RAID y JBOD

RAID significa conjunto redundante de discos independientes. La idea es coger varias unidades físicas y presentarlas al sistema operativo como una sola unidad lógica, de forma que este vea un único volumen y no se entere de cuántos discos hay debajo.

Se hace por dos motivos que conviene no mezclar, porque cada nivel RAID los combina en una proporción distinta: rendimiento, porque escribir en cuatro discos a la vez va más rápido que en uno; y seguridad, porque guardar información redundante permite seguir funcionando cuando un disco se estropea.

Los discos de un RAID pueden ser de distinto tamaño, pero el conjunto se comporta como si todos midieran lo que el más pequeño: el exceso de los grandes queda sin usar. Es la regla que hay que aplicar antes que ninguna otra al calcular una capacidad neta.

A un conjunto se le puede añadir además un disco de reserva o spare, que no guarda datos mientras todo va bien y entra automáticamente en funcionamiento cuando otro falla, para que la reconstrucción empiece sin esperar a que llegue un técnico.

Manda siempre el disco más pequeño. Un RAID 0 con una unidad de 250 GB y otra de 750 GB rinde 500 GB, no un tera.

Los dos primeros niveles son los casos puros, uno por cada motivo. RAID 0 busca solo rendimiento y RAID 1 busca solo seguridad, y ninguno de los dos usa paridad.

RAID 0, o striping, parte la información en tiras y las va repartiendo entre los discos por turno. Al leer o escribir un archivo grande, todos los discos trabajan a la vez y el rendimiento se multiplica. A cambio no hay ninguna redundancia: si falla un disco, se pierde todo el volumen, porque a cada archivo le faltan trozos. Es el único nivel llamado RAID que en realidad no lo es, porque no tiene nada de redundante.

RAID 1, o mirroring, hace lo contrario: escribe el mismo bloque en los dos discos, de modo que uno es copia exacta del otro. Tolera perfectamente el fallo de un disco y mejora la lectura, porque el sistema puede servir de cualquiera de las dos copias. Su precio es el peor de todos: hace falta el doble de espacio para guardar lo mismo.

RAID 0 no tolera ningún fallo y además empeora la fiabilidad del conjunto: con dos discos hay el doble de probabilidad de que uno de los dos falle, y basta uno para perderlo todo.

Los niveles con paridad se agrupan en dos familias según el tamaño de la tira en que se trocea la información, y ese detalle, que parece menor, cambia por completo el comportamiento del conjunto.

En el acceso paralelo los ejes de los discos van sincronizados, porque si un plato va adelantado respecto a otro no se pueden leer los fragmentos de un mismo dato a la vez. Esa exigencia es una de las razones de que RAID 2 y RAID 3 hayan desaparecido de la práctica frente a RAID 5.

Tira pequeña significa velocidad en transferencias grandes; tira grande significa muchas operaciones por segundo. La elección depende de si el servidor mueve vídeo o base de datos.

La paridad es la manera de tolerar fallos sin pagar el 50 % de espacio que cuesta un espejo. Consiste en guardar, además de los datos, un valor calculado a partir de ellos que permite reconstruir el trozo que falte. Con un disco caído, el sistema deduce su contenido combinando lo que queda.

RAID 2 usa código Hamming, que no solo detecta el error sino que lo corrige. Es un nivel teórico: los discos ya incorporan su propia detección de errores, así que nunca se implantó. RAID 3 y RAID 4 tienen el mismo defecto: como la paridad va siempre al mismo disco, ese disco interviene en toda escritura y se convierte en el cuello de botella del conjunto. RAID 5 lo resuelve simplemente repartiendo la paridad, y por eso es el que se usa.

RAID 6 añade una segunda paridad calculada de otro modo y la reparte también. Con ella sobrevive al fallo simultáneo de dos unidades distintas, que es su verdadera razón de ser: en un conjunto grande, la reconstrucción tras un fallo dura horas, y en esas horas el segundo fallo es un riesgo real.

Capacidad neta, siendo N el número de discos
y «menor» la capacidad del disco más pequeño:

  RAID 0   ->   N x menor
  RAID 1   ->   (N x menor) / 2        (espejo de dos discos)
  RAID 3   ->   (N - 1) x menor
  RAID 4   ->   (N - 1) x menor
  RAID 5   ->   (N - 1) x menor
  RAID 6   ->   (N - 2) x menor

El número de discos que se restan coincide siempre con el número de fallos que el nivel tolera. Es la forma más rápida de reconstruir la fórmula si se olvida.

Un nivel anidado consiste en montar un RAID sobre otro RAID en lugar de sobre discos sueltos. Los dos más citados combinan las mismas piezas en orden inverso, y se leen de dentro hacia fuera: el primer número es lo que se hace primero.

El orden importa en la práctica. En RAID 1+0, si cae un disco solo se degrada su espejo y el resto sigue intacto, así que puede sobrevivir a varios fallos siempre que no sean los dos de un mismo espejo. En RAID 0+1, en cambio, un solo disco caído inutiliza todo el RAID 0 al que pertenece y deja al conjunto dependiendo por completo de la otra mitad. Por eso en producción se prefiere 1+0.

Para calcular la capacidad de un anidado se aplica la regla de dentro afuera: se resuelve primero el nivel interior, y el resultado de cada grupo se trata como si fuera un disco del nivel exterior, al que se vuelve a aplicar la regla del más pequeño.

Ejemplo: 6 discos en RAID 1+0
  2 discos de 2 TB, 2 de 4 TB y 2 de 6 TB

Paso 1. Los espejos RAID 1, de dos discos cada uno:
  espejo A = 2 TB
  espejo B = 4 TB
  espejo C = 6 TB

Paso 2. RAID 0 sobre esos tres espejos.
  Manda el más pequeño: 3 x 2 TB

Capacidad neta = 6 TB

Se resuelve siempre de dentro hacia fuera, y la regla del disco más pequeño se aplica en cada nivel, no solo al final.

JBOD, literalmente «un montón de discos sin más», encadena varias unidades para que el sistema vea un solo volumen grande. Suena a RAID y se configura desde la misma controladora, pero no lo es, y la diferencia se ve en las tres cosas que caracterizan a un RAID.

JBOD es la única configuración que aprovecha íntegro un disco de tamaño distinto. Su contrapartida es que no aporta ni rendimiento ni redundancia.