Kiến Thức
RAID là gì? Tìm hiểu về raid 0, 1, 2, 5, 6, 10
Th4
Trong thời đại số hóa hiện hành, việc lưu trữ và bảo vệ dữ liệu trở nên vô cùng quan trọng. RAID, đóng một vai trò không thể thiếu trong việc tối ưu hóa hiệu suất và đảm bảo an toàn cho dữ liệu của bạn. Tuy nhiên, liệu bạn đã thật sự hiểu rõ RAID là gì và các loại RAID khác nhau được ứng dụng như thế nào? Trong bài viết này, Máy Chủ Vina sẽ giới thiệu về các loại RAID khác nhau như RAID 0, RAID 1, RAID 5, và RAID 10,… cũng như ưu và nhược điểm của từng loại.
Xem thêm: Card RAID dành cho máy chủ DELL
RAID là gì?
RAID là viết tắt của Redundant Array of Independent Disks, là một công nghệ lưu trữ với chức năng gia tăng tốc độ đọc/ghi dữ liệu hoặc nhằm tăng thêm sự an toàn của dữ liệu chứa trên hệ thống đĩa hoặc kết hợp cả hai yếu tố trên. RAID được tạo ra bằng cách kết hợp nhiều ổ cứng vật lý trở thành một hệ thống ổ đĩa cứng, sau đó phân phối dữ liệu trên các ổ đĩa đó.
Để hiểu rõ hơn về RAID, chúng ta có thể tham khảo các thông tin dưới đây
- Khi cài RAID nên sử dụng ổ cứng cùng loại và có dung lượng bằng nhau.
- Việc sử dụng RAID đòi hỏi ổ cứng sử dụng nhiều hơn bình thường, nhưng đổi lại dữ liệu của bạn sẽ được bảo vệ an toàn hơn.
- RAID có thể tương thích với hầu hết các hệ điều hành, từ windows 98, windows xp, windows 11, windows server 2016, MAC OS X, Linux,…
- RAID 0 có dung lượng bằng tổng dung lượng của các ổ cứng( ví dụ: nếu có 2 ổ cứng 1TB cài RAID 0 thì dung lượng sau khi cài là 2TB).
- RAID 1 có dung lượng bằng với dung lượng nhỏ nhất của ổ cứng(ví dụ: nếu có 2 ổ cứng 1TB cài RAID 1 thì dung lượng nhận được là 1TB).
- RAID 5 có dung lượng ít hơn 1 ổ cứng(ví dụ: nếu dùng 5 ổ cứng 1TB cài RAID 5 thì dung lượng sau khi cài RAID 5 là 4TB).
- RAID 6 có dung lượng ít hơn 2 ổ cứng(ví dụ: nếu dùng 5 ổ cứng 1TB cài RAID6 thì dung lượng sau khi cài RAID 6 là 3TB).
- RAID 10 chỉ được cài khi số ổ cứng là chắn(phải từ 4 ổ trở lên). Dung lượng của RAID 10 bằng tổng số ổ chia đôi( ví dụ: nếu sử dụng 10 ổ dung lượng 1TB để cài RAID10 thì dụng lượng sau khi cài là 5TB).
Xem thêm: Hướng dẫn cấu hình RAID cho Server DELL
Lịch sử phát triển của RAID
RAID, được phát triển lần đầu tiên vào năm 1987 tại Đại học California, Berkeley, Hoa Kỳ, ban đầu chỉ ghép các phần đĩa cứng nhỏ hơn thông qua phần mềm để tạo ra một hệ thống đĩa dung lượng lớn. Mục tiêu là thay thế cho các ổ cứng dung lượng lớn có giá cao vào thời điểm đó.
Mặc dù hiện nay không còn tồn tại, Hội đồng tư vấn phát triển RAID (RAID Advisory Board – RAB) đã được thành lập vào tháng 7 năm 1992. Mục tiêu của RAB là định hướng và thiết lập các tiêu chuẩn, định dạng cho RAID. RAB đã xác định các cấp độ RAID (level) và các tiêu chuẩn phần cứng sử dụng RAID. Cụ thể, RAB đã phân loại RAID thành bảy cấp độ từ 0 đến 6.
Xem thêm: Card RAID dành cho máy chủ HPE
- Card RAID HPE Smart Array P408i-p SR Gen10
- Card Raid HPE Smart Array P408i-a SR Gen10
- Card Raid HP Smart Array P440ar
Tìm hiểu về các loại RAID
Theo RAB, RAID được chia thành 7 cấp độ(level), mỗi cấp độ có các tính năng riêng biệt. Phần lớn chúng được xây dựng dựa trên hai cấp độ cơ bản là RAID 0 và RAID 1.
RAID 0
RAID 0 là loại RAID có hiệu suất cao nhất, nhưng không có khả năng phục hồi dữ liệu. Trong RAID 0, dữ liệu được phân phối trên tất cả các ổ đĩa trong nhóm RAID. Điều này giúp tăng tốc độ truy cập dữ liệu, nhưng nếu một ổ đĩa bị hỏng, tất cả dữ liệu trong nhóm RAID sẽ bị mất.
RAID 0 cần ít nhất 2 ổ đĩa (có thể sử dụng 1 ổ đĩa). Tổng quát ta có n đĩa (n >= 2) và tất cả các đĩa là cùng loại.
Ví dụ: Nếu ta sử dụng 2 ổ cứng 1TB để cài đặt RAID 0, sau khi cài đặt xong, hệ thống đĩa của chúng ta sẽ có dung lượng là 2TB.
Ưu điểm: Tăng tốc độ đọc/ghi đĩa: mỗi đĩa chỉ cần phải đọc/ghi 1/n lượng dữ liệu được yêu cầu. Lý thuyết thì tốc độ sẽ tăng n lần.
Nhược điểm: Tính an toàn thấp. Nếu một đĩa bị hư thì dữ liệu trên tất cả các đĩa còn lại sẽ không còn sử dụng được. Xác suất để mất dữ liệu sẽ tăng n lần so với dùng ổ đĩa đơn.
Xem thêm: Card RAID sử dụng cho máy chủ Supermicro
- Card Raid Supermicro AOC-S2208L-H8iR
- Card Raid Supermicro AOC-SAS2LP-H8iR
- Supermicro AOC-SASLP-H8iR, 8-Port SAS/SATA 6Gb
RAID 1
RAID 1 là dạng RAID cơ bản nhất với khả năng đảm bảo an toàn dữ liệu. Giống như RAID 0, RAID 1 cũng yêu cầu ít nhất hai ổ đĩa cứng để hoạt động. Dữ liệu được ghi vào hai ổ đĩa giống hệt nhau (Mirroring). Nếu một ổ bị trục trặc, ổ còn lại sẽ tiếp tục hoạt động bình thường.
Người dùng có thể thay thế ổ đĩa bị hỏng mà không phải lo lắng về việc mất thông tin. Đối với RAID 1, hiệu năng không phải là yếu tố hàng đầu, nên không ngạc nhiên khi nó không phải là lựa chọn hàng đầu cho những người yêu thích tốc độ. Tuy nhiên, đối với những nhà quản trị mạng hoặc những người phải quản lý nhiều thông tin quan trọng, hệ thống RAID 1 là điều không thể thiếu. Dung lượng cuối cùng của hệ thống RAID 1 sẽ bằng dung lượng của một ổ đơn.
Ví dụ: Nếu ta sử dụng 2 ổ cứng 1TB để cài đặt RAID 1, sau khi cài đặt xong RAID 1 sẽ cho hệ thống nhìn thấy duy nhất một ổ RAID 1TB
Ưu điểm: Bảo vệ dữ liệu khỏi bị mất: Dữ liệu sẽ được ghi đều trên 2 ổ đĩa, khi 1 ổ bị hỏng , ổ còn lại sẽ hoạt động bình thường.
Nhược điểm: Tốc độ đọc/ ghi chậm: Vì phải đọc/ghi dữ liệu trên cùng 2 ổ đĩa nên tốc độ đọc ghi bị hạn chế.
RAID 2
RAID 2 là cấp độ RAID duy nhất không sử dụng một hoặc nhiều kỹ thuật “tiêu chuẩn” như mirror, stripe và/hoặc parity (tính chẵn lẻ – là dữ liệu bổ sung được sử dụng cho việc khôi phục).
RAID 2 sử dụng một thứ tương tự như stripe có parity, nhưng không giống như cách được dùng trong các cấp độ RAID 3, 4, 5, 6. Dữ liệu của RAID 2 được stripe ở cấp độ bit, phân bố qua nhiều ổ đĩa dữ liệu và ổ đĩa dự phòng. Các bit dự phòng được tính toán bằng mã Hamming, một dạng Mã Sửa Lỗi (ECC – Error Correcting Code hoặc Error Checking & Correcting).
RAID 5
RAID 5 là một cải tiến của RAID 0, cung cấp cơ chế khôi phục dữ liệu. Các Parity, được sử dụng để khôi phục dữ liệu, được phân bố đồng đều trên tất cả các ổ đĩa cứng.
Giả sử dữ liệu A được chia thành 3 phần A1, A2, A3. Trong trường hợp này, dữ liệu được chia thành 3 phần và lưu trữ trên các ổ đĩa cứng 0, 1, 2 (tương tự như RAID 0). Phần ổ đĩa cứng thứ 3 chứa Parity (Ap) của A1, A2, A3 để khôi phục dữ liệu có thể bị mất ở ổ đĩa cứng 0, 1, 2.
Dữ liệu B được chia thành B1, B2, B3 và Parity của nó là Bp. Theo thứ tự, B1, B2, B3 được lưu trữ tại ổ 0, 1, và 3, trong khi Bp được lưu trữ tại ổ 2. Các Parity được lưu trữ tuần tự trên các ổ đĩa cứng. RAID 5 cho phép tối đa có một ổ đĩa bị hỏng tại một thời điểm. Nếu có nhiều hơn một ổ đĩa bị hỏng tại một thời điểm thì toàn bộ dữ liệu coi như mất hết. RAID 5 yêu cầu các ổ đĩa tham gia RAID phải có dung lượng bằng nhau.
Dung lượng cuối cùng của RAID 5 được tính bằng công thức sau:
Dung lượng của RAID 5 = (Dung lượng của một ổ đĩa) x [(Số lượng các ổ đĩa tham gia RAID) – 1]
Yêu cầu tối thiểu của RAID 5 là có ít nhất 3 ổ đĩa cứng.
RAID 6
RAID 6 có khả năng phục hồi dữ liệu tốt hơn RAID 5 vì nó có thể chịu được hai ổ đĩa bị hỏng mà không bị mất dữ liệu. Tuy nhiên, RAID 6 cũng có hiệu suất thấp hơn RAID 5 vì nó cần thêm một ổ đĩa để lưu trữ dữ liệu kiểm tra.
JBOD
JBOD (Just a Bunch Of Disks) không phải là một loại RAID chính thống, nhưng vẫn sở hữu một số tính năng tương tự và được hỗ trợ bởi phần lớn các bộ điều khiển RAID. JBOD cho phép bạn kết nối một lượng ổ đĩa tùy chọn vào bộ điều khiển RAID (trong phạm vi cổng cho phép) và gom chúng lại thành một ổ cứng lớn để sử dụng trong hệ thống.
Ví dụ: nếu bạn kết nối các ổ đĩa 10GB, 20GB và 30GB, máy tính sẽ nhận diện một ổ cứng 60GB. Tuy nhiên, JBOD không mang lại bất kỳ lợi ích phụ trợ nào, không tăng hiệu suất hoặc bảo vệ dữ liệu, nó chỉ đơn thuần là kết nối và tổng hợp dung lượng.
RAID 10
RAID 10 hay RAID 1+0 là sự kết hợp giữa RAID 1 và RAID 0. RAID 10, mang lại hiệu năng cao hơn RAID 1 nhưng có chi phí cao hơn đáng kể. Trong RAID 10, dữ liệu được sao chép trên các cặp ổ đĩa.
Một số loại RAID khác
Ngoài các loại RAID thông thường, còn có một số loại RAID khác được sử dụng trong các hệ thống máy tính phục vụ mục đích riêng, bao gồm:
- Level 2 (Error-Correcting Coding)
- Level 3 (Bit-Interleaved Parity)
- Level 4 (Dedicated Parity Drive)
- Level 6 (Independent Data Disks with Double Parity)
- Level 10 (Stripe of Mirrors, ngược lại với RAID 0+1)
- Level 7 (thương hiệu của tập đoàn Storage Computer, cho phép thêm bộ đệm cho RAID 3 và 4)
- RAID S (phát minh của tập đoàn EMC và được sử dụng trong các hệ thống lưu trữ Symmetrix của họ)
Ngoài ra, còn có một số biến thể khác như Intel Matrix Storage, cho phép chạy kiểu RAID 0+1 với chỉ 2 ổ cứng hoặc RAID 1.5 của DFI trên các hệ BMC 865, 875. Mặc dù chúng có nhiều điểm khác biệt nhưng đa phần đều là bản cải tiến của các phương thức RAID truyền thống.
Lợi ích của RAID
Ưu điểm của RAID
- Cải thiện hiệu quả chi phí do việc sử dụng các ổ đĩa giá thấp hơn với số lượng lớn.
- Sử dụng nhiều ổ cứng cho phép RAID cải thiện hiệu suất của một ổ đĩa đơn.
- Tăng tốc độ và độ tin cậy của máy tính sau sự cố, tùy thuộc vào cấu hình.
- Việc đọc và ghi có thể được thực hiện nhanh hơn so với một ổ đĩa đơn có RAID 0. Điều này là do hệ thống tệp được chia nhỏ và phân phối trên các ổ đĩa hoạt động cùng nhau trên cùng một tệp.
- Độ sẵn sàng và khả năng phục hồi cao hơn với RAID 5. Với tính năng phản chiếu, hai ổ đĩa có thể chứa cùng một dữ liệu, đảm bảo một ổ sẽ tiếp tục hoạt động nếu ổ kia bị lỗi.
Nhược điểm của việc sử dụng RAID
Tuy nhiên, RAID cũng có những hạn chế. Một số trong số này bao gồm:
- Việc triển khai các ổ RAID lồng nhau(10, 0+1, 0+3, 50) đắt hơn so với các cấp độ RAID truyền thống vì chúng yêu cầu nhiều ổ đĩa hơn.
- Chi phí trên mỗi gigabyte cho thiết bị lưu trữ cao hơn đối với RAID lồng nhau do việc sử dụng nhiều ổ đĩa để dự phòng.
- Khi một ổ đĩa bị lỗi, xác suất một ổ đĩa khác trong mảng cũng sẽ sớm bị lỗi tăng lên, điều này có thể dẫn đến mất dữ liệu. Điều này là do tất cả các ổ đĩa trong mảng RAID đều được cài đặt cùng lúc, do đó tất cả các ổ đĩa có mức độ hao mòn như nhau.
- Một số cấp độ RAID – chẳng hạn như RAID 1 và 5 – chỉ có thể duy trì một lỗi ổ đĩa duy nhất.
- Mảng RAID và dữ liệu trong nó dễ bị tấn công cho đến khi ổ đĩa bị lỗi được thay thế và ổ mới được chứa dữ liệu.
- Bởi vì các ổ hiện nay có dung lượng lớn hơn nhiều so với khi RAID được triển khai lần đầu, việc xây dựng lại các ổ bị lỗi sẽ mất nhiều thời gian hơn.
Tuy nhiên, các cấp độ RAID lồng nhau giải quyết những vấn đề này bằng cách cung cấp mức dự phòng cao hơn, giảm rõ ràng khả năng xảy ra lỗi toàn bộ do lỗi của nhiều ổ cùng một lúc.
Các điều kiện để chạy RAID
Để sử dụng RAID, bạn cần ít nhất một card điều khiển và hai ổ đĩa cứng có dung lượng giống nhau. Các ổ đĩa có thể sử dụng bất kỳ chuẩn nào như ATA, SATA hoặc SCSI, tuy nhiên tốt nhất là chúng nên hoàn toàn giống nhau để đảm bảo hiệu năng tối ưu khi hoạt động ở chế độ đồng bộ như RAID.
Ví dụ, nếu kết hợp một ổ cứng 160GB với một ổ 40GB (bất kể là RAID 0 hay RAID 1), hiệu năng chung của hệ thống chỉ tương đương với một cặp hai ổ cứng 40GB và 120GB sẽ bị lãng phí vô ích. Số lượng ổ đĩa phù hợp sẽ phụ thuộc vào kiểu RAID mà bạn định sử dụng. Chuẩn giao tiếp của các ổ đĩa không quan trọng, nhưng các BMC mới có thể hỗ trợ cả SATA và ATA. Các card RAID có thể là onboard hoặc rời và chúng tập trung các cáp dữ liệu nối các đĩa cứng trong hệ thống RAID, xử lý toàn bộ dữ liệu đi qua đó. Nếu BMC không tích hợp RAID, bạn có thể mua card điều khiển PCI trên thị trường với giá rẻ. Tuy nhiên, việc chọn mua BMC có tích hợp RAID là một trong những giải pháp cải thiện hiệu năng hệ thống và đảm bảo an toàn dữ liệu.
Các khay hoán đổi nóng ổ đĩa là một thành phần tùy chọn trong hệ thống RAID, nhưng đôi khi lại rất hữu ích. Chúng cho phép thay thế ổ đĩa bị lỗi mà không cần tắt hệ thống (chỉ cần mở khóa, rút ổ đĩa và cắm ổ mới vào). Các khay này thường được sử dụng với ổ cứng SCSI và đặc biệt quan trọng đối với các hệ thống máy chủ cần phải hoạt động liên tục.
Về phần mềm, việc cài đặt RAID trên hầu hết các hệ điều hành hiện đại rất đơn giản, đặc biệt là trên Microsoft Windows. Nếu sử dụng Windows XP, việc bổ sung RAID cũng rất dễ dàng. Trình điều khiển là điều quan trọng nhất, nhưng nếu chúng được cung cấp kèm theo thiết bị thì việc cài đặt sẽ đơn giản hơn. Nếu bạn gặp khó khăn trong quá trình cài đặt RAID, hãy tham khảo phần sau của bài viết để tìm giải pháp.
Khi nâng cấp hệ thống lên RAID, có hai trường hợp phải xem xét. Nếu hệ thống RAID được sử dụng để lưu trữ hoặc trao đổi thông tin với tốc độ cao, thì việc cài đặt rất đơn giản. Tuy nhiên, nếu bạn dự định sử dụng hệ thống RAID để cài đặt hệ điều hành hoặc phần mềm, thì quá trình cài đặt sẽ rất phức tạp và phải thực hiện từ đầu.
Chọn kiểu RAID
Khi bạn muốn cài RAID cho hệ thống của mình, việc lựa chọn kiểu RAID phù hợp là rất quan trọng. Có nhiều giải pháp RAID để bạn lựa chọn, bao gồm: RAID 0, 1, 5, 6, 10,.. Trong số đó, RAID 0 và 1 là những giải pháp tiết kiệm nhất và thường được sử dụng rộng rãi trên các dòng BMC hiện tại. Tuy nhiên, RAID 5, 6 và 10 thường chỉ được sử dụng trên những loại cao cấp, có giá thành cao.
RAID 0 có tốc độ truyền dữ liệu cao nhất, nhưng cũng là kiểu RAID dễ hỏng nhất. Ví dụ, nếu bạn sử dụng 4 đĩa cứng trong RAID 0, tốc độ truyền dữ liệu có thể lên tới hơn 100MB/s – một con số rất hấp dẫn đối với bất kỳ người dùng PC nào.
Tuy nhiên, khả năng mất dữ liệu cũng tăng lên gấp 4 lần, vì đĩa cứng máy tính là một sản phẩm có chuyển động và sẽ bị “lão hóa” dần sau thời gian sử dụng. Ngoài ra, trục trặc điện lưới hay lỗi phần điều khiển cũng có thể dẫn đến mất dữ liệu. Vì vậy, RAID 0 không phù hợp để lưu trữ dữ liệu lâu dài, nhưng nó lại là giải pháp tốt cho các ổ đĩa tạm cần tốc độ cao, chẳng hạn như lưu trữ cơ sở dữ liệu web. Nếu bạn định sử dụng RAID 0 lâu dài, bạn nên bổ sung thêm một vài ổ cứng và chuyển sang hệ thống RAID 0+1, điều này rất lý tưởng nếu bạn có nguồn tài chính lớn.
Nếu chỉ sử dụng RAID 1 một mình thì không có tác dụng gì khác ngoài việc tạo ra một ổ đĩa mới giống hệt ổ chính. Thông thường, người dùng không quan tâm đến RAID 1 nếu chỉ lưu trữ và quản lý các tài liệu thông thường. Tuy nhiên, với những người cần lưu trữ và quản lý các thông tin quan trọng như máy chủ lưu trữ thông tin khách hàng hoặc tài khoản, RAID 1 trở thành lựa chọn hữu ích. Nếu sử dụng RAID 1, hãy cân nhắc bổ sung thêm khay tráo đổi nóng để phục hồi dữ liệu nhanh chóng hơn bằng cách tháo lắp ổ đĩa và sao chép sang ổ mới trong khi hệ thống đang hoạt động.
Đối với hệ thống RAID được xây dựng từ 4 đĩa cứng trở lên, RAID 5 là lựa chọn hàng đầu nhờ khả năng kết hợp sửa lỗi và tăng tốc. Nếu bạn đang lên kế hoạch xây dựng một hệ thống RAID, RAID 5 chắc chắn là giải pháp tối ưu.
Các hình thức kết hợp RAID, chẳng hạn như RAID 0+1 hoặc RAID 50 (5+0), thường kết hợp các đặc tính của các hình thức RAID cơ bản. Tuy nhiên, bạn cần cân nhắc trước khi sử dụng vì chi phí cho các linh kiện khá cao. Dưới đây là bảng tổng hợp để bạn có lựa chọn loại RAID phù hợp cho mục đích sử dụng:
Chọn phần cứng
Trước khi lựa chọn thiết bị linh kiện phù hợp với hệ thống RAID, bạn cần chú ý đến chipset điều khiển RAID. Hiện nay có 2 loại bộ điều khiển RAID chính được sử dụng phổ biến là bộ điều khiển RAID tích hợp và bộ điều khiển RAID chuyên dụng.
Bộ điều khiển tích hợp bao gồm:
– Intel ICH5R, ICH6, ICH7 cùng với dòng i865/875/915/925/945/955
– nVIDIA nForce2-RAID (AMD), nForce 3 Series (AMD A64), nForce 4 Series (AMD A64/ Intel 775)
Bộ điều khiển chuyên dụng bao gồm:
– Các card RAID chuyên dụng đến từ các hãng như DELL, HPE, Supermicro, LSI,…
-
- Card RAID của DELL: H330, H330 mini, H730, H740, H740P,…
-
- Card RAID của HPE: P440ar, P408i, H240,…
Các loại RAID tích hợp thường có độ trễ thấp và dễ sử dụng so với card RAID chuyên dụng, card raid chuyên dụng thường dễ thay đổi, tháo lắp khi cần thiết. Tuy nhiên, giá của card raid chuyên dụng lại có giá đắt hơn so với card raid tích hợp.
Đối với ổ cứng, nên chọn các loại có khả năng truyền dữ liệu lớn và tốc độ truy xuất nhanh. Tốc độ truy xuất (Access Time) càng nhỏ càng tốt, chỉ định thời gian cần thiết để đĩa cứng tìm thấy dữ liệu cần dùng. Ngoài ra, nên chọn ổ cứng có bộ đệm lớn (8MB trở lên), và các công nghệ như Seagate NCQ có thể tăng hiệu suất làm việc đáng kể. Tốt nhất là nên chọn các ổ cứng giống nhau để tránh ảnh hưởng đên hiệu suất của RAID.
Tổng kết
Đối với hệ thống RAID dữ liệu của bạn được bảo vệ an toàn hơn. Việc đa dạng kiểu RAID giúp bạn có thể lựa chọn kiểu RAID phù hợp với nhu cầu sử dụng của mình. Đối với các loại dữ liệu không quan trọng, việc lữa chọn RAID 0 giúp bạn tối ưu về mặt tốc độ trong việc đọc/ghi dữ liệu. Với những dữ liệu quan trọng hơn lên lựa chọn RAID 5,6,10 để bảo vệ dữ liệu tốt hơn, trong trường hợp các ổ cứng bị hỏng vẫn có các ổ cứng dự phòng thay thê trong thời gian đợi thay thế ổ cứng bị hỏng.
