RAID (Redundant Arrays of Inexpensive Disks) là hình thức ghép nhiều ổ
đĩa cứng vật lý thành một hệ thống ổ đĩa cứng có 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.
Lần đầu tiên RAID được phát triển năm 1987 tại trường Đại học California
tại Berkeley (Hoa Kỳ) với những đặc điểm chỉ ghép các phần đĩa cứng nhỏ
hơn thông qua phần mềm để tạo ra một hệ thống đĩa dung lượng lớn hơn
thay thế cho các ổ cứng dung lượng lớn giá đắt thời bấy giờ.
Mặc dù hiện nay không tồn tại nữa, nhưng Hội đồng tư vấn phát triển RAID (RAID Advisory Board: Viết tắt là RAB)
đã ra thành lập tháng 7 năm 1992 để định hướng, lập ra các tiêu chuẩn,
định dạng cho RAID. RAB đã phân ra các loại cấp độ RAID (level), các
tiêu chuẩn phần cứng sử dụng RAID. Hội đồng tư vấn phát triển RAB đã
phân ra 7 loại cấp độ RAID từ cấp độ 0 đến cấp độ 6.
Phân loại
Ban đầu, RAID được sử dụng như một giải pháp phòng hộ vì nó cho phép ghi
dữ liệu lên nhiều đĩa cứng cùng lúc. Về sau, RAID đã có nhiều biến thể
cho phép không chỉ đảm bảo an toàn dữ liệu mà còn giúp gia tăng đáng kể
tốc độ truy xuất dữ liệu từ đĩa cứng.
Theo RAB thì RAID được chia thành 7 cấp độ (level), mỗi cấp độ có các
tính năng riêng, hầu hết chúng được xây dựng từ hai cấp độ cơ bản là
RAID 0 và RAID 1.
RAID 0
Đây là dạng RAID đang được người dùng ưa thích do khả năng nâng cao hiệu
suất trao đổi dữ liệu của đĩa cứng. Đòi hỏi tối thiểu hai đĩa cứng,
RAID 0 cho phép máy tính ghi dữ liệu lên chúng theo một phương thức đặc
biệt được gọi là Striping. Ví dụ bạn có 8 đoạn dữ liệu được đánh số từ 1
đến 8, các đoạn đánh số lẻ (1,3,5,7) sẽ được ghi lên đĩa cứng đầu tiên
và các đoạn đánh số chẵn (2,4,6,8) sẽ được ghi lên đĩa thứ hai. Để đơn
giản hơn, bạn có thể hình dung mình có 100MB dữ liệu và thay vì dồn
100MB vào một đĩa cứng duy nhất, RAID 0 sẽ giúp dồn 50MB vào mỗi đĩa
cứng riêng giúp giảm một nửa thời gian làm việc theo lý thuyết. Từ đó
bạn có thể dễ dàng suy ra nếu có 4, 8 hay nhiều đĩa cứng hơn nữa thì tốc
độ sẽ càng cao hơn. Tuy nghe có vẻ hấp dẫn nhưng trên thực tế, RAID 0
vẫn ẩn chứa nguy cơ mất dữ liệu. Nguyên nhân chính lại nằm ở cách ghi
thông tin xé lẻ vì như vậy dữ liệu không nằm hoàn toàn ở một đĩa cứng
nào và mỗi khi cần truy xuất thông tin (ví dụ một file nào đó), máy tính
sẽ phải tổng hợp từ các đĩa cứng. Nếu một đĩa cứng gặp trục trặc thì
thông tin (file) đó coi như không thể đọc được và mất luôn. Thật may mắn
là với công nghệ hiện đại, sản phẩm phần cứng khá bền nên những trường
hợp mất dữ liệu như vậy xảy ra không nhiều.
Có thể thấy RAID 0 thực sự thích hợp cho những người dùng cần truy cập
nhanh khối lượng dữ liệu lớn, ví dụ các game thủ hoặc những người chuyên
làm đồ hoạ, video số.
RAID 0 cần ít nhất 2 ổ đĩa. Tổng quát ta có n đĩa (n >= 2) và các đĩa là cùng loại.
Dữ liệu sẽ được chia ra nhiều phần bằng nhau để lưu trên từng đĩa. Như
vậy mỗi đĩa sẽ chứa 1/n dữ liệu. Tổng dung lượng = dung lượng đĩa nhỏ
nhất nhân với tổng số đĩa. Array Capacity = Size of Smallest Drive *
Number of Drives Dung lượng tổng cộng của ổ cứng trong hệ thống RAID0
bằng tổng dung lượng của hai ổ đĩa. Nếu chúng ta dùng 02 ổ cứng 80GB thì
hệ thống đĩa của chúng ta là 160GB. 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.
RAID 1
Đây là dạng RAID cơ bản nhất có khả năng đảm bảo an toàn dữ liệu. Cũng
giống như RAID 0, RAID 1 đòi hỏi ít nhất hai đĩa cứng để làm việc. Dữ
liệu được ghi vào 2 ổ giống hệt nhau (Mirroring). Trong trường hợp một ổ
bị trục trặc, ổ còn lại sẽ tiếp tục hoạt động bình thường. Bạn có thể
thay thế ổ đĩa bị hỏng mà không phải lo lắng đến vấn đề thông tin thất
lạc. Đối với RAID 1, hiệu năng không phải là yếu tố hàng đầu nên chẳng
có gì ngạc nhiên nếu nó không phải là lựa chọn số một cho những người
say mê tốc độ. Tuy nhiên đối với những nhà quản trị mạng hoặc những ai
phải quản lý nhiều thông tin quan trọng thì hệ thống RAID 1 là thứ không
thể thiếu. Nếu có sự hư hỏng ổ cứng xảy ra, người quản trị hệ thống có
thể dễ dàng thay thế ổ đĩa hư hỏng đó mà không làm dừng hệ thống. RAID 1
thường được kết hợp với việc gắn nóng các ổ cứng (cũng giống như việc
gắn và thay thế nóng các thiết bị tại các máy chủ nói chung). Dung lượng
cuối cùng của hệ thống RAID 1 bằng dung lượng của ổ đơn (hai ổ 80GB
chạy RAID 1 sẽ cho hệ thống nhìn thấy duy nhất một ổ RAID 80GB).
RAID 0+1 hay RAID 1+0
Có bao giờ bạn ao ước một hệ thống lưu trữ nhanh nhẹn như RAID 0, an
toàn như RAID 1 hay chưa? Chắc chắn là có và hiển nhiên ước muốn đó
không chỉ của riêng bạn. Chính vì thế mà hệ thống RAID kết hợp 0+1 đã ra
đời, tổng hợp ưu điểm của cả hai "đàn anh". Tuy nhiên chi phí cho một
hệ thống kiểu này khá đắt, bạn sẽ cần tối thiểu 4 đĩa cứng để chạy RAID
0+1. Dữ liệu sẽ được ghi đồng thời lên 4 đĩa cứng với 2 ổ dạng Striping
tăng tốc và 2 ổ dạng Mirroring sao lưu. 4 ổ đĩa này phải giống hệt nhau
và khi đưa vào hệ thống RAID 0+1, dung lượng cuối cùng sẽ bằng ½ tổng
dung lượng 4 ổ, ví dụ bạn chạy 4 ổ 80GB thì lượng dữ liệu "thấy được" là
(4*80)/2 = 160GB.
RAID 2
RAID 2 gồm hai cụm ổ đĩa, cụm thứ nhất chứa các dữ liệu được phân tách
giống như là RAID 0, cụm thứ hai chứa các mã ECC dành cho sửa chữa lỗi ở
cụm thứ nhất. Sự hoạt động của các ổ đĩa ở RAID 2 là đồng thời để đảm
bảo rằng các dữ liệu được đọc đúng, chính do vậy chúng không hiệu quả
bằng một số loại RAID khác nên ít được sử dụng.
RAID 3
RAID 3 là sự cải tiến của RAID 0 nhưng có thêm (ít nhất) một ổ cứng chứa
thông tin có thể khôi phục lại dữ liệu đã hư hỏng của các ổ cứng RAID
0. Giả sử dữ liệu A được phân tách thành 3 phần A1, A2, A3 (Xem hình
minh hoạ RAID 3), khi đó dữ liệu được chia thành 3 phần chứa trên các ổ
cứng 0, 1, 2 (giống như RAID 0). Phần ổ cứng thứ 3 chứa dữ liệu của tất
cả để khôi phục dữ liệu có thể sẽ mất ở ổ cứng 0, 1, 2. Giả sử ổ cứng 1
hư hỏng, hệ thống vẫn hoạt động bình thường cho đến khi thay thế ổ cứng
này. Sau khi gắn nóng ổ cứng mới, dữ liệu lại được khôi phục trở về ổ
đĩa 1 như trước khi nó bị hư hỏng.
Yêu cầu tối thiểu của RAID 3 là có ít nhất 3 ổ cứng.
RAID 4
RAID 4 tương tự như RAID 3 nhưng ở một mức độ các khối dữ liệu lớn hơn
chứ không phải đến từng byte. Chúng cũng yêu cầu tối thiểu 3 đĩa cứng
(ít nhất hai đĩa dành cho chứa dữ liệu và ít nhất 1 đĩa dùng cho lưu trữ
dữ liệu tổng thể)
RAID 5
RAID 5 thực hiện chia đều dữ liệu trên các ổ đĩa giống như RAID 0 nhưng với một cơ chế phức tạp hơn.
Đây có lẽ là dạng RAID mạnh mẽ nhất cho người dùng văn phòng và gia đình
với 3 hoặc 5 đĩa cứng riêng biệt. Dữ liệu và bản sao lưu được chia lên
tất cả các ổ cứng. Nguyên tắc này khá rối rắm. Chúng ta quay trở lại ví
dụ về 8 đoạn dữ liệu (1-8) và giờ đây là 3 ổ đĩa cứng. Đoạn dữ liệu số 1
và số 2 sẽ được ghi vào ổ đĩa 1 và 2 riêng rẽ, đoạn sao lưu của chúng
được ghi vào ổ cứng 3. Đoạn số 3 và 4 được ghi vào ổ 1 và 3 với đoạn sao
lưu tương ứng ghi vào ổ đĩa 2. Đoạn số 5, 6 ghi vào ổ đĩa 2 và 3, còn
đoạn sao lưu được ghi vào ổ đĩa 1 và sau đó trình tự này lặp lại, đoạn
số 7,8 được ghi vào ổ 1, 2 và đoạn sao lưu ghi vào ổ 3 như ban đầu. Như
vậy RAID 5 vừa đảm bảo tốc độ có cải thiện, vừa giữ được tính an toàn
cao. Dung lượng đĩa cứng cuối cùng bằng tổng dung lượng đĩa sử dụng trừ
đi một ổ. Tức là nếu bạn dùng 3 ổ 80GB thì dung lượng cuối cùng sẽ là
160GB.
RAID 5 cũng yêu cầu tối thiểu có 3 ổ cứng.
RAID 6
RAID 6 phần nào giống như RAID 5 nhưng lại được sử dụng lặp lại nhiều
hơn số lần sự phân tách dữ liệu để ghi vào các đĩa cứng khác nhau. Ví dụ
như ở RAID 5 thì mỗi một dữ liệu được tách thành hai vị trí lưu trữ
trên hai đĩa cứng khác nhau, nhưng ở RAID 6 thì mỗi dữ liệu lại được lưu
trữ ở ít nhất ba vị trí (trở lên), điều này giúp cho sự an toàn của dữ
liệu tăng lên so với RAID 5.
RAID 6 yêu cầu tối thiểu 4 ổ cứng.
Trong RAID 6, ta thấy rằng khả năng chịu đựng rủi ro hư hỏng cứng được
tăng lên rất nhiều. Nếu với 4 ổ cứng thì chúng cho phép hư hỏng đồng
thời đến 2 ổ cứng mà hệ thống vẫn làm việc bình thường, điều này tạo ra
một xác xuất an toàn rất lớn. Chính do đó mà RAID 6 thường chỉ được sử
dụng trong các máy chủ chứa dữ liệu cực kỳ quan trọng.
Một số loại RAID khác
Ngoài các loại được đề cập ở trên, bạn còn có thể bắt gặp nhiều loại
RAID khác nhưng chúng không được sử dụng rộng rãi mà chỉ giới hạn trong
các hệ thống máy tính phục vụ mục đích riêng, có thể kể như: 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). Bên cạnh đó còn một số biến thể
khác, ví dụ 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. Chúng tuy có
nhiều điểm khác biệt nhưng đa phần đều là bản cải tiến của các phương
thức RAID truyền thống.
JBOD
JBOD (Just a Bunch Of Disks)
thực tế không phải là một dạng RAID chính thống, nhưng lại có một số
đặc điểm liên quan tới RAID và được đa số các thiết bị điều khiển RAID
hỗ trợ. JBOD cho phép bạn gắn bao nhiêu ổ đĩa tùy thích vào bộ điều
khiển RAID của mình (dĩ nhiên là trong giới hạn cổng cho phép). Sau đó
chúng sẽ được "tổng hợp" lại thành một đĩa cứng lớn hơn cho hệ thống sử
dụng. Ví dụ bạn cắm vào đó các ổ 10GB, 20GB, 30GB thì thông qua bộ điều
khiển RAID có hỗ trợ JBOD, máy tính sẽ nhận ra một ổ đĩa 60GB. Tuy
nhiên, lưu ý là JBOD không hề đem lại bất cứ một giá trị phụ trội nào
khác: không cải thiện về hiệu năng, không mang lại giải pháp an toàn dữ
liệu, chỉ là kết nối và tổng hợp dung lượng mà thôi.
BẠN CẦN GÌ ĐỂ CHẠY RAID?
Để chạy được RAID, bạn cần tối thiểu một card điều khiển và hai ổ đĩa
cứng giống nhau. Đĩa cứng có thể ở bất cứ chuẩn nào, từ ATA, Serial ATA
hay SCSI, tốt nhất chúng nên hoàn toàn giống nhau vì một nguyên tắc đơn
giản là khi hoạt động ở chế độ đồng bộ như RAID, hiệu năng chung của cả
hệ thống sẽ bị kéo xuống theo ổ thấp nhất nếu có. Ví dụ khi bạn bắt ổ
160GB chạy RAID với ổ 40GB (bất kể 0 hay 1) thì coi như bạn đã lãng phí
120GB vô ích vì hệ thống điều khiển chỉ coi chúng là một cặp hai ổ cứng
40GB mà thôi (ngoại trừ trường hợp JBOD như đã đề cập). Yếu tố quyết
định tới số lượng ổ đĩa chính là kiểu RAID mà bạn định chạy. Chuẩn giao
tiếp không quan trọng lắm, đặc biệt là giữa SATA và ATA. Một số BMC đời
mới cho phép chạy RAID theo kiểu trộn lẫn cả hai giao tiếp này với nhau.
Điển hình như MSI K8N Neo2 Platinum hay dòng DFI Lanparty NForce4.
Bộ điều khiển RAID (RAID Controller) là nơi tập trung các cáp dữ liệu
nối các đĩa cứng trong hệ thống RAID và nó xử lý toàn bộ dữ liệu đi qua
đó. Bộ điều khiển này có nhiều dạng khác nhau, từ card tách rời cho dến
chip tích hợp trên BMC.
Đối với các hệ thống PC, tuy chưa phổ biến nhưng việc chọn ### BMC có
RAID tích hợp là điều nên làm vì nói chung đây là một trong những giải
pháp cải thiện hiệu năng hệ thống rõ rệt và rẻ tiền nhất, chưa tính tới
giá trị an toàn dữ liệu của chúng. Trong trường hợp BMC không có RAID,
bạn vẫn có thể ### được card điều khiển PCI trên thị trường với giá
không cao lắm.
Một thành phần khác của hệ thống RAID không bắt buộc phải có nhưng đôi
khi là hữu dụng, đó là các khay hoán đổi nóng ổ đĩa. Nó cho phép bạn
thay các đĩa cứng gặp trục trặc trong khi hệ thống đang hoạt động mà
không phải tắt máy (chỉ đơn giản là mở khóa, rút ổ ra và cắm ổ mới vào).
Thiết bị này thường sử dụng với ổ cứng SCSI và khá quan trọng đối với
các hệ thống máy chủ vốn yêu cầu hoạt động liên tục.
Về phần mềm thì khá đơn giản vì hầu hết các hệ điều hành hiện đại đều hỗ
trợ RAID rất tốt, đặc biệt là Microsoft Windows. Nếu bạn sử dụng
Windows XP thì bổ sung RAID khá dễ dàng. Quan trọng nhất là trình điều
khiển nhưng thật tuyệt khi chúng đã được kèm sẵn với thiết bị. Việc cài
đặt RAID có thể gây một vài rắc rối nếu bạn thiếu kinh nghiệm nhưng vẫn
có hướng giải quyết trong phần sau của bài viết.
Có hai trường hợp sẽ xảy ra khi người dung nâng cấp RAID cho hệ thống.
Nếu hệ thống RAID bổ sung chỉ được dùng với mục đích lưu trữ hoặc làm
nơi trao đổi thông tin tốc độ cao thì việc cài đặt rất đơn giản. Tuy
nhiên nếu bạn dự định dùng nó làm nơi cài hệ điều hành, phần mềm thì sẽ
rất rắc rối và phải cài đặt lại toàn bộ từ con số 0.
Nguồn tham khảo
