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Artículo SATA-Raid

Autor:: Eagle
Fecha:: 30-01-2004

Hemos realizado un artículo explicando que es SATA, Raid, como funciona, que tipos de Raid hay, etc. Si buscas perfomance de escritura y seguridad en tus datos, no puedes dejar de leerlo.

SATA-RAID: Performance y Aplicación en Silicon Image 3112

Muchas veces probamos e incluso ustedes habrán visto o poseen motherboards con capacidades de RAID, en estos días, no hay practicamente un motherboard decente que no las incluya y viendo la cantidad de productos que hay en el mercado claramente puede observarse que el Silicon Image es uno de los controladores RAID más usados en la actualidad, es por esto, que decidí hacer un artículo dedicado exclusivamente a este controlador, de esta forma, espero no solo cubrir algunas dudas en lo que a creación y utilización de RAID se refiere, sinó que también se podrá evaluar la performance del mismo, así, este artículo puede servir a modo comparatívo de que puede esperarse en todos aquellos motherboards que dispongan de esta opción.

Antes de comenzar con el artículo y pasar a la parte práctica, vamos a ver un poco de teoría...

Serial ATA:

Serial ATA es un estandar que se introdujo recientemente y que ya está ganando popularidad, como todos saben, esta interfase es exclusiva para conexión de dispositivos de almacenamiento, a diferencia del Parallel ATA (que pasó a llamarse así luego de que saliera al mercado el SATA) las señales de trasferencia de datos ocurren en serie, el principal beneficio del Serial ATA en comparación con el ATA en paralelo es básicamente la facilidad de conexión, pocos conectores, la segunda diferencia es la velocidad, ya que la tecnología reciente puede lograr esto e incluso superar el tradicional ATA en paralelo, llegando hasta una suma máxima de 150Mb/s (al menos en esta primera generación de SATA) y la tercera diferencia fundamental es la capacidad de Hot-Swap, esta interesante opción ya se podía realizar en conexiones ATA comunes, sin embargo requerían interacción del usuario, ya que los dispositivos ATA comunes no son detectados de forma automática por la interfase PnP del Windows, tampoco tienen forma de ser detectados automáticamente de ninguna otra forma, sin embargo, el Serial ATA introduce una señal de LINK que constantemente identifica y chequea la seguridad del disco, esta señal le permite funcionar a modo de "auto-detección", similar a lo que ocurre cuando volvemos a enchufar un dispositivo USB. La habilidad de Hot-Swap es extremadamente interesante para configuraciones RAID en Mirror, en el próximo punto voy a hablar un poco más al respecto.

Concepto Básico de RAID:

Como ya bien explicó WhiteRabbit en nuestro foro de MaximoPC el concepto básico de RAID y de que trata, voy a intentar resumirles lo que dijo y luego explicaré con mas detalle como funcionan los 2 modos más importantes de RAID , si desean consultar el thread en cuestión pueden hacerlo aquí.

RAID es la abreviación de "Redundant Array of Inexpensive Disks", lo de inexpensive se refiere a la época en la cual se desarrollaban los discos, ya que los discos IDE se consideraban baratos y los SCSI caros, de ahí se desarrolló un método de mejorar la estabilidad y/o performance de estos discos baratos, todo el concepto de RAID y lo que significa pasó a ser luego una cuestión de comodidad, ya que el RAID se utiliza incluso en los discos más costosos, incluso SCSI para mejorar la performance o brindar una mayor seguridad a los datos.

RAID consta de la agrupación de varios discos para un fin común, ya sea performance, seguridad o ambos, el RAID se divide en varios modos y se nombran según su utilidad, sea, RAID0 Stripping, RAID1 Mirror, RAID5, etc, los modos que voy a explicar son los más comunes usados en este tipo de controlador y que son el Modo0 y Modo1.

RAID0 Stripping:

Este modo de RAID consta de agrupar una serie de discos iguales en un ARRAY (pueden ser 2, 3, 4 o más, dependiendo de las capacidades del controlador) que luego podrán almacenar la información en partes iguales a través de todos los discos, la unidad resultante es la suma de las partes y es vista como 1 sola ante el sistema operativo, esto le permite poder recuperar y almacenar información al doble e incluso triple de la velocidad normal, ya que la velocidad final es la suma de todas las velocidades individuales de cada disco en el ARRAY, desgraciadamente, en el modo 0, no existe seguridad de datos, si uno de los discos falla, toda la estructura se cae. Este modo se utiliza exclusivamente para ganar velocidad pero es mucho más inseguro incluso que utilizar un solo disco, ya que el promedio de falla (MTBF: Mean Time Between Failures) también se incrementa, sumando la posibilidad de falla de todos los discos conformando el ARRAY.

Como Funciona:

Se elige una cantidad determinada de discos para formar el ARRAY (lo comun es 2, pero se pueden usar más), la cantidad de discos elegida se suman entre si, pero deben poseer el mismo espacio determinado, digamos que se eligen discos de 20gb, entonces, el controlador RAID0 crea una unidad lógica al sistema operativo de 40Gb (20 + 20), en caso de contener una tercera unidad, la unidad lógica disponible al sistema operativo será de 60 (20 + 20 + 20). El disco resultante del RAID0 puede almacenar y recuperar información a traves de todos los discos del ARRAY simultáneamente, como todos los discos conforman una sola unidad... tanto si se lee o escribe en la misma, la información viaja a la velocidad resultante de la suma de todos los discos en el ARRAY. Se duplican o triplican las velocidades de escritura y lectura, dependiendo de cuantos discos se eligan en el ARRAY y que velocidad tengan.

El concepto es que la información se almacena por partes iguales a través de todos los discos, los participantes deben tener el mismo espacio físico real, si alguno de los mismos posee menos espacio que el resto, todo el ARRAY se conforma acorde al espacio del menor disco, así, para RADI0 de un disco de 40 y otro de 30, la unidad final resultante será de 60GB (usándose solo 30GB de la unidad de 40), mismo para un ARRAY de 60 + 60 + 80 = 180Gb (desperdiciándose 20 GB del disco de 80), entonces, aquí tenemos el dato más importante, ya que la información se distribuye a lo largo del ARRAY completo en bloques de datos idénticos, lo ideal es poseer discos de prestaciones idénticas (mismo espacio, mismo caché interno de disco, misma estructura de cilindros, etc).

Para finalizar, cuando el controlador crea el ARRAY, le pide al usuario que indique el tamaño del bloque mínimo de Stripe, esto se le denomina "Stripe Size" o "Stripe Block Size", este valor indica el mínimo tamaño de bloque en el que se conformarán los datos a través de los discos, es importantísimo saber, que acorde a la estructura física y cache del disco, el valor óptimo del Stripe Size varía, así.. es conveniente en un arreglo RAID0, probar los distintos valores de bloque para determinar el valor ideal para la configuración determinada. Estos valores van desde 4k hasta 128k, 256k e incluso 1024k

Los valores que en mis experimentos personales resultaron óptimos para cada marca de disco son: 8-16k para Maxtor, 16-32k para Seagate, 64k para IBM (ahora Hitachi) y también para el Western Digital en algunos casos, la configuración de este bloque se realiza mediante el BIOS de la controladora de RAID al momento de crear la unidad lógica, así, para cambiar a un valor distinto, se debe borrar la estructura ARRAY y volverla a crear nuevamente, esto es, perder absolutamente toda la información, así es que se debe tener extremo cuidado a la hora de elegir el tamaño del Stripe Block.

Resumiendo:

RAID0 duplica la performance del sistema de discos, almacenando la información por partes iguales en todos los discos del ARRAY, pero esto conlleva la pérdida de seguridad, ya que la falla de uno de los discos provoca la falla de todo el ARRAY.

RAID1: Mirroring

En este modo de RAID, la seguridad de datos es lo más importante, este modo tiene una forma de operación más sencilla que el modo 0, ya que aquí la información viaja duplicada por todos los discos del ARRAY, el resultante de todo el ARRAY es siempre el valor del menor disco en el.

No existe mejora de velocidad, la velocidad de lectura suele ser igual de rápida que en un sistema con un disco solo, sin embargo, la velocidad de escritura suele ser un tanto más lenta, el MTBF se reduce a la mitad, ya que la falla de uno de los discos no afecta el funcionamiento del ARRAY.

Como Funciona:

Se indica la cantidad de discos a usar para conformar el ARRAY, la cantidad elegida luego pasará a conformar un solo disco con el espacio final del menor disco del ARRAY, así, para un arreglo de 20+20 el tamaño final será de 20, para un arreglo de 20+30 el tamaño final será de 20.

El RAID1 tiene una diferencia muy importante con respecto al RAID0, ya que todos los discos están escribiendo la misma información al mismo tiempo, este modo de RAID permite la utilización de lo que se llama "Hot-Swap" esto es, cambiar discos en tiempo de operación sin la pérdida de datos ni malfunción del sistema, los controladores SATA tales como el que estamos mencionando en este articulo, soportan esta característica. Como funciona? Si uno de los discos en el ARRAY se cae, el sistema sigue funcionando perfectamente, digamos que se desea reemplazar un disco que empezó a funcionar mal y se lo cambia por otro similar pero que se encuentra vacío, bien, al reemplazar el disco (mediante Hot Swap) el controlador detecta el disco vació y utiliza la función denominada "Hot Spare Auto-Rebuild" que básicamente consta de re-escribir toda la información contenida en el disco primario (el que quede en el Raid) en el disco vacío, esta función es automática y también se puede programar, así, el usuario no tiene nada de que preocuparse, si uno de los discos falla y es avisado por el programa controlador del RAID, no tiene más que reemplazarse el mismo por otro nuevo y la información se re-escribirá en el nuevo sin interacción del usuario.

Resumiendo:

El modo RAID1: Mirroring se comporta como si fuera un sistema con un solo disco y la información viaja duplicada en todos los discos del ARRAY, esto no ofrece ninguna performance pero duplica la seguridad del sistema, si uno de los discos falla, el sistema sigue funcionado y pueden cambiarse unidades falladas incluso mientras la maquina se encuentra en funcionamiento gracias al HotSwap.

Para más información sobre los demás modos de RAID pueden consultar este link (gracias a WhiteRabbit por la información)

Ahora sí, pasemos a evaluar la creación de un RAID0 Stripping en nuestro controlador Sil3112, esta información es válida para todos los motherboards que utilicen el mismo controlador, como también es válida para los nuevos controladores de 4 canales basados en el Sil3114.