơn

RAID5 – Stripping theo từng Block và phân chia thông tin Parity

RAID5 là mức RAID được sử dụng trong hầu hết mọi nơi . Không có một tính năng nào của RAID5 được cho là tốt nhất , nhưng nó làm mọi điều trở nên tối ưu hơn , mức hiệu suất lưu trữ là hợp lí .
RAID5 yêu cầu có ít nhất 03 ổ cứng , nhưng hiệu suất của nó tăng lên khi số lượng ổ cứng tăng lên và không cần quan tâm xem khoảng trống trên ổ đĩa có còn để ghi thông tin Parity nữa hay không ( nếu bạn dùng RAID 3 thì phải chú ý tới khoảng trống trên ổ cứng riêng biệt để ghi thông tin Parity xem có còn hay không ) .

Hình 12 : RAID 5 - Dữ liệu được ghi trên ổ cứng

Bất kì ổ đĩa nào trong mảng RAID5 bị hỏng thì dữ liệu đều không bị mất , tất nhiên lúc đó hiệu suất làm việc sẽ giảm đi , và lúc đó không có bất kì dữ liệu thừa được lưu trữ và điều đó nếu hổng tiếp ổ cứng thứ hai thì mất dữ liệu hoàn toàn . Vì vậy khi hỏng một ổ cứng phải lập tức thay thế ngay ổ cứng khác . Hiệu suất làm việc của mảng nhiều ổ cứng khi có một ổ cứng hỏng phụ thuộc vào bộ phận điều khiển và thông thường sẽ chậm hơn trước đó .
Như đã đề cập trước đó khi mảng ổ cứng trong RAID5 bị hỏng một ổ cứng thì hệ thống vẫn làm việc được , nhưng nếu hỏng tiếp ổ cứng thứ hai thì dữ liệu sẽ bị mất hoàn toàn , để chống lại tư tưởng không thay ổ cứng hỏng ngay thì nhiều hệ thống có chạy Hot-Spare . Hot-Spare là một ổ cứng chỉ chạy khi mà ổ cứng trong mảng bị hỏng và Bộ phận điều khiển RAID sẽ tự động tạo lại mảng với ổ cứng mới .

Hình 13 : RAID5

Để có một hiệu suất đạt được như ý trong mảng RIAD5 thì tốt nhất phải có Bộ phận điều khiển phần cứng riêng biệt . Trong khi nhiều Bộ phận điều khiển On-board hỗ trợ RAID5 , những lại không có Bộ xử lí riêng biệt cho những phép tính XOR . Điều đó có nghĩa là hàng triệu phép tính XOR được thực hiện thông qua CPU hệ thống vì vậy sẽ mất thời gian để ghi dữ liệu . Nhưng cũng có thể với những bộ vi xử lí Multi-Core nhanh nhất có thể thực hiện tốt được phép tính XOR nhanh nhất . Những bộ điều khiển RAID5 tốt nhất ít nhất bao giờ cũng có Bộ vi xử lí riêng , bộ phận điều khiển đĩa riêng , điều khiển bộ nhớ và có thêm bộ nhớ trên bảng mạch riêng . Những Card RADI5 cao cấp còn có cả Ắc quy Backup và có cổng Ethernet .

Hình 14 : Card RAID – dùng IOP341 của Intel

Hình 15 : Bộ vi xử lí IOP341 của Intel

Nhân của Bộ phận điều khiển RAID chính là Bô vi xử lí I/O của nó , như Bộ vi xử lí IOP341 của Intel mà được dùng nhiều trong những RAID của máy trạm . Bộ vi xử lí này không như bộ vi xử lí CPU được thiết kế với nhiều mục đích khác nhau , nó được thiết kế chỉ thực hiện một việc duy nhất là thực hiện phép toán XOR . Bộ vi xử lí I/O riêng biệt giải phóng công việc này cho CPU và cho phép đạt hiệu suất cao nhất và nhanh hơn dùng phần mềm RAID . Những Card điều khiển RAID này cũng có Cache trên bảng mạch và cũng làm việc như Cache On-board trên ổ cứng , nhưng thay vì 8MB hoặc 16MB mà nó có tới 128MB và thậm trí tới vài GB .
Khi hệ thống ghi dữ liệu tới mảng ổ cứng , trên thực tế nó ghi trực tiếp tới bộ nhớ , cho phép Bộ phận điều khiển tính toán Parity và quyết định ghi dữ liệu ở đâu trên đĩa . Trong những môi trường máy chủ có thể bị nguy hiểm như thậm trí bị mất điện , những dữ liệu trong Cache sẽ bị mất nếu Card điều khiển không có Ắc quy Backup riêng . Trong những tình huống như vậy Card điều khiển có thể được thiết lập chế độ Write-Through , do đó dữ liệu được ghi trực tiếp lên đĩa và bỏ qua Cache . Điều này sẽ làm giảm hiệu suất làm việc của hệ thống nhưng lại là sự lựa chọn tốt nhất khi không có Ắc quy Backup hoặc để tránh những rủi ro có thể xảy ra . Trong những hệ thống trong gia đình , việc mất dữ liệu trong Cache thực sự không phải là vấn đề quá lớn do đó cách tốt nhất không bao giờ để ngắt nguồn điện .


Trong môi trường máy tính để bàn , RAID5 có thể tăng hiệu suất làm việc với ổ cứng , nhưng nhiều mức RAID khác cũng làm được điều tương tự như vậy và chỉ trong những điều kiện đặc biệt thì người sử dụng thông thường mới sử dụng RAID5 .
Tốc độ đọc dữ liệu nhanh có thể RAID0 cũng làm được , nhưng lại nguy cơ tiềm ẩn mất dữ liệu nhiều . Độ an toàn dữ liệu chính là lợi ích chính mà RAID5 mang lại cho hệ thống để bàn và hiệu suất sử dụng mức lưu trữ lại cao hơn nhiều so với RAID1 hoặc RAID 10/0+1 .
Ích lợi

• Tính linh hoạt cao .
• Hỗ trợ rộng rãi
• Hiệu suất sử dụng ổ cứng cao
• Hiệu suất tổng thể tốt
• Bộ phận điều khiển có nhiều sự lựa chọn

Không thuận lợi

• Bộ phận điều khiển On-board cho hiệu suất thấp
• Bộ phận điều khiển riêng cho RAID5 có giá thành cao
• Không phải là sự lựa chọn tốt nhất trong mọi lĩnh vực

RAID 6 – Stripping theo từng khối với phân chia thông tin Parity gấp đôi
Thực tế RAID 6 cũng gần tương tự như RAID5 nhưng có số lượng thông tin Parity nhiều gấp đôi và như vậy dữ liệu được bảo vệ gấp đôi . Mảng nhiều ổ cứng RAID6 có thể chịu đựng được 02 ổ cứng bị hỏng mà không mất dữ liệu , do đó điều đó rất tốt nếu dữ liệu của bạn là vô cùng quan trọng hoặc nếu bạn là người quá cầu toàn . Việc bảo vệ thêm như vậy thì sẽ ảnh hưởng tới hiệu suất làm việc của hệ thống với hiệu suất sử dụng khoảng trống trên ổ cứng .
Hầu hết những máy trạm có bộ phận điều khiển RAID5 thì cũng hỗ trợ cho RAID6 và lúc đó chỉ tăng lên thêm số lượng ổ cứng trong hệ thống RAID5 .

Hình 16 : RAID6

Hình 17 : RAID6

Với cấu hình RAID6 có thể dùng 04 ổ cứng và nó có thể tăng được dung lượng của cả mảng ổ cứng lên cao . Với mảng ổ cứng có dung lượng lớn thì thời gian khôi phục lại sẽ lâu khi thay thế ổ cứng tốt vào chỗ ổ cứng hỏng . Để tạo lại mảng RAID 5 với vài TB có thể mất nhiều giờ và nếu trong quá trình tạo lại dữ liệu nếu một ổ cứng khác bị lỗi thì dữ liệu bị mất hoàn toàn . Trong khi đó RAID6 chống lại những hiện tượng kiểu như vậy sẽ xảy ra .
Ích lợi

• Có thể khôi phục lại dữ liệu khi 02 ổ cứng bị hỏng .
• Hiệu suất chấp nhận được nếu được sử dụng Card điều khiển phù hợp .

Không thuận lợi

• Hiệu suất chậm hơn so với RAID5
• Bộ phận điều khiển đắt tiền .