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.