I più importanti livelli RAID a confronto

Concatenare i dischi rigidi in un RAID comporta vantaggi e svantaggi diversi in base al livello RAID scelto, motivo per cui risulta impossibile riassumerli in modo generico. Infatti, le proprietà del sistema dipendono principalmente dal livello RAID scelto. Questi standard in parte molto diversi tra loro definiscono il numero di dischi minimi necessari, il modo in cui vengono concatenati e qualeprocedimento utilizzare per l’archiviazione dei file.

Definizione

Un RAID (Redundant Array of Independent Disks) è una concatenazione di almeno due dispositivi di archiviazione in un’unica grande unità logica. La funzione concreta dipende dalla configurazione dei dischi rigidi, definita in livelli.

In questo articolo spieghiamo in che cosa si differenziano i livelli RAID e quali effetti possono avere. Inoltre, confrontiamo tra loro i livelli RAID in termini di costo, sicurezza contro eventuali guasti e prestazioni.

Livelli RAID a confronto: le principali differenze

I livelli RAID, come RAID 5 o RAID 6, definiscono due diversi sistemi per concatenare i dischi rigidi in un’unica unità logica. Quando venne presentata per la prima volta la tecnica RAID nel 1988, il risparmio economico che era possibile ottenere con la concatenazione degli hard disk rappresentava l’aspetto centrale. Oggi la riduzione dei costi gioca un ruolo del tutto marginale dei vantaggi offerti dai vari livelli.

Le caratteristiche oggi decisive nel differenziare i livelli RAID sono le seguenti:

  • Protezione contro guasti
  • Velocità di lettura (output rate)
  • Velocità di scrittura (input rate)
  • Fruizione della capacità di archiviazione disponibile
  • Numero minimo di dischi rigidi necessari
N.B.

Spesso si crede erroneamente che i singoli livelli si costruiscano l’uno sull’altro. Tuttavia, esistono combinazioni di due livelli differente, come, ad esempio, il RAID 10 che unisce due livelli base: il RAID 1 e il RAID 0.

Da cosa dipendono le diverse caratteristiche dei livelli RAID?

L’obiettivo primario dei RAID è aumentare la sicurezza dei dati archiviati compensando eventuali guasti ai dischi rigidi e impedendo la perdita dei dati. Per riuscirci, i singoli livelli RAID utilizzano diverse tecniche utili ad archiviare i dati in modo ridondante. Il procedimento classico è il rispecchiamento (mirroring) dei dati: tutte le informazioni vengono archiviate in duplice versione all’interno del sistema. In alternativa, i livelli RAID puntano alle informazioni di parità, che vengono archiviate sui dispositivi concatenati assieme ai dati utente e che servono a permette il ripristino facile e veloce dei dati nel caso in cui un disco rigido si guasti.

N.B.

Un RAID non sostituisce i backup: i sistemi di archiviazione RAID non servono all’archiviazione spazialmente e temporalmente separata dei dati.

Per aumentare le prestazioni, molti livelli RAID ricorrono al cosiddetto processo di striping (dall’inglese stripes, che significa “strisce”): i dati archiviati vengono suddivisi in strisce e ripartiti in uguale misura fra tutti i dischi rigidi concatenati. Questo permette di ottimizzare la velocità di scrittura e di lettura. L’effettivo miglioramento dipende dal processo di ridondanza adottato.

Se paragonati al singolo disco rigido, molti livelli RAID offrono una protezione dai guasti più elevata e migliori prestazioni. Tuttavia, la regola generale in questo caso è: più la concatenazione di hard disk è protetta contro guasti e malfunzionamenti, minore è l’aumento delle prestazioni.

Anche la capacità di archiviazione massima disponibile dipende principalmente dal metodo utilizzato per generare la ridondanza. I livelli RAID che puntano sul rispecchiamento dei dati devono rinunciano inevitabilmente al 50 % del volume d’archiviazione disponibile. Nei sistemi RAID basati sulla parità la partizione riservata ai dati utente aumenta con l’aumentare del numero dei dischi rigidi.

I livelli RAID più importanti a confronto in una tabella

Il rapporto tra protezione dai guasti, performance, volume di archiviazione e il fattore dei costi varia significativamente da livello RAID a livello RAID. Alcuni modelli come RAID 0 e RAID 1 puntano su un solo aspetto: mentre RAID 0 serve ad aumentare il tasso di trasmissione dati in fase di lettura e scrittura, un sistema RAID 1 punta talmente tanto sulla doppia archiviazione dei file che è possibile ottenere solamente un miglioramento minimo della velocità di lettura (ammesso tra l’altro che si disponga del giusto controller RAID).

Nella seguente tabella vi presentiamo tutti i livelli RAID più comuni allo scopo di illustrare le loro peculiarità, punti di forza e di debolezza in un confronto diretto.

  RAID 0 RAID 1 RAID 5 RAID 6 RAID 10 (1+0)
Numero minimo di dischi rigidi 2 2 3 4 4
Processi adottati Striping Rispecchiamento (Mirroring) Striping e parità Striping e parità doppia Striping dei dati rispecchiati
Protezione dai guasti Bassa Molto elevata, in grado di far fronte al crash di uno dei supporti Media; in grado di far fronte al crash di uno dei supporti Elevata; in grado di far fronte al crash di due dei supporti Molto elevata; in grado di far fronte al crash di uno dei supporti per ogni sotto-array
Capacità di archiviazione disponibile per i dati utente 100 % 50 % 67 % (aumenta con ogni supporto aggiuntivo) 50 % (aumenta con ogni supporto aggiuntivo) 50 %
Velocità di scrittura Molto elevata Bassa Media Bassa Media
Velocità di lettura Molto elevata Media Elevata Elevata Molto elevata
Fattore costi Basso Molto elevato Medio Elevato Molto elevato

Per quale impiego sono adatti i vari livelli RAID?

Le varie caratteristiche dei livelli RAID presentati li rendono adatti a diversi scenari di impiego. In quanto unico livello senza ridondanza, il RAID 0 è assolutamente da escludere per l’archiviazione di danti sensibili. Un sistema di questo tipo rappresenta principalmente un’alternativa alle SSD per applicazioni non critiche come i software di montaggio video o elaborazione immagini.

Come è spesso il caso per le concatenazioni RAID, i livelli RAID 1 e 10, particolarmente costosi, risultano poco adatti all’archiviazione di enormi quantità di dati. La protezione che offrono contro i malfunzionamenti permette tuttavia il loro impiego con dati sensibili. Entrambi questi modelli danno il meglio di sé laddove viene richiesto un elevato tasso di trasmissione dati. Scenari di impiego tipici sono i file server e web server per il RAID 1 e database server e application server per il RAID 10.

Anche i livelli RAID 5 e RAID 6 che utilizzano la parità sono particolarmente interessanti per l’archiviazione di file di dimensioni contenute, in quanto la velocità di scrittura risulta comparabilmente ridotta. I database server e i transaction server rientrano tra i principali impieghi.

Quale soluzione di archiviazione alternativa esiste?

I sistemi RAID sono stati per molti anni il non plus ultra per archiviare dati al riparo da malfunzionamenti godendo di prestazioni elevate. Col passare del tempo sono state però sviluppate diverse tecniche alternative di cui facciamo menzione qui di seguito.

Multi-Copy Mirroring (MCM)

Il multi-copy mirroring rappresenta una pratica alternativa al RAID che crea diverse copie identiche dei dati, esattamente come avviene con il rispecchiamento dal livello RAID 1. Diversamente da un sistema RAID, le copie sono conservate da diversi host in rete e lo stato dei dati viene verificato in maniera continua grazie a un apposito metodo.

Se il meccanismo di ripristino si imbatte in dati danneggiati o non raggiungibili, questi vengono immediatamente riparati grazie a una copia. Il numero delle copie viene stabilito dall’utente. Ogni copia occupa lo stesso spazio di archiviazione dell’originale, il che può rendere il MCM una soluzione costosa.

Erasure Codes (EC)

Gli Erasure Codes si basano su algoritmi che servono a suddividere i dati in porzioni o blocchi, esattamente come avviene con i processi di striping tipici dei livelli RAID 0 e 5. Le singole porzioni di dati possono poi essere suddivise comodamente tra più dispositivi. Anche gli Erasure Codes dispongono di un meccanismo di verifica che assicura laleggibilità e l’accessibilità dei dati.

Lo spazio di archiviazione aggiuntivo di cui ha bisogno questa alternativa al RAID si aggira attorno al 33 %, rendendola una delle soluzioni più economicamente convenienti per la messa in sicurezza dei file. Gli Erasure Codes risultano particolarmente adatti per grandi set di dati grazie alla efficiente suddivisione in blocchi.

Cloud Backup

In questo articolo abbiamo già brevemente accennato al fatto che un sistema RAID non deve essere intenso in nessun caso come alternativa a un backup, ma è vero anche il contrario. Un backup non può essere considerato una soluzione sostitutiva a un RAID. I backup su cloud servono esclusivamente ad archiviare i dati in unluogo separato.

I backup non hanno nulla a che vedere con l’aumento della protezione dai guasti o il miglioramento della velocità di lettura e scrittura. Ma a chi non interessa ottimizzare le prestazioni del proprio hardware, il backup su cloud rappresenta la soluzione ideale per archiviare i propri dati al sicuro.

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