RAID 5: tutto quello che c’è da sapere su questo livello RAID

Chi vuole concatenare diversi dischi rigidi in un RAID (Redundant Array of Independent Disks) ha diverse possibilità tra cui scegliere. Uno dei livelli più comunemente adottati, come vengono definiti i vari setup RAID, è il RAID 5. Questo tipo di concatenazione formato da tre o più dischi rigidi si caratterizza per il buon equilibrio tra l’aumento delle prestazioni e della sicurezza e dei costi aggiuntivi che queste comportano. Ma quali sono i fattori che contribuiscono a creare questo buon rapporto qualità-prezzo e come funziona esattamente un RAID 5?

Che cos’è il RAID 5?

Con RAID 5 si definisce una concatenazione composta da un minimo di tre dischi rigidi che assieme fungono da unità logica e migliorano le prestazioni dei singoli dispositivi di archiviazione, riguardo la velocità di lettura e la prevenzione contro il mancato funzionamento. Per poter offrire questi due vantaggi, i sistemi RAID 5 puntano su due distinti processi.

Da un lato ripartiscono i dati da archiviare in egual misura su tutti i dischi rigidi coinvolti (striping). Dall’altro calcolano per tutti i dati utente archiviati le rispettive informazioni di parità, ugualmente suddivise tra i vari dispositivi. Grazie a un connettivo XOR il sistema di archiviazione permette di ricostruire i blocchi di dati danneggiati o andati perduti.

Fatto

L’or esclusivo o XOR (dall’inglese eXclusive OR) consiste in una disgiunzione esclusiva. Il connettivo XOR congiunge due proposizioni. In relazione ai dati di una concatenazione RAID 5 questo significa che tutti i singoli elementi di una stringa di dati, duplicata su tutti i dischi rigidi, sono legati alle informazioni di parità secondo la logica XOR. Questo significa che quando i dispositivi accedono a un set di dati, o riescono a leggere i dati “A1” sul disco rigido 1 o a ricostruirli grazie al blocco di parità “Ap”.

La capacità di archiviazione totale di cui può disporre un sistema RAID 5 viene calcolata con la seguente formula:

(Numero dei dischi rigidi - 1) x capacità di archiviazione del disco rigido con minore spazio a disposizione

Se, ad esempio, consideriamo tre hard disk ciascuno con una capacità d 1 terabyte (TB), questo significa che la capacità di archiviazione complessiva equivale a 2 terabyte. Il terabyte rimanente è riservato alle informazioni di parità. Indipendentemente dalle dimensioni totali dello spazio di archiviazione, un sistema RAID 5 è considerato a rischio soltanto se si verifica il crash di due dischi rigidi contemporaneamente. Solitamente questa configurazione prevede un numero dispari di supporti di archiviazione: tre, cinque, sette e così via.

Definizione

Un RAID (Redundant Array of Independent Disks) è una concatenazione di un minimo di due dispositivi di archiviazione in una singola unità logica di grandi dimensioni. La funzione concreta dipende dalla configurazione dei dischi rigidi, definita in livelli, come, ad esempio, il RAID 5. Tra gli aspetti principali rientra la sicurezza e un miglior tasso di trasmissione dei dati.

Il funzionamento del RAID 5 illustrato

Striping e parità sono due aspetti centrali del RAID 5. La particolarità di questo livello RAID dipende sì dalla loro combinazione, ma anche dalla duplicazione delle informazioni di parità su tutti i dischi, così come avviene per i dati utente. Infatti, anche il RAID 4, ad esempio, combina striping e parità, con la differenza però che i blocchi di parità vengono archiviati in un disco rigido dedicato.

Per rendere meglio comprensibile il principio di funzionamento del RAID 5, il seguente schema illustra l’archiviazione dei dati in un sistema di questo tipo composto da tre dischi rigidi.

Panoramica su vantaggi e svantaggi dei sistemi RAID 5

Come già menzionato all’inizio, il RAID 5 si contraddistingue per il buon rapporto tra prezzo e prestazione. Questo dipende da un lato dall’efficienza con la quale viene generata la ridondanza: diversamente da altri sistemi, i file non sono archiviati in molteplici versioni, bensì resi ridondanti grazie ai blocchi di parità. Inoltre, sebbene rispetto alle unità singole si perda in termini di capacità di archiviazione, le concatenazioni RAID 5 mantengono una porzione comparabilmente grande della capacità di archiviazione originale.

Dall’altro, questo tipo di concatenazioni rappresenta una soluzione economica per aumentare la velocità di lettura: lo striping dei dati permette l’accesso parallelo su più parti di uno stesso blocco di dati, così che i dispositivi che hanno avviato la richiesta possano leggere i dati in un tempo nettamente più breve.

Un altro punto di forza del RAID 5 è il minor rischio di mancato funzionamento del sistema. Se uno dei dischi rigidi va fuori servizio a causa di un difetto o se i dati di uno di questi dovessero andare perduti per un qualche motivo, l’operatività rimane comunque garantita. Tuttavia, poiché il processo di ricostruzione dei dati mette a dura prova i dispositivi di archiviazione, per la sua intera durata il rischio di crash aumenta significativamente.

Il principio su cui si basa il RAID 5 non è privo di svantaggi: ogni operazione di scrittura sul cluster dei dischi rigidi è collegato a un’operazione di lettura aggiuntiva, necessaria per verificare e ricalcolare le informazioni di parità presenti. Inoltre, risulta necessario un ulteriore passaggio per dividere i dati paritari relativi ai nuovi dati utente. A confronto con i singoli hard disk e altri livelli RAID come il RAID 0, la velocità di scrittura dei dispositivi appartenenti a un sistema RAID 5 risulta notevolmente minore.

Vantaggi Svantaggi
Rischio di crash minore grazie alla parità Velocità di scrittura comparabilmente ridotta rispetto ai singoli dischi rigidi
Buona relazione qualità-prezzo riguardo alla ridondanza e all’ottimizzazione del processo di archiviazione Capacità di archiviazione dei singoli dischi rigidi limitata a una porzione di quella complessiva

Quali sono gli impieghi tipici del RAID 5?

Il livello RAID 5 offre un buon compromesso tra costi e ottimizzazione delle prestazioni se paragonato ai singoli dispositivi di archiviazione. Una concatenazione di questo tipo ha i suoi punti di forza anche in presenza di un rischio di guasti minore, ragione di per sé già sufficiente a motivarne l’impiego. Il tasso di scrittura significativamente limitato fa sì che questa soluzione di archiviazione risulta però poco interessante per i database con molti file di grandi dimensioni.

In altre parole: il RAID 5 può sfruttare al meglio i propri punti di forza soltanto quando usato per accedere a tanti blocchi di dati di piccole dimensioni. Tra gli scenari di impiego tipici del RAID 5 si annoverano i server destinati alle microtransazioni e i server per database interessati da un elevato numero di operazioni, ma dove la dimensione massima dei file risulti piuttosto contenuta.

N.B.

Un RAID 5 non rappresenta una soluzione di backup! Se smette di funzionare più di un disco rigido alla volta, la maggior parte dei dati non è più ripristinabile. Soltanto i dati di piccole dimensioni rimasti sui dischi rigidi intatti continuano a essere disponibili.

Quali altri livelli RAID comuni esistono?

L’efficiente principio che garantisce parità e ridondanza dei dati non riguarda soltanto il RAID 5: anche il RAID 6 punta su questo stesso principio, suddividendo addirittura le informazioni di parità in doppia versione sui dispositivi di archiviazione. Un modo completamente diverso lo offrono invece i livelli RAID 1 e RAID 10, in quanto usano un meccanismo di replica (mirroring) completo dei dati, ottenendo una ridondanza del cento per cento. Il RAID 0 punta invece esclusivamente sull’aumento della velocità attraverso lo striping, senza offrire alcuna ridondanza.

Nel nostro articolo trovate un confronto dettagliato dei vari sistemi sui livelli RAID a confronto.

Consiglio

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