Tổng quan về RAID-Giải pháp phòng hộ cho Server

Trong những năm gần đây việc đầu tư raid cho máy tính để bàn hoặc cho những hệ thống máy tính lớn là điều cần thiết. Trong vài năm trước nghe nói raid có thể gọi là một thứ gì đó xa xỉ nhưng so với thị trường thiết bị máy tính ngày nay và với việc bị mất dữ liệu, hư ổ cứng thì điều mọi người nghĩ đến đầu tiên là sử dụng raid cho hệ thống của mình. Đa số các mainboard ngày nay đều có công nghệ RAID hoặc có hỗ trợ slot cắm card RAID Controller nhưng không phải ai cũng biết cách sử dụng hiệu quả. Bài viết tôi chỉ giới thiệu thông tin cơ bản về RAID. Về cách cấu hình , create array... raid cứng cũng như raid mềm thì các bạn search trong diễn đàn hoặc google hoặc đọc thêm document của máy.

A. Vậy RAID LÀ GÌ ?

RAID là chữ viết tắt của Redundant Array of Independent Disks. 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. Dưới đây là năm loại RAID được dùng phổ biến:

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.

2. 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. 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).

3. RAID 0+1

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.

4. RAID 5

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.

5. 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.

6. 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.

B. BẠN CẦN GÌ ĐỂ CHẠY RAID?

Để chạy được RAID, bạn cần tối thiểu một card điều khiển (có thể là onboard hoặc card rời) và hai ổ đĩa cứng giống nhau. Đĩa cứng có thể ở bất cứ chuẩn nào, từ ATA, Serial ATA hay SCSI, SAS 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 mua 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. 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 hoặc SAS 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, 2k3... 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.
---
Ở trên là những kiến thức lý thuyết đầy đủ về các loại RAID,dưới đây là tóm tắc dễ hiểu về RAID:
Simple
_Loại trung gian giữa việc chuyển đổi từ Basic sang Dynamic.
_Không có gì khác biệt

Spanned
_Khả năng tận dụng những phần còn trống của mọi ổ đĩa
_Hỗ trợ gộp chung từ 2 ổ cứng trở lên
_Dung lượng góp chung có thể không bằng nhau
_Tổng dung lượng bằng tổng dung lượng góp chung
_Tốc độ không cải thiện bao nhiêu
_Hư 1 ổ là đi hết
=>Thích hợp cho cá nhân dùng tiết kiệm hơn là triển khai trên Server

Stripted (hay là Raid-0)
_Tốc độ cao nhất do chia đều việc đọc-ghi giữa các ổ
_Hỗ trợ gộp chung từ 2 ổ cứng trở lên
_Dung lượng góp chung của các ổ phải bằng nhau
_Tổng dung lượng bằng tổng dung lượng góp chung
_Hư 1 ổ là đi hết
=>Thích hợp cho Server lưu dữ liệu lớn cần tốc độ truy xuất cao (ảnh, phim, nhạc, ...)

Mirror (hay là Raid-1)
_Chỉ có 2 ổ cứng
_Dung lượng góp chung của 2 ổ phải bằng nhau
_Tổng dung lượng bằng 1 ổ (ổ kia có nhiệm vụ ánh xạ, tức là sao lưu dự phòng nếu ổ kia bị cháy, hỏng vật lý, ...)
_Chỉ dùng 1 ổ.
_Nếu ổ chính hư dữ liệu thì ổ mirror cũng đi theo. Nhưng nếu ổ chính bị cháy hay do hư hỏng vật lý thì ổ mirror sẽ đảm nhiệm
=>Thích hợp cho việc chạy OS (Operating System - Hệ điều hành) cho máy thường (nếu thích chơi sang và phí) và máy chủ. An toàn vật lý (physical), không an toàn luận lý (logical)

Raid-5 (chỉ có gọi vậy)
_Từ 3 ổ trở lên, trong đó có 1 ổ sẽ là pariti (kiểm tra tính chẵn lẽ của dữ liệu)
_Dung lượng góp chung của 2 ổ phải bằng nhau
_Tổng dung lượng tính theo: dung lượng gộp chung * (hdd-1)
_Khả năng chịu lỗi, tăng tốc độ
=>Thích hợp cho máy thường (nếu thích chơi sang) và máy chủ