Applicazioni dei sistemi RAID

Applicazioni dei sistemi RAID

RAID 0 Striping

E' un tipo di sistema Raid ideale per gestire un intenso flusso dati, come files sequenziali di grande estenzione (editing video, audio e grafica) o applicazioni di dati casuali tipo data base, file server e web server. Normalmente, non è molto costoso ed è di facile utilizzo anche se, implementandolo, aumentano le prestazioni del sistema rispetto ad un singolo hard disk grazie all'operazione di striping. In tal senso, si aumentano le operazioni di I/O e soprattutto si noteranno miglioramenti dei tempi di scrittura dei dati.

Questa particolare caratteristica del RAID 0 non è da sottovalutare in quanto, per esempio, confrontandolo con il RAID 1, quest'ultimo offre lo stesso miglioramento nella fase di lettura ma non di scrittura. Questo tipo di livello Raid è consigliabile nel caso in cui si vogliano aumentare le prestazione senza però, prestare molto interesse alla sicurezza dei dati in esso contenuti; infatti, il Raid 0 non essendo ridondante, non aumenta l'affidabilità e, senza fault tollerance si rischia di perdere tutti i dati. In questo caso, è necessario rivolgersi a professionisti del recupero dati.

RAID 1 Mirroring

Il RAID 1 utilizzando il sistema Mirroring aumenta sicuramente il grado di fault tollerance e, permettendo il recupero dei dati anche in caso di danneggiamento del disco di boot, è sicuramente consigliabile in quei contesti dove il sistema è critico. L'affidabilità, data dalla copia "a specchio" su più unità, può essere incrementata anche per quanto riguarda il trasferimento dati, implementando un accesso parallelo a tutti i dischi dell'array. La transfer rate può essere potenziata anche dall'impiego di un processore dedicato al controller o dall'aggiunta di più controller SCSI, migliorando anche la ridondanza.

Dunque, per queste vantaggiose qualità il RAID 1 è impiegato soprattutto quando la sicurezza dei dati è fondamentale. Inoltre, è largamente diffuso grazie ai bassi costi di implementazione e semplicità di utilizzo e gestione, offrendo anche la possibilità di una versione software, già utilizzando il comunissimo Windows Home Edition.Uno degli svantaggi è dovuto alla doppia scrittura, prima su uno e poi sull'altro disco, implicando una riduzione delle prestazioni di scrittura.

Come il resto dei livelli, il RAID 1 è soggetto a perdita dati a causa di cancellazioni dell'operatore o infezione da virus e danni di un certo livello al sistema. Come centro di recupero dati, spesso ci siamo trovati a dover lavorare su RAID 1 che hanno subito un effetto White Hole, verificabile quando si interrompe l'alimentazione di corrente mentre si stanno effettuando operazioni di scrittura.

RAID 2 Byte Striping

Come detto in precedenza il RAID 2 è stato definito solo teoricamente nonostante l' elevata affidabilità dei dischi, che lo renderebbero quasi del tutto non soggetto ad un eventuale recupero dei dati; la sua mancata implementazione è attribuibile quasi esclusivamente agli alti costi non solo degli hard disk necessari ma, anche del controller dell'array. Le alte prestazioni e la sicurezza dei dati sono di fatto garantite dalla sua peculiare architettura, basata su uno tecnica di scrittura striping affiancata da dischi ECC con codice correttore Hamming, che permette il controllo immediato degli errori di singoli bit.

Purtroppo, l'elevato costo non è solo attribuibile al numero degli hard disk sufficienti per effettuare la memorizzazione dei codici di errore ma, anche dal controller necessario per gestire un così complesso sistema, rendono impossibile la sua pratica implementazione. Idealmente, questa struttura del RAID 2 sarebbe congeniale per situazioni di gestione dati in cui è molto alta la possibilità di errore come, per esempio, nel caso di letture sequenziali dei dischi, grazie alla sincronizzazione delle testine dei dischi. 

 RAID 3 Byte Striping con Disco Dedicato alla Parità 

Questo livello di Raid utilizza lo striping a livello di byte con parità dedicata in modo che, gli hard disk di striping aumentino in velocità avendo un disco completamente dedicato alla ridondanza: nello specifico però, le buone prestazioni in velocità sono meno vantaggiose in fase di scrittura. Solitamente costituito da un minimo di 3 dischi, di cui uno solo dedicato all'operazione di parità e gli altri allo striping, il RAID 3 offre un evidente risparmio economico rispetto al RAID 1 o RAID 0+1 poiché, necessita di un solo disco addizionale dedicato alla parità.

Questo livello è il primo, rispetto a quelli visti in precedenza, che presenta la ridondanza con la parità e di conseguenza, la caratteristica dell' hot swap per cui, possiamo sostituire il disco rigido in fault senza arrestare l'array, aumentando di conseguenza il livello di sicurezza. Nel caso in cui l'hard disk in fault fosse proprio quello della parità, i dati no vanno comunque persi e, sostituendolo, si ripristina la sicurezza del sistema. Inoltre, avendo una dimensione di stripe ridotta, è ideale per chi produce e lavora con files di grandi dimensioni.

Concludendo, il RAID 3 offre un basso rischio di incorrere in un recupero dati quindi, consigliabile per i sistemi che richiedono un alto grado di sicurezza transfer rate e buone performance in fase di lettura mentre, perde un pò di performance in fase di scrittura. Tutto sommato, rispetto ai RAID 0 e 0+1 è più economico anche se, a parità di numero di dischi implementati e migliori performances, è preferibile il RAID 5.

RAID 4 Striping a Blocchi con Disco Dedicato alla Parità

Considerato un buon compromesso tra il RAID 3 e il 5, il RAID 4 si basa su una scrittura dati a blocchi come nei livelli 5 o 3 e, richiede un solo disco dedicato alla parità (come per il livello terzo), permettendo un eventuale recupero dati. Un vantaggio derivato dall'uso di un block striping, è costituito sicuramente dalla libertà di poter gestire la grandezza delle stripe in base alle esigenze. La creazione di informazioni di parità però, vanno a rallentare le operazioni di scrittura mentre, quelle di lettura, se confrontate con il RAID 0 sono molto più veloci.

In termini economici risulta comunque meno dispendioso rispetto al RAID 1 e il RAID 3 in quanto, il RAID 4 necessita di un solo hard disk addizionale, indipendentemente dal numero dei dischi di striping che implementiamo al contrario del primo livello, che invece ci costringe al raddoppio di ogni disco presente nel sistema. Naturalmente, a parità di sicurezza dei dati in caso della rottura di un solo disco, il RAID 4 è nettamente meno performante se confrontato con il primo livello. 

Infatti, in fase di modifica delle informazioni, è necessario rileggere tutte le stripe corrispondenti e computare nuovamente la parità; ugualmente accade in fase di scrittura dove, il disco di parità viene coinvolto creando un effetto a collo di bottiglia in caso di scrittura di grandi files che, va a compromette seriamente le prestazioni del sistema (accade anche nel terzo livello di Raid). Per ovviare a ciò, è necessario acquistare strumentazioni atte a ridurre questo rischio, come per esempio la Cache White Back, con ulteriore incremento dei costi. Con il RAID 4 è possibile la sostituzione del disco danneggiato a sistema avviato (hot swap) ma, in generale è superato dal RAID 5 che, con lo stesso numero di dischi, offre migliori prestazioni.

RAID 5 Parità Distribuita

In quanto a prestazioni e sicurezza, il RAID 5 è simile al quarto livello, con le dovute eccezioni:

Per il resto, presenta le stesse caratteristiche vantaggiose del quarto livello: offre la possibilità di scelta delle dimensioni delle stripe per adattarle alle esigenze particolari dell'operatore; unisce le prestazioni garantite dallo striping a blocchi insieme a quelle di parità, senza avere un disco dedicato a questa operazione e, permette la sostituzione del disco danneggiato a sistema avviato (hot swap). Grazie alla parità distribuita, è possibile implementare una cache sul controller, per sopperire alle basse prestazioni in velocità di scrittura dati. Inoltre, l'array risulta meno dispendioso non avendo necessità di un solo disco addizionale.

Fornendo in generale una buona combinazione tra prestazioni, affidabilità e capacità di memorizzazione dati è generalmente il più utilizzato. Sicuramente per la sua larga diffusione, il RAID 5 è quello che più spesso ci troviamo a sottoporre a un processo di recupero dati: per la sua parità distribuita, il recupero si fa più complesso rispetto ad altri e, a renderlo più difficile, può presentarsi un RAID 5 in una delle sue cinque varianti strutturali (parità sincronica a sinistra o a destra, parità asincronica a sinistra o destra e parità ritardata).

RAID 6 Doppia Parità Distribuita

Con un minimo di quattro dischi rigidi in array e un numero massimo di due difettosi in concomitanza consentiti, il RAID 6 è nettamente superiori rispetto agli altri in termini di affidabilità ma, comunque meno utilizzato del quinto poichè, il fault di due dischi contemporaneamente è poco probabile. Sicuramente raccomandabile a chi mette la sicurezza dei dati al primo posto considerando che, in quanto a prestazioni di lettura è paragonabile quasi al precedente livello di RAID mentre, in scrittura non si verificano significativi miglioramenti.

Purtroppo, le sue prestazioni in lettura già con un solo disco difettoso peggiorano in modo sensibile perchè, il ricalcolo dei blocchi persi  avviene attraverso la lettura dell'intera riga. Inoltre, il recupero dei dati da RAID 6 è molto più complicato, anche se non impossibile, in quanto utilizza due diverse funzioni di parità contemporaneamente, ottenendo due diversi stripe di parità per riga (di norma uno delle due funzione corrisponde allo XOR). L'uso di due funzioni diverse, si rende necessario per l'individuazione delle posizioni delle stripe quindi, oltre alla funzione XOR è necessario utilizzare il codice Reed-Solomon che, attribuisce diversa numerazione in base della posizione delle stripe (diversamente dalla funzione XOR).

Anche se più affidabile, d'altro canto il RAID 6 rispetto al livello precedente è molto più costoso, soprattutto per l'aumento della qualità del controller e l'aggiunta di un disco per la memorizzazione della stessa quantità di dati. Teoricamente, nel RAID 6 anche può verificarsi il fenomeno di White Hole in fase di scrittura. Quelli disponibili sul mercato non sono RAID standard ma, implementati da ditte produttrici di controller che, tentano di miscelare le caratteristiche vantaggiose dei vari livelli di RAID.

RAID 1+0  Mirroring + Striping

Detto anche 10, questo livello di Raid coniuga i benefici dei livelli 1 e 0: con la tecnologia Mirroring e Striping insieme, si cerca di ottenere sia un aumento della sicurezza che, delle prestazioni delle operazioni I/O. Calcolando che servono almeno due dischi per la duplicazione dei dati e due per avere buone prestazioni, questo livello parte già da un minimo di quattro dischi in array e, aumentando la capacità complessiva del drive, proporzionalmente al numero dei dischi dedicati allo striping, aumentano di pari passo quelli dedicati al Mirroring. Alla luce di ciò, indubbiamente il RAID 10 non è economico ma, ideale per chi desideri avere sicurezza e prestazioni allo stesso livello di qualità, considerando però che il 50% della capacità dell'array viene impiegata per mantenere le informazioni di parità.

Utilizzando un tipo di annidamento contrario al RAID 0+1, la combinazione RAID 1+0 ha più tolleranza ai guasti e citando una fonte internet "Fintanto che un drive in un set in mirroring è attivo, l'array può continuare a funzionare. Teoricamente, si possono avere fino alla metà dei drive guasti prima di perdere tutto. L'opposto del RAID 0+1". Concludendo, si può dire che in caso di eventuale danneggiamento di ognuno dei dischi dell'array in RAID 1, non si va incontro a perdita dati mentre, in caso di fallimento del controller il recupero dati avviene allo stesso modo del RAID 0.

RAID 0+1 

Come il livello precedente, il RAID 0+1 fa parte di quei modelli di Raid annidato ed è una combinazione dei livelli di RAID 0 e 1, seppure diversamente combinati: un si fatto livello, al minimo della sua complessità, è composto da due diversi array in RAID 0 implementati in RAID 1. Anche se molto simili, i due hanno un grado di fault tollerance distinto infatti, con il RAID 0+1 si è più soggetti a perdita e recupero dei dati rispetto all'altro.

 

Per una maggiore chiarezza delle prestazioni in lettura e in scrittura dei vari livelli di RAID e della velocità e delle dimensioni delle stripe, vi rimandiamo ad alcuni diagrammi di analisi effettuate dagli esperti della rivista Tom's Hardware.

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