O que é Redundant Array of Independent Disk (RAID): catacterísticas e funcionalidades

RAID é a abreviação para Redundant Array of Independent Disk, ou em tradução livre, Conjunto Redundante de Discos Independentes. Essa é uma tecnologia baseada em montar arranjos onde dois ou mais HD´s e/ou SSD´s funcionarão em conjunto com o objetivo de aprimorar a segurança e performance de computadores, servidores e storages.

Cada  nível de arranjo possui características próprias, necessita de requisitos mínimos de hardware e soluciona diferentes problemas. Variáveis importantes como tempo de resposta do sistema, custo de implementação e aplicação são apenas alguns dos pontos a serem analisados antes da escolha do RAID mais adequado para atender a demanda específica. Para que qualquer arranjo de disco funcione bem é desejável utilizar discos de mesma capacidade, tecnologia e velocidade.

Tipos de arranjos RAID mais utilizados

Pelo fato de serem planejados para atender aplicações distintas, cada tipo de RAID possui prós e contras a ser considerados. A seguir uma breve explanação sobre os arranjos de discos mais comuns e respectivas características, citando as vantagens e desvantagens de cada configuração. As configurações podem ser: RAID 0, RAID1, RAID5, RAID 6, RAID 10, RAID 50 e RAID 60.

RAID 0

Esse arranjo de discos utiliza dois ou mais discos com a finalidade da maximização do desempenho ao armazenar e acessar informações. A técnica também é conhecida como Stripping Array ou fracionamento e é considerada o nível de configuração RAID mais rápido, porém o menos seguro se considerado as outas configurações. 

A lógica da configuração RAID 0 consiste em distribuir os dados a serem armazenados no disco, gravando a informação particionada em diversos discos de forma simultânea. Dessa forma, a gravação (ou leitura) dos dados utiliza todos os discos do arranjo, sem necessidade de efetuar nenhum cálculo para a geração de paridade.

Em consequência do alto desempenho obtido por esta configuração, o RAID 0 perde em questões de segurança, não proporcionando nenhuma tolerância a falhas. Caso um dos discos apresente problemas, todos os dados armazenados estarão comprometidos.

A concepção física da configuração pode ser verificada na figura 1, abaixo:

RAID 1

A configuração do desta modalidade de arranjo é popularmente conhecida como espelhamento ou replicação. Esse tipo de arranjo físico de discos é ideal para micro e pequenas empresas ou atividade em home office, sendo implementado com apenas dois discos. Os dados são gravados de forma simultânea em ambos os discos, fazendo portanto uma cópia em tempo real dos dados sem interferência de um operador. 

O inconveniente desse tipo de configuração é a redução de capacidade bruta, pois pelo dato dos dados serem gravados de forma redundante em ambos os discos, a capacidade liquida de armazenamento corresponde a 50% da capacidade total.  Outra desvantagem a citar é que ao montar o arranjo com discos de capacidades diferentes, prevalecerá a capacidade do disco de menor capacidade. Por este fato recomenda-se que ambos os discos sejam de igual capacidade. 

A principal vantagem desse arranjo de discos é a segurança gerada peara os dados armazenados, pois mesmo que um dos discos falhe, os dados gravados estarão seguros e disponíveis no outro disco, possibilitando assim que o discos com falha seja substituído e a matriz de redundância seja feita novamente, evitando que nenhum dado seja perdido e o uso do dispositivo seja interrompido. Tal fato aumenta o índice de disponibilidade e confiança no sistema. 

Caso ocorra falha simultânea em ambos o discos, algo raro de acontecer, mas existe probabilidade, daí há que recorrer a cópia de backup que deve ser baixado nos discos novos. Além disso, storages de gerações atuais como as configurações denominadas de Network Attached Storage (NAS) possuem mecanismos de segurança adicional, como o envio de e-mail ao administrador caso ocorra alguma falha em algum dos discos. Esse dispositivo é equipado usualmente com fontes de alimentação de energia redundante e com slots de disco tipo hot swap, permitindo que o disco com falha seja substituído sem que haja a necessidade de desligar o equipamento.  

A concepção física da configuração pode ser verificada na figura 2, abaixo:

RAID 5

A configuração RAID 5 é conhecida também como "Strip Set com paridade"  e é a evolução das configuração acima apresentadas. Este tipo de configuração é muito utilizada em servidores com no mínimo três discos instalados, pois cria uma camada de redundância, sacrificando parte da capacidade dos discos para a segurança dos dados armazenados. 

Nesta configuração os bits de paridade são criados e acrescentados aos dados, gravados de forma alternada em todos os discos que fazem parte do arranjo. Caso um dos discos tenha algum tipo de falha durante o seu funcionamento, nenhum dado será perdido. O mecanismo de paridade é a segurança do sistema que possibilita a reconstrução dos dados sem perda da informação. É um tipo de configuração aconselhável para aplicações utilizadas no cotidiano das pequenas e médias empresas com até oito discos. 

O espaço reservado para segurança dos dados nesse tipo de configuração sempre será equivalente a um disco de arranjo, independentemente da quantidade total, de discos, sendo que todos terão o mesmo espaço sacrificado. Por este fato, quanto mais discos no encadeamento, menor será a área de armazenagem comprometida com a área destinada ao controle da paridade.

A concepção física da configuração pode ser verificada na figura 3, abaixo:

RAID 6

Esta configuração é um arranjo com características próximas ao RAID 5, mas acrescentando dupla paridade aos dados gravados. Isso significa que no RAID 6 até dois discos podem falhar simultâneamente sem a perda de dados, porém o dobro de espaço será utilizado para gravar a paridade e manter a redundância do sistema.

Assim, em uma configuração deste tipo com oito discos, a capacidade total disponível será a multiplicação do valor de seis discos, sendo que dois discos será ocupados para armazenamento do controle de paridade.

A medida que se estabelece o aumento do número de discos em um arranjo desse tipo é possível a minimização do espaço proporcional destinado ao controle de paridade. Essa configuração torna-se viável em termos técnicos a partir do arranjo de quatro discos e utilizada para atender a demanda específica em relação a ambientes que não pode ter as suas operações interrompidas. 

A concepção física da configuração pode ser verificada na figura 4, abaixo:

RAID 10 ou RAID 1+0

Esse arranjo é feito a partir da combinação de dois ou mais subgrupos de espelhamentos agrupados numa única matriz. Para a configuração de um arranjo RAID 10 são utilizados pelo menos quatro discos, onde são criadas combinações de dois ou mais grupos RAID 1 para gravação simultânea (RAID 0).

A principal característica desse arranjo de discos é a união entre desempenho e segurança, pois oferece um desempenho superior na transferência de dados sem comprometer a integridade das informações caso ocorra alguma avaria em um dos discos. 

A desvantagem apontada nesse tipo de arranjo é a quantidade elevada de discos que são necessários para produzir os benefícios citados, fator este que em muitas situações torna-se inviável se considerado o custo benefício. 

A concepção física da configuração pode ser verificada na figura 5, abaixo:

RAID 50 ou 5 + 0

Como no arranjo anterior, esse tipo de arranjo de discos combina também duas configurações já citadas: pelo menos dois arranjos RAID 5 e um RAID 0. Essa configuração é voltada para instalações equipadas com no mínimo seis discos no mesmo gabinete, tornando-se economicamente viável com sistemas de nove discos, por meio da criação de três subgrupos RAID 5.

Com a exigência mínima de dois subgrupos de três discos, esse nível de arranjo possui um disco de paridade por subgrupo e garante que o sistema continue operando mesmo que dois discos tenham algum tipo de avaria simultaneamente, desde que sejam de subgrupos distintos. 

A concepção física da configuração pode ser verificada na figura 6, abaixo:

RAID 60 ou 6 + 0

Este tipo de configuração também combina dois arranjos de disco já citados, pois é um arranjo hibrido que une duas configurações RAID num único pool de discos: RAID 6 e RAID 0. Com a exigência mínima de oito discos e dois subgrupos de RAID 6 montados no mesmo pool, esse sistema mantém dupla paridade por subgrupo. Isso garante que o sistema permaneça funcionando mesmo que quatro discos sofram algum tipo de avaria simultaneamente, sem que ocorra algum tipo de perda de dados. 

A concepção física da configuração pode ser verificada na figura 7, abaixo:

Como escolher a melhor configuração RAID

Não existe nenhum configuração melhor que outra, pois a melhor configuração é aquela que cumpre os requisitos da necessidade de cada tipo de aplicação ou porte do negócio. Há que levar em consideração variáveis como desempenho, nível de segurança e tolerância a falha para a continuidade dos negócios. Tudo isso deve ser confrontado com a capacidade de investimento do negócio. Há que colocar as vantagens e desvantagens de cada configuração alinhado com as necessidades reais e efetivas do negócio para analisar o custo benefício da melhor opção. Segurança e tolerância a falha devem falar mais alto do que desempenho em ambientes onde a capacidade de investimento é limitada. Este pode ser um critério para a definição da melhor opção. Por outro lado há que ter  em mente que cada caso é um caso e deve ser analisado e avaliado frente as demandas, mas deve se reiterar que o mais importante é que dados não sejam perdidos, lembrando que não importa a configuração, mas a execução de uma rotina de backup dados sempre tem que fazer parte da política de segurança, onde uma cópia deve idealmente ser off site, e, preferencialmente em nuvem já que há diversas opções no mercado com preços acessíveis a qualquer porte de negócio.