Che cos’è RAID (Redundant Array of In­de­pen­dent Disks)?

Il RAID di­mi­nui­sce il rischio di guasti dei supporti usati per l’ar­chi­via­zio­ne dati. Questa tecnica, svi­lup­pa­ta per i classici dischi rigidi HDD, viene oggi usata anche negli ambienti di server. Ma quale struttura hanno i sistemi RAID e quali dif­fe­ren­ze pre­sen­ta­no?

Negli anni suc­ces­si­vi il RAID è stato ul­te­rior­men­te stan­dar­diz­za­to e svi­lup­pa­to, trovando sempre maggiore spazio nell’impiego nelle ap­pli­ca­zio­ni server. Con il passare del tempo, il fattore costi ha perso di rilevanza, mentre lo scopo prin­ci­pa­le è diventato il riuscire a so­sti­tui­re i dischi rigidi senza in­ter­rom­pe­re il fun­zio­na­men­to. Questa funzione coincide infatti con il nome di cui RAID è l’acronimo: Redundant Array of In­de­pen­dent Disks (tra­du­ci­bi­le in italiano con “insieme ri­don­dan­te di dischi in­di­pen­den­ti”).

La tecnica RAID è pensata su misura per le ca­rat­te­ri­sti­che dei classici dischi rigidi HDD. Seppure anche i moderni dischi  SSD possono essere collegati assieme in questo modo, sia la loro longevità che le loro pre­sta­zio­ni ne risentono a causa della mancanza della fun­zio­na­li­tà TRIM nelle con­ca­te­na­zio­ni RAID.

I sistemi RAID sono ancora oggi una com­po­nen­te im­por­tan­te richiesta negli ambienti server. L’aspetto più im­por­tan­te è la ri­don­dan­za dei dati ar­chi­via­ti, che non deve però essere scambiato per un backup. Nelle in­fra­strut­tu­re di server, i RAID servono a evitare che ci siano con­se­guen­ze nel caso di guasto di un singolo hard disk, in quanto i dati contenuti al suo interno sono ar­chi­via­ti anche in altri punti dell’unità RAID. Ulteriori vantaggi di cui è possibile be­ne­fi­cia­re adottando un sistema RAID sono l’aumento della capacità di ar­chi­via­zio­ne, così come della velocità di lettura e scrittura in fase di accesso.

Come in­te­ra­gi­sco­no i di­spo­si­ti­vi di memoria di un sistema RAID e quali funzioni svolge un’unità di questo tipo all’interno di una rete di server varia da caso a caso. Ci sono tuttavia diversi setup stan­dar­diz­za­ti, che prendono il nome di livelli RAID. Inoltre, si tende a dif­fe­ren­zia­re tra i RAID software e hardware in base a se l’in­te­ra­zio­ne interna all’unità è or­ga­niz­za­ta lato software o lato hardware.

La di­stin­zio­ne in RAID software e RAID hardware può risultare fuor­vian­te. Infatti, per l’effettivo fun­zio­na­men­to entrambe le varianti hanno bisogno di software. La dif­fe­ren­za riguarda il modo di im­ple­men­tar­li.

Nei RAID hardware l’or­ga­niz­za­zio­ne dei singoli di­spo­si­ti­vi di ar­chi­via­zio­ne rientra tra le com­pe­ten­ze di uno speciale hardware per­for­man­te, definito come con­trol­ler RAID. Questo con­trol­ler viene in­stal­la­to nel case di un computer o nell’array di dischi, all’interno del quale si trovano anche i dischi rigidi. Questa seconda opzione viene so­li­ta­men­te preferita nei centri di calcolo, dove so­li­ta­men­te i sistemi esterni prendono il nome DAS (Direct Attached Storage), SAN o NAS. Il più grande vantaggio di un’or­ga­niz­za­zio­ne lato server di questo tipo dei RAID sono le ec­ce­zio­na­li pre­sta­zio­ni, espresse, tra le altre, con un elevato tasso di tra­smis­sio­ne dati (data transfer rate).

In un RAID software, invece, un software eseguito di­ret­ta­men­te sulla CPU dell’host prende in carico la gestione della par­ti­zio­ne di memoria. Per questo motivo si parla anche di un sistema RAID host-based (RAID basato sull’host). I comuni sistemi operativi come Windows (a partire da NT) o le di­stri­bu­zio­ni Linux, di­spon­go­no già delle com­po­nen­ti ne­ces­sa­rie per poter ospitare un software di questo tipo.

Rispetto all’al­ter­na­ti­va hardware, il RAID software risulta chia­ra­men­te più rapido ed economico. Gli svantaggi sono l’elevato carico sulla CPU dell’host e la di­pen­den­za dalla piat­ta­for­ma. Poiché gli accessi ai di­spo­si­ti­vi di ar­chi­via­zio­ne sono com­pli­ca­ti da regolare rispetto a quanto non avvenga con un con­trol­ler RAID, anche le pre­sta­zio­ni ne risentono.

Come già men­zio­na­to, il modo in cui i dischi rigidi vengono con­ca­te­na­ti in un RAID prende il nome di livello. La de­no­mi­na­zio­ne porta però co­stan­te­men­te a in­com­pren­sio­ni, in quanto i possibili setup degli hard disk non prevedono una con­fi­gu­ra­zio­ne a livelli. I numeri dei livelli non sono connessi tra loro e iden­ti­fi­ca­no solamente i diversi tipi di im­po­sta­zio­ni della struttura e del fun­zio­na­men­to del RAID. Tra i livelli più comuni rientrano so­li­ta­men­te il RAID 0, RAID 1, RAID 5 e RAID 6. Anche le com­bi­na­zio­ni tra due livelli RAID sono possibili. Per esempio, RAID 10 indica un sistema RAID 0 composto da più sistemi RAID 1.

Le con­ca­te­na­zio­ni definite RAID 0 non ap­par­ten­go­no realmente ai sistemi RAID, in quanto non usano la ri­don­dan­za per l’ar­chi­via­zio­ne dei dati. Il modello serve solamente allo scopo di ac­ce­le­ra­re l’accesso ai dati con­ca­te­nan­do due o più dischi rigidi in un’unità logica. I dati vengono suddivisi in egual misura tra i vari supporti in blocchi con­se­cu­ti­vi. In inglese questi blocchi prendono il nome di stripe, tantoché il RAID 0 è anche co­no­sciu­to come “striping”.

Tuttavia, oltre a fornire una maggiore capacità di ar­chi­via­zio­ne e un elevato tasso di tra­sfe­ri­men­to dati, questo tipo di con­ca­te­na­zio­ne provoca però un’ine­vi­ta­bi­le riduzione della sicurezza: nel caso di guasti a uno degli hard disk, vengono perduti tutti i dati. Per sapere di più sulla con­fi­gu­ra­zio­ne striping potete leggere la nostra det­ta­glia­ta guida al RAID 0.

Il livello RAID 1 è co­no­sciu­to anche con il nome di “mirroring”, ovvero “riflesso”. In una con­ca­te­na­zio­ne di questo tipo tutti i dischi rigidi di­spon­go­no in ogni momento dello stesso set di dati, così da rendere possibile la ri­don­dan­za ed essere in grado di far fronte al mal­fun­zio­na­men­to di un singolo supporto senza problemi. Questo comporta però che la capacità del RAID cor­ri­spon­de al massimo alla capacità dell’hard disk con meno spazio d’ar­chi­via­zio­ne.

La velocità di scrittura in un RAID 1 è uguale a quella di un’unità composta da un singolo supporto. Col­le­gan­do i supporti a un proprio canale come, ad esempio, SATA si può però rad­dop­pia­re la velocità di lettura. Trovate tutte le in­for­ma­zio­ni su questo metodo di ar­chi­via­zio­ne “re­pli­can­te” nel nostro articolo dedicato al RAID 1.

Il RAID 5 definisce una con­ca­te­na­zio­ne di tre o più dischi rigidi, seppur so­li­ta­men­te il numero è dispari. Il principio di ar­chi­via­zio­ne si basa sul concetto di striping del RAID 0 e di­stri­bui­sce i dati a blocchi sui diversi supporti. Assieme ai blocchi di dati, tra gli hard disk con­ca­te­na­ti vengono suddivisi anche le in­for­ma­zio­ni di parità, uti­liz­za­te per il ri­pri­sti­no dei dati andati perduti nel caso di guasto a uno dei supporti.

In questo modo il RAID 5 offre una maggiore velocità di lettura e sicurezza rispetto a un singolo drive. A causa del continuo ricalcolo ne­ces­sa­rio per i blocchi di parità, la velocità di scrittura è com­pa­ra­bil­men­te ridotta. Scoprite di più su questo principio nel nostro articolo sul RAID 5.

Il RAID 6 adotta un approccio simile al RAID 5: anche questa con­fi­gu­ra­zio­ne di­stri­bui­sce i dati a blocchi e in egual misura tra i vari supporti con­ca­te­na­ti, ga­ran­ten­do più sicurezza. La dif­fe­ren­za consiste nel fatto che i dati più recenti vengono ar­chi­via­ti in due versioni, così da poter fron­teg­gia­re anche l’eventuale guasto di due hard disk con­tem­po­ra­nea­men­te (laddove il numero di supporti con­ca­te­na­ti sia almeno quattro). In questo modo la con­ca­te­na­zio­ne offre un’elevata sicurezza dei dati e un buon accesso di lettura.

Poiché il calcolo dei blocchi di parità risulta però ancora più intensivo rispetto al RAID 5, la velocità di scrittura risulta ad­di­rit­tu­ra minore. Nella nostra guida al RAID 6 spie­ghia­mo i punti di forza e di debolezza dello striping con doppia ri­par­ti­zio­ne delle in­for­ma­zio­ni di parità.

Il RAID 10 o anche RAID 1+0 combina le ca­rat­te­ri­sti­che dei livelli RAID 0 e RAID 1 per aumentare il tasso di tra­sfe­ri­men­to dati e la loro sicurezza. A questo scopo si riu­ni­sco­no più sistemi RAID 1 in una con­fi­gu­ra­zio­ne RAID 0, con un numero minimo di quattro dischi rigidi. Quando risulta con­ve­nien­te adottare una com­bi­na­zio­ne di questo tipo e quali svantaggi comporta ve lo spie­ghia­mo det­ta­glia­ta­men­te nell’articolo sul RAID 10.

Nella co­stru­zio­ne e gestione di un sistema RAID è ne­ces­sa­rio prestare at­ten­zio­ne a diversi aspetti. Per prima cosa bisogna capire quale tipo di con­ca­te­na­zio­ne scegliere. Ad esempio, se avete necessità di aumentare solamente il data transfer rate, allora in al­ter­na­ti­va a un sistema di livello 0 potete anche optare per l’uso di SSD. Se invece de­si­de­ra­te aumentare la sicurezza dei dati, allora potete scegliere tra più soluzioni, come il mirroring (livello RAID 1) e l’ar­chi­via­zio­ne con in­for­ma­zio­ni di parità (livello RAID 5).

Nella scelta degli hard disk, se possibile dovreste optare per modelli identici. In molti setup RAID il volume di ar­chi­via­zio­ne massimo cor­ri­spon­de a quello del supporto con minore capacità, con po­ten­zia­le spreco di spazio di ar­chi­via­zio­ne. Ancora più im­por­tan­te è però puntare su hardware come i dischi rigidi NAS, pro­get­ta­ti per durare più a lungo. Inoltre, anche la di­men­sio­ne dei supporti gioca un ruolo im­por­tan­te quando ci si trova a dover so­sti­tui­re un hardware difettoso o nel caso si desideri ampliare il proprio sistema RAID. I nuovi com­po­nen­ti devono disporre di uno spazio d’ar­chi­via­zio­ne pari almeno al supporto con capacità minore o di quello che vanno a so­sti­tui­re.

Un ulteriore punto da non di­men­ti­ca­re nell’im­ple­men­ta­zio­ne di una con­ca­te­na­zio­ne RAID è che: no­no­stan­te l’in­te­ra­zio­ne tra i vari hard disk aumenti la sicurezza dei dati ar­chi­via­ti grazie alla ri­don­dan­za, un RAID non può e non deve so­sti­tui­re una soluzione di backup ben or­ga­niz­za­ta.