RAID: Optimización del Rendimiento y Fiabilidad en Almacenamiento de Datos

Problemática del Rendimiento de los Discos Duros

El rendimiento de los discos duros se ha convertido en un cuello de botella en los sistemas informáticos modernos. Mientras que las prestaciones de los procesadores crecen aproximadamente un 50% cada año, las de los discos duros, que dependen de sistemas mecánicos, han crecido menos del 10%. Este desequilibrio se manifiesta especialmente en el acceso aleatorio a datos, crucial en bases de datos y servidores.

¿Qué es RAID?

RAID (Redundant Array of Independent Disks, o Matriz Redundante de Discos Independientes) es una tecnología que soluciona este problema. Se basa en:

• Combinar varios discos para mejorar el rendimiento, la fiabilidad y la capacidad total, superando las limitaciones de un solo disco.
• Acceder a varios discos simultáneamente y almacenar información redundante para proteger los datos.

Los datos se distribuyen en los discos que componen el RAID mediante una técnica llamada stripping (particionamiento). Los datos se dividen en bloques y se reparten entre los discos, permitiendo el acceso en paralelo y aumentando la velocidad.

El sistema operativo visualiza el conjunto RAID como una única unidad o disco lógico; la distribución de datos es transparente para el usuario.

RAID permite la recuperación de datos en caso de fallo de un disco, mejorando la disponibilidad.

Objetivos de RAID

• Mejores Prestaciones: Superar el rendimiento de un disco duro individual.
• Tolerancia a Fallos: Recuperación de datos en tiempo real si un disco falla.
• Mayor Velocidad: División de datos en fragmentos para acceso paralelo.
• Mayor Fiabilidad: Protección contra la pérdida de datos.

Técnicas para la Fiabilidad en RAID

RAID utiliza dos técnicas principales para garantizar la fiabilidad:

• Redundancia: Almacenamiento de los mismos datos en múltiples unidades. Si una unidad falla, los datos se pueden recuperar de las otras. Es eficaz pero costoso, ya que requiere el doble (o más) de capacidad de almacenamiento.
• Paridad: Utiliza un algoritmo matemático para generar información de paridad a partir de los datos originales. En caso de fallo de una unidad, los datos correctos restantes se combinan con la información de paridad para reconstruir los datos perdidos. Es menos costoso que la redundancia completa, ya que requiere menos espacio adicional.

Alta Disponibilidad

RAID favorece la alta disponibilidad, que se define como:

• Fiabilidad: Capacidad para obtener datos correctos en cualquier momento.
• Tolerancia a Fallos: Capacidad para mantener los datos incluso en caso de fallos del sistema.

Niveles RAID

Existen diferentes niveles de RAID, cada uno con sus propias características de tolerancia a fallos, coste y rendimiento. La elección del nivel adecuado depende de las necesidades específicas del usuario y de la aplicación.

Es importante que todos los discos en un conjunto RAID tengan el mismo tamaño para un funcionamiento óptimo.

RAID 0 (Stripping)

• Serie de discos conectados en paralelo para transferencia simultánea de datos.
• Ofrece alta velocidad de lectura y escritura.
• Los datos se particionan y distribuyen entre los discos.
• No ofrece tolerancia a fallos: Si un disco falla, se pierden todos los datos del conjunto.
• La velocidad aumenta con el número de discos en el conjunto.
• Requiere un mínimo de dos discos.

RAID 1 (Mirroring)

• Serie de discos que contienen exactamente la misma información (duplicación de datos).
• No hay partición de datos.
• Garantiza la seguridad de los datos: en caso de avería de un disco, el sistema puede seguir funcionando con los discos restantes sin interrupción.
• Requiere un mínimo de dos discos.

RAID 10 (RAID 1+0)

• Combinación de RAID 0 y RAID 1.
• Fracciona los datos (stripping) para mejorar el rendimiento y utiliza un conjunto de discos duplicados (mirroring) para la seguridad.
• Requiere un mínimo de cuatro discos, de los cuales solo la mitad se utiliza para el almacenamiento de datos; la otra mitad es para la redundancia.
• Es el más rápido y seguro, pero también el más costoso.