Noções básicas sobre tipos de disco rígido, RAID e controladores RAID no Dell PowerEdge e chassis de servidores Blade

Sumário:

1. Tipos de disco rígido
2. O que é um RAID?
3. Soluções RAID disponíveis
4. Noções básicas sobre configuração
   
    

Tipos de disco rígido

O Dell PERC (PowerEdge RAID Controller, Controlador de RAID PowerEdge) e outros controladores podem suportar uma variedade de tipos de discos rígidos. Existem quatro tipos principais usados em servidores Dell da 9ª geração e superiores. Há limitações específicas de configuração, e as especificações devem ser verificadas para o tipo de controlador usado. Além disso, os tipos não podem ser misturados no mesmo conjunto de RAID. Há também diferenças de transferência relacionadas a SATA 1, 2 ou 3. Elas também podem ser vistas como 3 Gb/s ou 6 Gb/s. Para obter a velocidade máxima do disco rígido, do backplane, dos cabos e do controlador, todos precisam suportar a taxa definida. Na maioria dos casos, a especificação superior é compatível com a menor velocidade comum. Exemplo: conectar um disco rígido de 6 Gb/s em um backplane de 3 Gb/s resultará na velocidade de 3 Gb/s.

 

1. Serial ATA (SATA): Unidades SATA são discos rígidos básicos dos servidores Dell PowerEdge. O Serial ATA foi projetado para substituir o antigo padrão paralelo ATA (PATA) (geralmente chamado pelo antigo nome IDE), que oferece várias vantagens sobre a antiga interface: tamanho de cabo reduzido e baixo custo (7 condutores em vez de 40), troca a quente nativa, transferência de dados mais rápida por meio de taxa de sinal superior e transferência mais eficiente pelo protocolo em fila de E/S. Em alguns sistemas sem um controlador, eles podem ser conectados por cabos, em vez de por conexões SATA onboard na placa-mãe. Em servidores menores com um controlador, eles ainda podem ser conectados porque esses sistemas não terão um backplane. Os discos rígidos não podem ter troca a quente.
   
    
2. Near Line SAS: Near Line SAS são unidades SATA empresariais com a velocidade rotacional, de cabeçote e de mídia das unidades SATA empresariais tradicionais e com uma interface SAS totalmente compatível, típica das unidades SAS clássicas. Isso proporciona melhor desempenho e confiabilidade na SATA. Basicamente é um híbrido entre SATA e SAS.
   
    
3. Serial Attached SCSI (SAS): SAS é um protocolo de comunicação utilizado em discos rígidos e unidades de fita empresariais. SAS é um protocolo serial ponto a ponto que substitui a antiga tecnologia de barramento SCSI paralela baseada (SCSI). Ele usa o conjunto de comandos padrão SCSI. Esses têm conexões extras através da parte superior da conexão SATA. É o que há de mais avançado em desempenho para unidades eletromecânicas.
   
    
4. Unidade de estado sólido (SSD): Uma SSD é um dispositivo de armazenamento de dados que utiliza conjuntos de circuito integrado como memória para armazenar dados de forma persistente. A tecnologia SSD utiliza interfaces eletrônicas compatíveis com unidades de disco rígido de entrada/saída (E/S) de bloco tradicionais. Os SSDs não utilizam nenhum componente mecânico de movimentação, o que os distingue dos discos magnéticos tradicionais, como as unidades de disco rígido, que são dispositivos electromecânicos que contêm discos que giram e cabeçotes de leitura/gravação móveis. Em comparação com os discos eletromecânicos, os SSDs são, normalmente, menos suscetíveis a choques físicos, são silenciosos e requerem menos tempo de acesso e latência. Em geral, devido a esses recursos, as unidades SSD podem ser a E/S mais rápida no mercado hoje no formato padrão de disco rígido.
   
    

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O que é um RAID?

Um RAID é um grupo de discos físicos independentes que fornece alto desempenho, aumentando o número de unidades usadas para salvar e acessar dados. Um subsistema de disco RAID melhora o desempenho de E/S e a disponibilidade de dados. O grupo de disco físico aparece para o sistema host como uma única unidade de armazenamento ou várias unidades lógicas. A taxa de transferência melhora porque vários discos são acessados ao mesmo tempo. Os sistemas RAID também melhoram a disponibilidade do armazenamento de dados e a tolerância a falhas. Dados perdidos por falha do disco físico podem ser recuperados através da reconstrução dos dados ausentes dos discos físicos restantes contendo dados ou paridade. RAID não é uma solução de backup. Ele não substitui uma boa solução de backup para retenção e segurança dos dados.
 

Os diferentes níveis de RAID:

• RAID 0 usa particionamento de disco para fornecer alta taxa de transferência de dados, especialmente para arquivos grandes em um ambiente que não requer redundância de dados.
• RAID 1 usa espelhamento de disco para que os dados gravados em um disco físico sejam simultaneamente gravados em outro disco físico. RAID 1 é ideal para bancos de dados pequenos ou outras aplicações que requerem pouca capacidade, mas que também exigem redundância completa dos dados.
• RAID 5 usa particionamento de disco e dados de paridade em todos os discos físicos (paridade distribuída) para fornecer alta taxa de transferência de dados e redundância de dados, especialmente para pequenos acessos aleatórios.
• RAID 6 é uma extensão do RAID 5 e usa um bloco de paridade adicional. RAID 6 utiliza particionamento de nível de bloco com dois blocos de paridade distribuída por todos os discos membros. RAID 6 oferece proteção contra falhas de disco duplo e falhas ocorridas enquanto um disco único está em reconstrução. Se você estiver usando apenas um array, implementar o RAID 6 será mais eficiente do que implementar um disco hot spare.
• RAID 10, uma combinação de RAID 0 e RAID 1, usa particionamento de disco em discos espelhados. Fornece alta taxa de transferência de dados e redundância completa de dados. RAID 10 pode suportar até oito conexões e até 32 discos físicos por conexão.
• RAID 50 é uma combinação de RAID 0 e RAID 5, em que um array RAID 0 é particionado em elementos de RAID 5. RAID 50 requer pelo menos seis discos.
• RAID 60 é uma combinação de RAID 0 e RAID 6, em que um array RAID 0 é particionado em elementos de RAID 6. RAID 60 requer pelo menos oito discos.

Terminologia de RAID
 

• RAID 0:  O RAID 0 permite que você grave dados em vários discos físicos, e não em apenas um disco físico. RAID 0 envolve o particionamento de cada espaço de armazenamento em disco físico em 64 faixas de KB. Essas faixas são intercaladas de maneira sequencial repetida. A parte da faixa em um disco físico único é chamada de elemento de distribuição. Por exemplo, em um sistema de quatro discos usando apenas o RAID 0, o segmento 1 é gravado no disco 1, o segmento 2 é gravado no disco 2, e assim por diante. O RAID 0 melhora o desempenho porque vários discos físicos são acessados simultaneamente, mas não fornece redundância de dados (Figura 1 (apenas em inglês)). 

  
Figura 1: RAID 0

Tolerância a falhas — nenhuma
Vantagem — melhoria de desempenho, armazenamento adicional
Desvantagem — não deve ser usado para dados essenciais; ocorrerá perda de dados diante de qualquer falha na unidade.


 

RAID 1

Com o RAID 1, os dados gravados em um disco são simultaneamente gravados em outro disco. Se um disco falhar, o conteúdo do outro disco poderá ser usado para executar o sistema e reconstruir o disco físico que apresentou falha. A principal vantagem do RAID 1 é que ele fornece 100 por cento de redundância de dados. Como o conteúdo do disco é completamente gravado em um segundo disco, o sistema pode suportar a falha de um único disco. Ambos os discos contêm os mesmos dados em todos os momentos. Ambos os discos físicos podem atuar como o disco físico operacional (Figura 2 (apenas em inglês)).

Nota: Discos físicos espelhados melhoram o desempenho da leitura pelo balanceamento de carga da leitura.

 
Figura 2: RAID 1

Tolerância a falhas — erros de disco, falha de disco único
Vantagem — alto desempenho de leitura, recuperação rápida após falha de unidade, redundância de dados
Desvantagem — alta sobrecarga do disco, capacidade limitada

 

RAID 5 e 6

Dados de paridade Dados de paridade são dados redundantes gerados para fornecer tolerância a falhas em determinados níveis de RAID. No caso de uma falha na unidade, os dados de paridade podem ser usados pelo controlador para gerar novamente os dados do usuário. Os dados de paridade estão presentes nos RAID 5, 6, 50 e 60. Os dados de paridade são distribuídos por todos os discos físicos no sistema. Se um disco físico falhar, ele poderá ser reconstruído a partir da paridade e dos dados nos discos físicos restantes. RAID nível 5 combina paridade distribuída com particionamento de disco, como mostrado abaixo (Figura 3 (apenas em Inglês)). A paridade fornece redundância para uma falha do disco físico sem duplicação do conteúdo de discos físicos inteiros.  RAID 6 combina dupla paridade distribuída com particionamento de disco (Figura 4 (apenas em Inglês)). Este nível de paridade permite duas falhas de disco sem duplicação do conteúdo de discos físicos inteiros.
 
RAID 5
 
Figura 3: Tolerância a falhas do RAID 5

– Erros de disco,
Vantagem de falhas de disco único – Uso eficiente da capacidade da unidade, Alto desempenho de leitura,
Desvantagem do desempenho de gravação de memória para alto – Impacto médio da falha do disco, Reepilação mais longa devido ao novo cálculo de paridade



RAID 6

Figura 4:   Tolerância a falhas do RAID 6

– Erros de disco, Vantagem de falhas de disco duplo – Redundância de dados,
Desvantagem do alto desempenho de leitura – redução do desempenho de gravação devido a cálculos de paridade dupla, custo extra devido a 2 discos equivalentes dedicados
aoRAID 10 de paridade:





   O RAID 10 requer dois ou mais conjuntos espelhados funcionando juntos. Vários conjuntos de RAID 1 são combinados para formar um único array. Os dados são distribuídos por todas as unidades espelhadas. Como cada unidade é espelhada no RAID 10, nenhum atraso é encontrado, porque nenhum cálculo de paridade é feito. Essa estratégia de RAID pode tolerar a perda de várias unidades, desde que duas unidades do mesmo par espelhado não falhem. Os volumes de RAID 10 fornecem alta taxa de transferência de dados e redundância de dados completa (Figura 5 (apenas em inglês)).

 
Figura 5: RAID 10

Tolerância a falhas — erros de disco, falha de um disco por conjunto espelhado
Vantagem — alto desempenho da leitura, oferece suporte ao maior grupo de RAID de 192 unidades
Desvantagem — mais caro


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Soluções de RAID disponíveis por placa controladora

Os níveis de RAID compatíveis com cada PERC (PowerEdge RAID Controller Card, placa controladora RAID PowerEdge) estão listados no artigo da base de conhecimento: Lista de tipos de controlador RAID PowerEdge (PERC) para sistemas Dell EMC
 

Noções básicas sobre configuração

No momento da compra do sistema, a maioria dos sistemas vem pré-configurada com o tipo de RAID que você selecionou e está pronta para uso. Normalmente, nenhuma ação do cliente nesta situação é necessária, uma vez que o sistema está configurado e funcionando. Se, depois de receber a unidade, uma alteração for necessária, o nível de RAID poderá ser alterado por meio do software ou da interface do controlador sem perda de dados, dependendo do controlador em si, do tipo de RAID original e do tipo que você deseja acessar. Nem todas as migrações são suportadas. Se a migração não for possível, exigirá uma limpeza completa dos discos rígidos e a criação do zero.

Aviso : é altamente recomendável criar um backup verificado de seus dados antes de fazer ou tentar fazer alterações. Qualquer falha pode resultar em perda de dados. Migração de nível de RAID (por exemplo para o controlador H700/H800).
      
 

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