Sistemas raid

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Sistemas raid

  1. 1. ÍNDICE Pág.DISCOSI. Discos Duros 1. Concepto………………………………………………………………………………………………. 03 2. Estructura…………………………………………………………………………………………….. 03 3. Características……………………………………………………………………………………….. 07 4. Funcionamiento…………………………………………………………………………………….. 09 5. Tipos……………………………………………………………………………………………………… 09II. Tecnología de Discos……………………………………………………………………………………... 10SISTEMAS RAID 1. Definición………………………………………………………………………………………………… 11 2. Ventajas……………………………………………………………………………………………………. 11 3. Tipos………………………………………………………………………………………………………… 12 4. Niveles……………………………………………………………………………………………………… 13 5. Niveles aninadados…………………………………………………………………………………….. 15BIBLIOGRAFIA……………………………………………………………………………………………………… 20
  2. 2. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLOESCUELA DE INGENIERÍA DE SISTEMASCURSO: ARQUITECTURA DE COMPUTADORAS DISCO I. Discos Duros 1. Concepto Un disco duro es un dispositivo que permite el almacenamiento y recuperación de grandes cantidades de información. Los discos duros forman el principal elemento de la memoria secundaria de un ordenador, llamada así en oposición a la memoria principal o memoria RAM (Random Access Memory, memoria de acceso aleatorio). 2. Estructura Un disco duro forma una caja herméticamente cerrada que contiene dos elementos no intercambiables: la unidad de lectura y escritura y el disco como tal. La unidad es un conjunto de componentes electrónicos y mecánicos que hacen posible el almacenamiento y recuperación de los datos en el disco. El disco es, en realidad, una pila de discos, llamados platos, que almacenan información magnéticamente. Cada uno de los platos tiene dos superficies magnéticas: la superior y la inferior. Estas superficies magnéticas están formadas por millones de pequeños elementos capaces de ser magnetizados positiva o negativamente. De esta manera, se representan los dos posibles valores que forman un bit de información (un cero o un uno).  Física El cabezal (dispositivo de lectura y escritura) está formado por un conjunto de brazos paralelos a los platos, alineados verticalmente y que también se desplazan de forma simultánea, en cuya punta están las cabezas de lectura/escritura. Por norma general hay una cabeza de lectura/escritura para cada superficie de cada plato. Los cabezales pueden moverse hacia el interior o el exterior de los platos, lo cual combinado con la rotación de los mismos permite que los cabezales puedan alcanzar cualquier posición de la superficie de los platos. Cada una de las dos superficies magnéticas de cada plato se denomina cara. El número total de caras de un disco duro coincide con su número de cabezas. Cada una de estas caras se divide en anillos concéntricos llamados pistas. En los discos duros se suele utilizar el término cilindro para referirse a la misma pista de todos los discos de la pila. Finalmente, cada pista se divide en sectores.SISTEMAS RAID 2|Página
  3. 3. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLOESCUELA DE INGENIERÍA DE SISTEMASCURSO: ARQUITECTURA DE COMPUTADORAS Los sectores son las unidades mínimas de información que puede leer o escribir un disco duro. Generalmente, cada sector almacena 512 bytes de información. El número total de sectores de un disco duro se puede calcular: nº sectores = nº caras * nº pistas/cara * nº sectores/pista Por tanto, cada sector queda unívocamente determinado si conocemos los siguientes valores: cabeza, cilindro y sector. Por ejemplo, el disco duro ST33221A de Seagate tiene las siguientes especificaciones: 6.253 cilindros, 16 cabezas y 63 sectores. El número total de sectores direccionables es: 6.253*16*63 = 6.303.024 sectores Si cada sector almacena 512 bytes de información, la capacidad máxima de este disco duro será de 6.303.024 sectores * 512 bytes/sector = 3.227.148.228 bytes ~ 3 GB. Las cabezas y cilindros comienzan a numerarse desde el cero y los sectores desde el uno. En consecuencia, el primer sector de un disco duro será el correspondiente a la cabeza 0, cilindro 0 y sector 1. Componentes:  Cabezales: Son los componentes del disco duro más sensibles y los principales componentes móviles del disco. Los cabezales funcionan variando la posición dentro del disco duro para poder acceder a la información que necesitamos. El aumento de la densidad magnética y los sistemas de recuperación de la señal, hace que en la actualidad, estos componentes del disco duro necesiten de un ajuste y programación de funcionamiento. El sistema de funcionamiento consiste en una bobina de cobre encerrada en un imán (voicecoil), que en función de la corriente que se le aplique varia su posición para acceder a la información requerida. Esta pieza lleva en la punta las piezas cerámicas que son los dispositivos sensibles a los campos magnéticos que componen la información. Debido a la debilidad de la señal que generan estos campos magnéticos, el cabezal dispone de un amplificador de la señal alojado en chasis de las cabezas (head assembly).SISTEMAS RAID 3|Página
  4. 4. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLOESCUELA DE INGENIERÍA DE SISTEMASCURSO: ARQUITECTURA DE COMPUTADORAS  Tarjeta electrónica: También llamada Placa o PCB, es la parte del disco duro que se encarga del manejo de los distintos tipos de componentes del disco duro así como de verificar su funcionamiento. Es la parte responsable de la comunicación con el ordenador, en ella se aloja el bus, y la alimentación. Esta placa es en sí, un pequeño ordenador compuesto por un microprocesador, memoria ram, los microcontroladores que manejan los periféricos, como el control de posición, giro del motor y bus de comunicación.  Firmware: Es el componente del disco duro de software que configura el disco duro, y contiene toda la información necesaria para poner el disco en marcha, comunicarnos con él, protegerlo e identificarse.  Motor: También llamado spin, es un eje autorrotante alimentado por generadores de trenes de pulsos para mantener una velocidad exacta. El motor está compuesto generalmente por tres juegos de bobinas contrapuestas, que imprimen el movimiento al eje central que soporta los platos del disco duro.  Platos: son los elementos rígidos que albergan la película magnética en la que se graban nuestros datos.  Espuma, Eje, imán, carcaza, tapa y tornillos.  Estructura lógica El sector de arranque es el primer sector de todo disco duro (cabeza 0, cilindro 0, sector 1). En él se almacena la tabla de particiones y un pequeño programa master de inicialización, llamado también Master Boot. Este programa es el encargado de leer la tabla de particiones y ceder el control al sector de arranque de la partición activa. Si no existiese partición activa, mostraría un mensaje de error. El espacio particionado es el espacio del disco que ha sido asignado a alguna partición. El espacio no particionado, es espacio no accesible del disco ya que todavía no ha sido asignado a ninguna partición.SISTEMAS RAID 4|Página
  5. 5. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLOESCUELA DE INGENIERÍA DE SISTEMASCURSO: ARQUITECTURA DE COMPUTADORAS Particiones: Cada disco duro constituye una unidad física distinta. Sin embargo, los sistemas operativos no trabajan con unidades físicas directamente sino con unidades lógicas. Dentro de una misma unidad física de disco duro puede haber varias unidades lógicas. Cada una de estas unidades lógicas constituye una partición del disco duro. Esto quiere decir que podemos dividir un disco duro en, por ejemplo, dos particiones (dos unidades lógicas dentro de una misma unidad física) y trabajar de la misma manera que si tuviésemos dos discos duros (una unidad lógica para cada unidad física). Como mínimo, es necesario crear una partición para cada disco duro. Esta partición puede contener la totalidad del espacio del disco duro o sólo una parte. Particiones primarias y particiones lógicas: Ambos tipos de particiones generan las correspondientes unidades lógicas del ordenador. Sin embargo, hay una diferencia importante: sólo las particiones primarias se pueden activar. Además, algunos sistemas operativos no pueden acceder a particiones primarias distintas a la suya. Los sistemas operativos deben instalarse en particiones primarias, ya que de otra manera no podrían arrancar. El resto de particiones que no contengan un sistema operativo, es más conveniente crearlas como particiones lógicas. Diferencias entre una partición y un directorio:Ambas estructuras permiten organizar datos dentro de un disco duro. Sin embargo, presentan importantes diferencias: 1) Las particiones son divisiones de tamaño fijo del disco duro; los directorios son divisiones de tamaño variable de la partición. 2) Las particiones ocupan un grupo de cilindros contiguos del disco duro (mayor seguridad); los directorios suelen tener su información desperdigada por toda la partición 3) Cada partición del disco duro puede tener un sistema de archivos (sistema operativo) distinto; todos los directorios de la partición tienen el sistema de archivos de la partición. Estructura lógica de las particiones: Dependiendo del sistema de archivos utilizado en cada partición, su estructura lógica será distinta. En los casos de MS-DOS y Windows 95, está formada por sector de arranque, FAT, copia de la FAT, directorio raíz y área de datos. De todas formas, el sector de arranque es un elemento común a todos los tipos de particiones. Todas las particiones tienen un sector de arranque (el primero de la partición) con información relativa a la partición. Si la partición tiene instalado un sistema operativo, este sector se encargará de arrancarlo. Si no hubiese ningún sistema operativo (como es el caso de una partición para datos) y se intentara arrancar, mostraría un mensaje de error.SISTEMAS RAID 5|Página
  6. 6. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLOESCUELA DE INGENIERÍA DE SISTEMASCURSO: ARQUITECTURA DE COMPUTADORAS Sector de arranque:Se crea siempre como primer sector del volumen, para que sea fácil de localizar por el DOS. En él se encuentra información acerca del tamaño, de la estructura del volumen. FAT:La Tabla de Asignación de Ficheros (File AllocationTable). Cada entrada a esta tabla se corresponde con un número determinado de sectores, que son adyacentes lógicamente en el volumen. Cada uno de estos grupos de sectores se llama Cluster. Directorio raíz:Es el primer directorio o carpeta en una jerarquía. Contiene todos los subdirectorios de la jerarquía. Puede representar sencillamente un sistema de archivos en particular; de varios que puede haber en un mismo dispositivo de almacenamiento. Área de Datos:Es la parte del disco duro en la que se almacena los datos de un archivo. Sistema de archivos:Un sistema de archivos es una estructura que permite tanto el almacenamiento de información en una partición como su modificación y recuperación. Para que sea posible trabajar en una partición es necesario asignarle previamente un sistema de archivos. Esta operación se denomina dar formato a una partición. FAT: Este sistema de archivos se basa, como su nombre indica, en una tabla de asignación de archivos o FAT. Esta tabla es el índice del disco, es el TOC (tabla de contenidos). Almacena los grupos utilizados por cada archivo, los grupos libres y los defectuosos. Como consecuencia de la fragmentación de archivos, es corriente que los distintos grupos que contienen un archivo se hallen desperdigados por toda la partición. La FAT es la encargada de seguir el rastro de cada uno de los archivos por la partición. NTFS: (New Technology File System, Sistema de archivos de nueva tecnología)permite definir el tamaño del grupo (cluster), a partir de 512 bytes (tamaño de un sector) de forma independiente al tamaño de la partición. Las técnicas utilizadas para evitar la fragmentación y el menor desaprovechamiento del disco, hacen de este sistema de archivos el sistema ideal para las particiones de gran tamaño requeridas en grandes ordenadores y servidores. 3. Características Las características que se deben tener en cuenta en un disco duro son: Tiempo medio de acceso: Tiempo medio que tarda la aguja en situarse en la pista y el sector deseado; es la suma del Tiempo medio de búsqueda (situarse en la pista), Tiempo de lectura/escritura y la Latencia media (situarse en el sector). Tiempo medio de búsqueda: Tiempo medio que tarda la aguja en situarse en la pista deseada; es la mitad del tiempo empleado por la aguja en ir desde la pista más periférica hasta la más central del disco. Tiempo de lectura/escritura: Tiempo medio que tarda el disco en leer o escribir nueva información: Depende de la cantidad de información que se quiere leer o escribir, el tamaño de bloque, el número de cabezales, el tiempo por vuelta y la cantidad de sectores por pista. Latencia media: Tiempo medio que tarda la aguja en situarse en el sector deseado; es la mitad del tiempo empleado en una rotación completa del disco. Velocidad de rotación: Revoluciones por minuto de los platos. A mayor velocidad de rotación, menor latencia media.SISTEMAS RAID 6|Página
  7. 7. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLOESCUELA DE INGENIERÍA DE SISTEMASCURSO: ARQUITECTURA DE COMPUTADORAS Tasa de transferencia: Velocidad a la que puede transferir la información a la computadora una vez la aguja está situada en la pista y sector correctos. Puede ser velocidad sostenida o de pico. Otras características son: Caché de pista: Es una memoria tipo Flash dentro del disco duro. Va incluida en la controladora interna del disco rígido, de modo que todos los datos que se leen y escriben a disco duro se almacenan primeramente en el buffer. La regla de mano aquí es:  128kb-Menos de 1 GB  256 KB - 1GB,  512 KB - 2 GB o mayores. Interfaz: Medio de comunicación entre el disco duro y la computadora. Puede ser:  IDE/ATA:IntegratedDeviceElectronics ("Dispositivo electrónico integrado") o ATA (AdvancedTechnologyAttachment), controla los dispositivos de almacenamiento masivo de datos, como los discos duros y ATAPI (AdvancedTechnologyAttachmentPacket Interface) Hasta aproximadamente el 2004, el estándar principal por su versatilidad y asequibilidad. Son planos, anchos y alargados.  SCSI: Son interfaces preparadas para discos duros de gran capacidad de almacenamiento y velocidad de rotación. Se presentan bajo tres especificaciones: SCSI Estándar (Standard SCSI), SCSI Rápido (Fast SCSI) y SCSI Ancho-Rápido (Fast-Wide SCSI). Su tiempo medio de acceso puede llegar a 7 milisegundos y su velocidad de transmisión secuencial de información puede alcanzar teóricamente los 5 Mbps en los discos SCSI Estándares, los 10 Mbps en los discos SCSI Rápidos y los 20 Mbps en los discos SCSI Anchos-Rápidos (SCSI-2). Un controlador SCSI puede manejar hasta 7 discos duros SCSI (o 7 periféricos SCSI) con conexión tipo margarita (daisy-chain). A diferencia de los discos IDE, pueden trabajar asincrónicamente con relación al microprocesador, lo que posibilita una mayor velocidad de transferencia.  SATA (Serial ATA): El más novedoso de los estándares de conexión, utiliza un bus serie para la transmisión de datos. Notablemente más rápido y eficiente que IDE. Existen tres versiones, SATA 1 con velocidad de transferencia de hasta 150 MB/s (hoy día descatalogado), SATA 2 de hasta 300 MB/s, el más extendido en la actualidad; y por último SATA 3 de hasta 600 MB/s el cual se está empezando a hacer hueco en el mercado. Físicamente es mucho más pequeño y cómodo que los IDE, además de permitir conexión en caliente.  Firewire: El IEEE 1394 (conocido como FireWire por Apple Inc. y como i.Link por Sony) es un estándar multiplataforma para la entrada y salida de datos en serie a gran velocidad. Su velocidad hace que sea la interfaz más utilizada para audio y vídeo digital. Así, se usa mucho en cámaras de vídeo, discos duros, impresoras, reproductores de vídeo digital, sistemas domésticos para el ocio, sintetizadores de música y escáneres. Existencuatroversiones: FireWire 400 (IEEE 1394- 1995),FireWire 800 (IEEE 1394b-2000), FireWire s1600 y s3200 (IEEE 1394-2008), FireWire s800T (IEEE 1394c-2006).SISTEMAS RAID 7|Página
  8. 8. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLOESCUELA DE INGENIERÍA DE SISTEMASCURSO: ARQUITECTURA DE COMPUTADORAS  Serial Attached SCSI: Interfaz de transferencia de datos en serie, sucesor del SCSI paralelo, aunque sigue utilizando comandos SCSI para interaccionar con los dispositivos SAS. Aumenta la velocidad y permite la conexión y desconexión en caliente. Una de las principales características es que aumenta la velocidad de transferencia al aumentar el número de dispositivos conectados, es decir, puede gestionar una tasa de transferencia constante para cada dispositivo conectado, además de terminar con la limitación de 16 dispositivos existente en SCSI, es por ello que se vaticina que la tecnología SAS irá reemplazando a su predecesora SCSI. Además, el conector es el mismo que en la interfaz SATA y permite utilizar estos discos duros, para aplicaciones con menos necesidad de velocidad, ahorrando costes. Por lo tanto, las unidades SATA pueden ser utilizadas por controladoras SAS pero no a la inversa, una controladora SATA no reconoce discos SAS. Landz: Zona sobre las que aparcan las cabezas una vez se apaga la computadora.4. Funcionamiento En primer lugar, cada superficie magnética tiene asignado uno de los cabezales de lectura/escritura de la unidad. Por tanto, habrá tantos cabezales como caras tenga el disco duro y, como cada plato tiene dos caras, este número equivale al doble de platos de la pila. El conjunto de cabezales se puede desplazar linealmente desde el exterior hasta el interior de la pila de platos mediante un brazo mecánico que los transporta. Por último, para que los cabezales tengan acceso a la totalidad de los datos, es necesario que la pila de discos gire. Este giro se realiza a velocidad constante y no cesa mientras esté encendido el ordenador. Cada vez que se realiza una operación de lectura en el disco duro, éste tiene que realizar las siguientes tareas: Desplazar los cabezales de lectura/escritura hasta el lugar donde empiezan los datos. Esperar a que el primer dato, que gira con los platos, llegue al lugar donde están los cabezales. Leer el dato con el cabezal correspondiente. La operación de escritura es similar a la explicada anteriormente. Para mejorar el tiempo de acceso suelen leerse varios sectores consecutivos o el mismo conjunto de sectores pero de distintas cabezas (cilindro). De esa forma se puede obtener simultáneamente con un único posicionamiento al menos 512 bytes de cada una de las caras (habitualmente 4-8, lo que significa 2-4 Kb de información en un movimiento).5. Tipos Por su ubicación  Interna.  Externa. (conectándose al PC mediante un cable USB, Firewire o eSATA) Por su tamaño  5,25 pulgadas (antiguas)  3,5" pulgadas (PC de escritorio)  1,8 pulgadas (PC portátil)SISTEMAS RAID 8|Página
  9. 9. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLOESCUELA DE INGENIERÍA DE SISTEMASCURSO: ARQUITECTURA DE COMPUTADORAS II. Tecnología de discos  HDD (Hard Disk Drive): El término duro se utiliza para diferenciarlo del disco flexible o disquete (floppy en inglés). Los discos duros pueden almacenar muchos más datos y son más rápidos que los disquetes.  SDD (Solid State Drive): Dispositivo de almacenamiento de datos que usa una memoria no volátil, como la memoria flash, o una memoria volátil como la SDRAM, para almacenar datos, en lugar de los platos giratorios magnéticos encontrados en los discos duros convencionales. En comparación con los discos duros tradicionales, las unidades de estado sólido son menos susceptibles a golpes, son prácticamente inaudibles y tienen un menor tiempo de acceso y de latencia.  Híbrido(HDD-SSD): Los discos duros híbridos son discos tradicionales a los que se añade una caché de datos implementada mediante memoria NAND Flash no volátil.SISTEMAS RAID 9|Página
  10. 10. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLOESCUELA DE INGENIERÍA DE SISTEMASCURSO: ARQUITECTURA DE COMPUTADORAS SISTEMAS RAID 1. Definición El término RAID es un acrónimo del inglés "RedundantArray of Independent Disks". Significa matriz redundante de discos independientes. RAID es una forma de combinación de varios discos duros para formar una única unidad lógica o un sólo disco duro lógico (LUN), en la que se almacenan los datos de forma redundante. Los datos se desglosan en fragmentos que se escriben en varias unidades de forma simultánea. En este método, la información se reparte entre varios discos, usando técnicas como el entrelazado de bloques (RAID nivel 0) o la duplicación de discos (RAID nivel 1) para proporcionar redundancia, reducir el tiempo de acceso y/u obtener mayor ancho de banda para leer y/o escribir, así como la posibilidad de recuperar un sistema tras la avería de uno de los discos. Un RAID ofrece varias opciones de configuración, llamadas niveles RAID, cada una de las cuales proporciona un equilibrio distinto entre tolerancia a fallos, rendimiento y coste. 2. Ventajas del RAID La tecnología RAID proporciona tolerancia a fallos, mejora el rendimiento del sistema y aumenta la productividad. a) Tolerancia a fallos: Un RAID protege contra la pérdida de datos y proporciona recuperación de datos en tiempo real con acceso interrumpido en caso de que falle un disco. b) Mejora del Rendimiento/ Velocidad: Un RAID consta de dos o más discos duros que ante el sistema principal funcionan como un único dispositivo. Los datos se desglosan en fragmentos que se escriben en varias unidades de forma simultánea. Este proceso, denominado fraccionamiento de datos, incrementa notablemente la capacidad de almacenamiento y ofrece mejoras significativas de rendimiento. RAID permite a varias unidades trabajar en paralelo, lo que aumenta el rendimiento del sistema. c) Mayor Fiabilidad: Las soluciones RAID emplean dos técnicas para aumentar la fiabilidad:  La redundancia de datos: implica el almacenamiento de los mismos datos en más de una unidad. De esta forma, si falla una unidad, todos los datos quedan disponibles en la otra unidad, de inmediato. Aunque este planteamiento es muy eficaz, también es muy costoso, ya que exige el uso de conjuntos de unidades duplicados.  La información de paridad: este segundo planteamiento para la protección de los datos consiste en el uso de la paridad de datos. EL RAID utiliza un algoritmo matemático para generar información de paridad. Cuando se produce un fallo en una unidad se leen los datos correctos que quedan y se comparan con los datos de paridad almacenados por la matriz. El uso de la paridad para obtener fiabilidad de los datos es menos costoso que la redundancia, ya que no requiere el uso de un conjunto redundante de unidades de disco.SISTEMAS RAID 10 | P á g i n a
  11. 11. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLOESCUELA DE INGENIERÍA DE SISTEMASCURSO: ARQUITECTURA DE COMPUTADORAS d) Alta Disponibilidad: El RAID aumenta el tiempo de funcionamiento y la disponibilidad del sistema. Para evitar los tiempos de inactividad, debe ser posible acceder a los datos en cualquier momento. La disponibilidad de los datos depende de dos aspectos:  La integridad de los datos: se refiere a la capacidad para obtener los datos adecuados en cualquier momento. La mayoría de las soluciones RAID ofrecen reparación dinámica de sectores, que repara sobre la marcha los sectores defectuosos debidos a errores de software.  La tolerancia a fallos: consiste en la capacidad para mantener los datos disponibles en caso de que se produzcan uno o varios fallos en el sistema. e) Otra de las ventajas del sistema RAID es la posibilidad, con los discos HOT SWAP, de conectarlos y desconectarlos en “caliente”, es decir, que si un disco falla no hará falta el apagar el sistema para reemplazarlo. 3. Tipos de Tecnología RAID Existen dos tipos de tecnología: a) Por Software: El RAID basado en software no es muy utilizado, pues a pesar de ser menos costoso, es más lento y posee más dificultades de configuración. La gestión RAID la hace el procesador del sistema. Ralentización de otras aplicaciones instaladas. Productividad más baja del usuario. Costes más altos de gestión y reconfiguración. No ofrece protección para el sistema operativo. No soporta HotSwap de discos (cambio de caliente). b) Por Hardware: La ventajaes su independencia de la plataforma sistema operativo, ya que son vistos por éste como un gran disco duro más, y demás son mucho más rápidos. La gestión RAID la realiza una controladora hardware dedicado. Independencia de la plataforma o sistema operativo. Alto rendimiento. Total integridad de datos y sistema operativo. Controlador RAID específico. Gestiona HotSwap y HotSpare. Los “HOTs”  Hot Swap o intercambio en Caliente: Esta característica permite cambiar un disco defectuoso con el sistema en funcionamiento, evitando interrupciones de trabajo. Requiere:  Discos con conector específico. En SCSI, el conector en tipo SCA(Single ConnectorAttachmnet).SISTEMAS RAID 11 | P á g i n a
  12. 12. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLOESCUELA DE INGENIERÍA DE SISTEMASCURSO: ARQUITECTURA DE COMPUTADORAS  Módulo de discos con Backplaneeléctronico que actúa como equilibrador de tensión.  Hot Spare o Repuesto en Caliente: Un disco de recambio instalado se asigna como Hot Spare de forma que si algún disco del RAID cae, automáticamente sustituye al defectuoso y se reconstruye de nuevo el RAID evitando la degradación de funcionamiento. Es el “repuesto AUTOMÁTICO” o desasistido. 4. Niveles RAID La elección de los diferentes niveles de RAID va a depender de las necesidades del usuario en lo que respecta a factores como seguridad, velocidad, capacidad, coste, etc. Cada nivel de RAID ofrece una combinación específica de tolerancia a fallos (redundancia), rendimiento y coste, diseñadas para satisfacer las diferentes necesidades de almacenamiento. La mayoría de los niveles RAID pueden satisfacer de manera efectiva sólo uno o dos de estos criterios. No hay un nivel de RAID mejor que otro; cada uno es apropiado para determinadas aplicaciones y entornos informáticos. De hecho, resulta frecuente el uso de varios niveles RAID para distintas aplicaciones del mismo servidor. a) RAID 0: Disk Striping "La más alta transferencia, pero sin tolerancia a fallos" También conocido como "fraccionamiento”, reparte los datos en pequeños segmentos que se distribuyen entre varias unidades. Este nivel de RAID no ofrece tolerancia al fallo. Al no existir redundancia, el RAID 0 no ofrece ninguna protección de los datos. El fallo de cualquier disco del RAID tendría como resultado la pérdida de los datos y sería necesario restaurarlos desde una copia de seguridad. Por lo tanto, el RAID 0 no se ajusta realmente al acrónimo RAID, pues consiste en una serie de unidades de disco conectadas en paralelo que permiten una transferencia simultánea de datos a todos ellos, con lo que se obtiene una gran velocidad en las operaciones de lectura y escritura. La velocidad de transferencia de datos aumenta en relación al número de discos que forman el conjunto. Esto representa una gran ventaja en operaciones secuenciales con ficheros de gran tamaño. Por lo tanto, este Array es aconsejable en aplicaciones de reproducción de video, postproducción, cine digital, etc; es decir, es una buena solución para cualquier aplicación que necesite un almacenamiento a gran velocidad pero que no requiera tolerancia a fallos. Para implementar una solución RAID 0 se necesita un mínimo de dos unidades de disco. b) RAID 1: Mirroring "Redundancia. Más rápido que un disco y más seguro"SISTEMAS RAID 12 | P á g i n a
  13. 13. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLOESCUELA DE INGENIERÍA DE SISTEMASCURSO: ARQUITECTURA DE COMPUTADORAS También llamado "Mirroring" (discos en espejo). Se basa en la utilización de discos adicionales sobre los que se realiza una copia síncrona de los datos que se están modificando. El RAID 1 ofrece una excelente disponibilidad de los datos con redundancia total de los mismos. Para ello, se duplican todos los datos de una unidad en otra. De esta manera se asegura la integridad de los datos y la tolerancia al fallo, pues en caso de avería, la controladora sigue trabajando con los discos no dañados sin detener el sistema. Los datos se pueden leer desde la unidad duplicada sin que se produzcan interrupciones. El RAID 1 es una alternativa costosa para los grandes sistemas, ya que las unidades se deben añadir en pares para aumentar la capacidad de almacenamiento. Sin embargo, el RAID 1 es una buena solución para las aplicaciones que requieren redundancia cuando hay sólo dos unidades disponibles. Los servidores de archivos pequeños son un buen ejemplo. Se necesita un mínimo de dos unidades para implementar una solución RAID 1. c) RAID 2 Este tipo usa bandeado en todos los discos, con algunos de estos dedicados a almacenar información de verificación y corrección de errores (error checking and correcting, ECC). No tiene ninguna ventaja sobre el RAID-3. d) RAID 3: "Acceso síncrono con un disco dedicado a paridad" Dedica un único disco al almacenamiento de información de paridad. La información de ECC (Error Checking and Correction) se usa para detectar errores. La recuperación de datos se consigue mediante operaciones del tipo O exclusivo (XOR) de la información registrada en los otros discos. Las operaciones de lectura y escritura acceden a todos los discos al mismo tiempo, por lo cual el RAID 3 es mejor para sistemas de un sólo usuario con aplicaciones que utilicen ficheros de gran tamaño. El RAID 3 ofrece altas tasas de transferencia, alta fiabilidad y alta disponibilidad, a un coste intrínsicamente inferior que un Mirroring (RAID 1). Sin embargo, su rendimiento en escritura es menor e igual al de un disco debido a que la información de parida ha de escribirse siempre en el mismo disco. Se necesita un mínimo de tres unidades para implementar una solución RAID. e) RAID 4 Esta configuración es más rápida que el nivel RAID 3. La razón es que existe la posibilidad de realizar la lectura completa de un archivo en un solo disco. El rendimiento de la escritura no mejora a causa de que la unidad en la que está almacenada la información de paridad debe actualizarse siempre que se produce una operación de escritura. En cualquier caso, el rendimiento de escritura es peor que en el nivel RAID 5, por lo que no es habitual encontrar configuraciones de nivel 4. f) RAID 5: "Acceso independiente con paridad distribuida."SISTEMAS RAID 13 | P á g i n a
  14. 14. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLOESCUELA DE INGENIERÍA DE SISTEMASCURSO: ARQUITECTURA DE COMPUTADORAS Es el nivel de RAID más eficaz y el de uso preferente para un gran número de aplicaciones. Comparado con otros niveles RAID con tolerancia a fallos, el RAID 5 ofrece la mejor relación rendimiento-coste. Gracias a la combinación del fraccionamiento de datos y la paridad como método para recuperar los datos en caso de fallo, constituye una solución ideal para los entornos de servidores en los que gran parte de las operaciones de lectura-escritura son aleatorias. Este nivel de array es especialmente indicado para trabajar con sistemas operativos multiusuarios. Este array ofrece tolerancia al fallo, pero además, optimiza la capacidad del sistema mediante el uso de paridad distribuida. Esto lo consigue mediante el cálculo de información de paridad y su almacenamiento alternativo por bloques en todos los discos del conjunto. La información del usuario se graba por bloques y de forma alternativa en todos ellos. De esta manera, si cualquiera de las unidades de disco falla, se puede recuperar la información en tiempo real mediante una simple operación lógica de O exclusivo a partir de la información de paridad y los datos de los otros discos. Así pues, el RAID 5 no asigna un disco específico para almacenar la paridad sino que asigna un bloque alternativo de cada disco a esta misión. Al distribuir la función de comprobación entre todos los discos, se disminuye el cuello de botella del disco único de paridad del RAID 3 proporcionando una velocidad equivalente a un RAID 0.5. NIVELES RAID ANIDADOS: Los objetivos del uso de RAID anidados son un mejor rendimiento y/o una mayor redundancia de datos. Pero por lo general, las configuraciones RAID anidadas buscar un equilibrio entre rendimiento y redundancia de datos, que se logran mediante la combinación de dos o más niveles estándar de RAID para crear configuraciones híbridas. Originalmente, los niveles RAID anidados se crean para mejorar tanto el rendimiento de un RAID de nivel estándar que hace hincapié en la redundancia, tal como RAID-1, o para mejorar la redundancia de un nivel de RAID estándar que hace hincapié en el rendimiento, tal como RAID-0. Los niveles RAID anidados son generalmente etiquetados con una serie de números en lugar de un solo número como en los niveles de RAID estándar. Los más comunes tienen dos niveles o dos números. De forma genérica se puede escribir como RAID X + Y o RAID XY (suponiendo que son sólo dos niveles). Por ejemplo, podemos escribir RAID-10 donde X = RAID-1 y Y = RAID-0. En el esquema de numeración, el primer número de la izquierda, que es "X" en el esquema genérico, es el nivel más bajo en el nido. Así que en el caso de RAID-10, el RAID anidado se inicia con RAID-1 en el nivel más bajo.SISTEMAS RAID 14 | P á g i n a
  15. 15. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO ESCUELA DE INGENIERÍA DE SISTEMAS CURSO: ARQUITECTURA DE COMPUTADORAS Los niveles RAID anidados más comúnmente usados son:  RAID 0+1: Consiste en la duplicación de los datos en diferentes conjuntos de discos, para un posterior (RAID 0) dentro de cada uno de dichos conjuntos. Este nivel está indicado para aplicaciones que necesiten altas prestaciones y un alto nivel de seguridad. Como puede verse en el diagrama, primero se crean dos conjuntos RAID 0 (dividiendo los datos en discos) y luego, sobre los anteriores, se crea un conjunto RAID 1 (realizando un espejo de los anteriores). La ventaja de un RAID 0+1 es que cuando un disco duro falla, los datos perdidos pueden ser copiados del otro conjunto de nivel 0 para reconstruir el conjunto global. Sin embargo, añadir un disco duro adicional en una división, es obligatorio añadir otro al de la otra división para equilibrar el tamaño del conjunto.Nivel Eficiencia de Numero Mínimo de Ventajas DesventajasRAID Almacenamiento Discos Muy buen rendimiento de lectura y escritura, Poca eficiencia de con el nivel exacto de almacenamiento rendimiento (50%). Con niveles 50% asumiendo 4 (se tiene que usar dependiendo de RAID anidados esRAID-01 que los discos son cantidades pares de cuantos discos haya deseada una del mismo tamaño discos) en el nivel RAID-0. El redundancia de datos RAID-1 resulta en un mayor que la pérdida muy buen rendimiento de un disco de lectura. SISTEMAS RAID 15 | P á g i n a
  16. 16. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO ESCUELA DE INGENIERÍA DE SISTEMAS CURSO: ARQUITECTURA DE COMPUTADORAS  RAID 1+0: Un RAID 1+0, a veces llamado RAID 10, es parecido a un RAID 0+1 con la excepción de que los niveles RAID que lo forman se invierte: el RAID 10 es una división de espejos. En cada división RAID 1 pueden fallar todos los discos salvo uno sin que se pierdan datos. Sin embargo, si los discos que han fallado no se reemplazan, el restante pasa a ser un punto único de fallo para todo el conjunto. Si ese disco falla entonces, se perderán todos los datos del conjunto completo. Como en el caso del RAID 0+1, si un disco que ha fallado no se reemplaza, entonces un solo error de medio irrecuperable que ocurra en el disco espejado resultaría en pérdida de datos. NúmeroNivel Eficiencia de Ventajas Desventajas Mínimo deRAID Almacenamiento Discos Muy buen rendimiento de lectura y escritura, con el Muy pobre eficiencia de 4 (se tiene nivel exacto de rendimiento almacenamiento. Con 50% asumiendo que usar dependiendo de cuantos niveles RAID anidados es que los discosRAID-10 cantidades discos haya en el nivel deseada una redundancia son del mismo pares de RAID-0. El RAID-1 resulta de datos mayor que la tamaño discos) en un muy buen pérdida de un disco rendimiento de lectura. El RAID 10 es a menudo la mejor elección para bases de datos de altas prestaciones, debido a que la ausencia de cálculos de paridad proporciona mayor velocidad de escritura.  RAID 30: Una división de niveles RAID con paridad dedicada: Es una combinación de un RAID 3 y un RAID 0. El RAID 30 proporciona tasas de transferencia elevadas combinadas con una alta fiabilidad a cambio de un costo de implementación muy alto. SISTEMAS RAID 16 | P á g i n a
  17. 17. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLOESCUELA DE INGENIERÍA DE SISTEMASCURSO: ARQUITECTURA DE COMPUTADORAS El RAID 30 divide los datos en bloques más pequeños y los coloca en cada conjunto RAID 3, que a su vez lo parte en trozos aún menores, calcula la paridad aplicando un XOR a cada uno y los escriben en todos los discos del conjunto salvo en uno, donde se almacena la información de paridad. El tamaño de cada bloque se decide en el momento de construir el RAID. El RAID 30 permite que falle un disco de cada conjunto RAID 3. Hasta que estos discos que fallaron sean reemplazados, los otros discos de cada conjunto que sufrió el fallo son puntos únicos de fallo para el conjunto RAID 30 completo. En otras palabras, si alguno de ellos falla se perderán todos los datos del conjunto. El tiempo de recuperación necesario (detectar y responder al fallo del disco y reconstruir el conjunto sobre el disco nuevo) representa un periodo de vulnerabilidad para el RAID.  RAID 100: Un RAID 100, a veces llamado también RAID 10+0, es una división de conjuntos RAID 10. El RAID 100 es un ejemplo de ”RAID cuadriculado”, un RAID en el que conjuntos divididos son a su vez divididos conjuntamente de nuevo. Los principales beneficios de un RAID 100 (y de los RAID cuadriculados en general) sobre un único nivel RAID son mejor rendimiento para lecturas aleatorias y la mitigación de los puntos calientes de riesgo en el conjunto. Por estas razones, el RAID 100 es a menudo la mejor elección para bases de datos muy grandes, donde el conjunto software subyacente limita la cantidad de discos físicos permitidos en cada conjunto estándar. Implementar niveles RAID anidados permite eliminar virtualmente el límite de unidades físicas en un único volumen lógico.SISTEMAS RAID 17 | P á g i n a
  18. 18. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO ESCUELA DE INGENIERÍA DE SISTEMAS CURSO: ARQUITECTURA DE COMPUTADORASNivel RAID Ventajas Desventajas Debido a la gran cantidad de usos involucrados, RAID 100 proporciona RAID 100 es sólo el 50% de eficiencia. muy buen rendimiento de lectura Dependiendo de la aplicación, el aleatoria. Además, en teoría, Raid rendimiento de escritura puede no ser tanRAID-100 100 puede soportar la pérdida del buenos como en otros niveles de RAID, 50% de sus discos individuales, pero depende de cómo poner en práctica siempre y cuando ninguno de los tanto el RAID 10, y el general de RAID 0 retrovisores individual (RAID 1) (hardware o software). pérdida de ambos discos. SISTEMAS RAID 18 | P á g i n a
  19. 19. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLOESCUELA DE INGENIERÍA DE SISTEMASCURSO: ARQUITECTURA DE COMPUTADORAS BIBLIOGRAFÍA STALLIGS WILLIAM,Organización y Arquitectura de Computadoras. Madrid 2005 TANENBAUM ANDREW, Organización y Arquitectura de Computadoras. 4ta. Edición. México 2000SISTEMAS RAID 19 | P á g i n a

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