RAID Là Gì? Cách Hoạt động Và Tính Năng ưu Việt Của RAID - BKHOST

RAID được ứng dụng vào các ổ đĩa như thế nào? Việc lưu trữ thông tin bằng cách mã hoá thông qua RAID đem lại những hiệu quả gì và tại sao lại được sử dụng nhiều trong các công ty hay tổ chức máy tính? Hãy cùng BKHOST tìm hiểu ngay trong bài viết sau đây.

RAID là gì?

RAID được sử dụng như một phương pháp lưu trữ các dữ liệu trên nhiều đĩa cứng khác nhau cùng với nhau để đảm bảo an toàn cho các dữ liệu trên hệ thống nếu một trong số các ổ đĩa bất kỳ bị hỏng. Tuy nhiên, có các cấp độ RAID khác nhau và không phải tất cả đều có mục tiêu cung cấp ổ địa dự phòng.

RAID hoạt động như thế nào?

RAID hoạt động bằng cách sao chép dữ liệu trên nhiều ổ cứng với tính năng chuyển đổi input/output giúp cân bằng và cải thiện hiệu suất.

Hệ điều hành của RAID được thiết lập tương tự như một ổ đĩa logic duy nhất trên hệ thống. Đồng thời RAID có khả năng sao chép và phân tán các dữ liệu trên nhiều ổ đĩa giúp không gian lưu trữ được chia thành các đơn vị khác nhau từ một sector 512 byte đến vài megabyte. Mỗi sọc trên các đĩa được thiết kế xen kẽ và hoạt động theo thứ tự cho phép việc sao chép và ghi nhớ được tích hợp trong một mảng RAID.

Trường hợp hệ thống có một người dùng thì các sọc thường được chia thành các đơn vị nhỏ để một bản ghi có thể mở rộng ra các đĩa khác nhau nhằm cải thiện hiệu suất truy cập trong một khoảng thời gian cụ thể. Trường hợp có nhiều người dùng thì hệ thống sử dụng input/output để cải thiện hiệu suất hoạt động của dữ liệu có kích thước vừa và lớn trên các ổ đĩa.

Bộ điều khiển RAID (RAID controller)

Bộ điều khiển RAID (RAID controller) là một thiết bị cho phép quản lý toàn bộ các dữ liệu đi qua các ổ đĩa giúp cải thiện hiệu suất và bảo vệ các dữ liệu trong trường hợp xảy ra các sự cố.

Bộ điều khiển RAID hoạt động dựa vào hai yếu tố phần cứng và phần mềm:

• RAID trên phần cứng có chức năng như một bộ điều khiển quản lý hệ thống mạng và hỗ trợ định dạng các ổ đĩa như Serial Advanced Technology Attachment và Small Computer System Interface. Một bộ điều khiển RAID vật lý cũng có thể được tích hợp vào bo mạch chủ trên máy tính.
• RAID trên phần mềm dựa vào các tài nguyên của phần cứng để xử lý trung tâm và bộ nhớ. Tuy nhiên, RAID trên phần mềm không hỗ trợ cải thiện hiệu suất hoạt động của các ứng dụng chạy trên máy chủ.

Thay vì lựa chọn RAID trên phần mềm vì hay xảy ra các vấn đề không tương thích hay RAID trên phần cứng gây tốn kém, có một giải pháp hiệu quả hơn đó là sử dụng firmware hoặc RAID dựa trên trình điều khiển.

Tương tự như RAID trên phần mềm, các chip của bộ điều khiển RAID hoạt động dựa vào firmware trên bo mạch chủ và được thực hiện bởi CPU. Tuy nhiên, firmware của RAID chỉ được thực hiện khi quá trình khởi động được kích hoạt và bắt đầu tiếp nhận quản lý các chức năng cần thiết.

Firmware của RAID giúp giảm thiểu chi phí nhưng lại gây rắc rối cho CPU và được chia làm hai loại đó là RAID lai và RAID giả.

Các cấp độ RAID phổ biến

RAID được phát triển thành nhiều phiên bản với 6 cấp độ từ 0 đến 5 và được chia thành ba loại chính là RAID tiêu chuẩn chung, RAID tích hợp và RAID tiêu chuẩn riêng.

RAID tiêu chuẩn chung

RAID 0 có chức năng phân chia dữ liệu giúp cung cấp hiệu suất hoạt động tốt nhất nhưng không có dự phòng và khả năng chịu lỗi.

RAID 1 được tích hợp từ 2 hoặc nhiều ổ đĩa có chức năng sao chép và lưu trữ các dữ liệu trên hệ thống giúp cho hiệu suất đọc được cải thiện tốt hơn.

RAID 2 được thiết kế với các dải đĩa nhằm mục đích để lưu trữ thông tin kiểm tra và sửa các lỗi (ECC).

RAID 3 với kỹ thuật sử dụng cơ chế lưu trữ thông tin bằng Parity cho phép nhúng các thông tin ECC để tìm ra các vấn đề lỗi. Bởi vì thao tác chuyển đổi input/output đã giúp RAID 3 xử lý các ổ đĩa cùng một lúc cho phép thực hiện phục hồi các dữ liệu bằng các thông tin độc quyền được ghi lại trên các ổ đĩa.

RAID 4 có tính năng cho phép người dùng đọc được tất cả các bản ghi trên mọi ổ đĩa của hệ thống. Các thao tác chuyển đổi input/output được áp dụng cho việc đọc bản ghi dễ dàng hơn.

RAID 5 có các khối chẵn lẻ cho phép các thông tin được lưu trữ trên nhiều đĩa và đảm bảo các dữ liệu hoạt động được an toàn. RAID 5 yêu cầu số đĩa ít hơn so với RAID 0 và được khuyến cáo sử dụng năm đĩa để đảm bảo hiệu suất tốt nhất. Tuy nhiên, nếu một đĩa của RAID 5 bị hỏng sẽ gây tốn kém thời gian sửa chữa và khắc phục.

RAID 6 tương tự với phiên bản 5 nhưng được thiết kế thêm khối chẵn lẻ thứ 2 được phân phối trả phí trên các ổ đĩa nhằm hỗ trợ hiệu suất hoạt động của RAID ngay cả khi có lỗi xảy ra.

RAID tích hợp

Một số RAID được tích hợp với nhau như:

RAID 10 được tích hợp giữa RAID 1 và RAID 0 cung cấp hiệu suất hoạt động của dữ liệu cao hơn nhưng tốn kém hơn. Trong RAID 1 + 0, dữ liệu được sao chép và đọc.

RAID 01 được tích hợp giữa RAID 0 và RAID 1 và có phương pháp tổ chức khác so với RAID 10. Trong RAID 0 + 1, dữ liệu được đọc và sao chép.

RAID 03 còn được gọi là RAID 53 hoặc RAID 5 + 3 là sự tích hợp giữa RAID 1 và RAID 3 hỗ trợ hiệu suất cao hơn và chi phí tốn kém hơn.

RAID 50 tích hợp giữa RAID 5 và RAID 0 giúp cải thiện hiệu suất và bảo vệ dữ liệu trên hệ thống.

RAID không tiêu chuẩn

RAID không tiêu chuẩn là phiên bản độc quyền dành cho các công ty hoặc tổ chức lớn.

RAID 7 là một cấp độ không tiêu chuẩn dựa trên RAID 3 và RAID 4 bổ sung bộ nhớ đệm với một hệ điều hành nhúng thời gian thực thông qua một bus tốc độ cao.

RAID thích ứng tự động lựa chọn RAID 3 hoặc RAID 5 giúp quản lý cách lưu trữ khối chẵn lẻ trên các ổ đĩa.

Linux MD RAID 10 dựa trên nền tảng Linux để có thể dễ dàng thiết lập các mảng RAID tích hợp và không tiêu chuẩn trên hệ thống. Ngoài ra, các phần mềm Linux RAID còn hỗ trợ thiết lập các cấu hình RAID 0, RAID 1, RAID 4, RAID 5 và RAID 6 tiêu chuẩn.

So sánh phần cứng RAID vs phần mềm RAID

RAID hoạt động dựa trên phần cứng và phần mềm:

Phần cứng RAID

• Phần cứng RAID 1 giúp hỗ trợ quá trình khởi động của ổ đĩa trên hệ thống.
• Yêu cầu một bộ điều khiển chuyên dụng được cài đặt trên máy chủ và thông qua hệ thống I / O cơ bản của ROM để cung cấp các phần mềm độc quyền cho OEM.

Phần mềm RAID

• Hỗ trợ nhiều cấu hình khác nhau và phù hợp với RAID 5 và 6.
• Cung cấp các phần mềm cho OEM hiện tại giống như một thành phần tệp, lớp thiết bị ảo và lớp vật lý bất kỳ trên hệ thống.

Ưu nhược điểm của RAID

Ưu điểm

• Giúp tiết kiệm chi phí sử dụng.
• Tăng hiệu suất hoạt động được cải thiện bằng cách sử dụng nhiều ổ cứng và khả năng khắc phục sự cố chính xác.
• Khả năng đọc và ghi được thực hiện nhanh hơn nhờ phương pháp chia các dữ liệu thành nhiều đơn vị nhỏ và phân phối trên các ổ đĩa.
• Khả năng chứa dữ liệu trên các ổ đĩa khác nhau đảm bảo an toàn nếu có sự cố về một ổ đĩa bất kỳ.

Nhược điểm

• Tốn kém chi phí cho phương pháp tích hợp các cấp độ RAID và thiết bị lưu trữ cần nhiều ổ đĩa.
• Các ổ đĩa khi gặp sự cố sẽ dễ dàng ảnh hưởng tới các ổ đĩa có liên quan khác khiến cho các dữ liệu cũng bị ảnh hưởng theo.
• Có một số cấp độ RAID chỉ có thể duy trì một lỗi ổ đĩa duy nhất, ví dụ như RAID 1 và RAID 5.
• Tốn nhiều thời gian và chi phí sửa chữa các ổ đĩa bị bỏng.

Tại sao nên sử dụng RAID?

RAID có những tính năng ưu việt như:

• Khôi phục khối lượng dữ liệu lớn nhanh chóng trên các ổ đĩa của hệ thống.
• Cải thiện thời gian hoạt động của dữ liệu và tính khả dụng trên hệ thống.
• Cho phép hoạt động các tệp lớn với tốc độ cao và đảm bảo an toàn cho các dữ liệu.
• Hỗ trợ phần cứng và tăng hiệu suất hoạt động của bộ nhớ đệm.
• Khắc phục các vấn đề về I/O bằng phương pháp đọc và ghi lại dữ liệu từ nhiều ổ đĩa.
• Tiết kiệm chi phí thiết lập mảng RAID với số lượng lớn.

Lịch sử và tương lai của RAID

 Lịch sử

• Năm 1987, David Patterson, Randy Katz và Garth A. Gibson đã cho ra mắt RAID – Một công cụ ổ đĩa lưu trữ vượt trội với phương pháp dự phòng và độ tin cậy cao.
• Năm 1977, Norman Ken Ouchi của IBM đã nộp bằng sáng chế cho công nghệ MF-100 và đặt tên thành RAID 4.
• Năm 1983, Digital Equipment Corp đã phát triển các ổ đĩa thành RAID 1 và đến năm 1986 thì IBM chuyển thành RAID 5.
• Đến năm 1988, các cấp độ RAID lần lượt ra đời và được đặt tên dựa trên các công nghệ đã được sử dụng trước đó. Thuật ngữ RAID đã trở thành khái niệm chung giúp kích thích thị trường lưu trữ dữ liệu phát triển nhiều sản phẩm khác hơn.

Tương lai

Hiện nay có nhiều công nghệ hiện đại hơn đã lấn át đi RAID như công nghệ mã hoá có tính năng bảo mật dữ liệu cao hơn mặc dù có chi phí cao hơn.

Sự phát triển của SSD có tính năng chuyển động và giảm thiểu tình trạng lỗi so với RAID. SSD sử dụng các kỹ thuật wear leveling thay thế cho RAID giúp bảo vệ dữ liệu hiệu quả hơn và hiệu suất hoạt động cũng được cải thiện rõ rệt.

Hay các điện toán hyperscale được nâng cấp hơn RAID ở chỗ sử dụng các máy chủ dự phòng thay cho các đĩa dự phòng.

RAID vẫn được lựa chọn sử dụng nhiều cho lưu trữ và phát triển sản phẩm như:

• IBM cung cấp IBM Distributed RAID, DRAID, Spectrum Virtualize V8.3 giúp tăng hiệu suất RAID.
• Phiên bản Intel Rapid Storage Technology mới mất giúp hỗ trợ RAID 0, RAID 1, RAID 5 và RAID 10.
• Phần mềm quản lý NetApp OnTap sử dụng RAID-DP, double-parity và RAID 4 để bảo vệ chống lại tối đa ba lỗi ổ đĩa đồng thời.
• Nền tảng Dell EMC Unity hỗ trợ RAID 5, 6 và 10.

Tổng kết về RAID

RAID là một công nghệ dự phòng ổ đĩa hoàn hảo và thân thiện với người dùng cho phép thiết lập một môi trường an toàn và ổn định cho các dữ liệu trên hệ thống máy chủ. Còn chần chừ gì nữa hãy bắt đầu thiết lập một RAID cho máy tính của bạn ngay thôi nào.

Còn nếu bạn còn thắc mắc thêm về những vấn đề khác trong việc quản lý dữ liệu và hệ thống mạng, hãy để lại ở bên bình luận bên dưới, BKHOST sẽ trả lời bạn trong thời gian sớm nhất.

P/s: Bạn cũng có thể truy cập vào Blog của BKHOST để đọc thêm các bài viết chia sẻ kiến thức về lập trình, quản trị mạng, website, domain, hosting, vps, server, email,… Chúc bạn thành công.