¿Qué es RAID (Redundant Array of In­de­pe­n­de­nt Disks)?

El concepto RAID in­cre­me­n­ta la fia­bi­li­dad de las memorias de datos. Se de­sa­rro­lló para los clásicos discos duros HDD y hoy en día sigue uti­li­zá­n­do­se en el entorno de los se­r­vi­do­res. ¿Cuál es exac­ta­me­n­te la es­tru­c­tu­ra de los sistemas RAID y qué di­fe­re­n­cias hay entre ellos?

En los años si­guie­n­tes, RAID se es­ta­n­da­ri­zó y de­sa­rro­lló cada vez más, pasando a primer plano su uso en apli­ca­cio­nes de servidor. Como resultado, el ahorro de costes dejó de de­sem­pe­ñar un papel im­po­r­ta­n­te; ahora el objetivo principal de la matriz era sustituir fá­ci­l­me­n­te los discos duros durante el fu­n­cio­na­mie­n­to sin dar problemas. El desglose del acrónimo RAID: Redundant Array of In­de­pe­n­de­nt Disks (matriz re­du­n­da­n­te de discos in­de­pe­n­die­n­tes en español) hace re­fe­re­n­cia a esta misma función. La te­c­no­lo­gía RAID está basada en las pro­pie­da­des de los discos duros HDD clásicos. Los SSD modernos también se dejan agrupar, pero pierden re­n­di­mie­n­to y, debido a la falta de fu­n­cio­na­li­dad TRIMP en los RAID, también vida útil.

Los sistemas RAID siguen siendo de­ma­n­da­dos como una parte im­po­r­ta­n­te de los entornos de se­r­vi­do­res. Su aspecto más relevante es la re­du­n­da­n­cia de los datos al­ma­ce­na­dos que en este caso no se equiparan a una copia de seguridad al uso. En las es­tru­c­tu­ras de se­r­vi­do­res, los RAID están pensados para que el fallo de un solo disco duro no tenga co­n­se­cue­n­cias, ya que los datos que contiene están también ar­chi­va­dos en otros lugares de la matriz RAID. Otra de las ventajas que tiene utilizar un sistema RAID es el aumento de la capacidad de al­ma­ce­na­mie­n­to y una mayor velocidad de lectura y escritura al acceder a las memorias de disco duro.

La forma exacta en la que in­ter­ac­túan los di­s­po­si­ti­vos de al­ma­ce­na­mie­n­to in­di­vi­dua­les de un sistema RAID y la función que fi­na­l­me­n­te debería realizar una matriz en una red de se­r­vi­do­res pueden variar eno­r­me­me­n­te. No obstante, existen distintas co­n­fi­gu­ra­cio­nes es­ta­n­da­ri­za­das que definen los niveles RAID. Además, se distingue entre los RAID de software y de hardware en función de si la in­ter­ac­ción de la matriz se organiza en el software o en el hardware.

La ca­te­go­ri­za­ción en RAID de software o de hardware puede dar una idea equi­vo­ca­da de en qué consisten estos dos tipos de matrices de discos duros. Para su fu­n­cio­na­mie­n­to, ambas variantes necesitan software; los términos hacen re­fe­re­n­cia úni­ca­me­n­te al tipo de im­ple­me­n­ta­ción.

En los RAID por hardware, la or­ga­ni­za­ción de los di­s­po­si­ti­vos de al­ma­ce­na­mie­n­to in­di­vi­dua­les recae en un hardware especial y potente, también llamado co­n­tro­la­do­ra RAID. Esta co­n­tro­la­do­ra se instalará, o bien en la torre del ordenador o en una matriz de discos (“disk array”), en la que también se alojan los discos duros. Esta última variante es la preferida por los centros de pro­ce­sa­mie­n­to de datos, donde los sistemas externos suelen uti­li­zar­se bajo las de­no­mi­na­cio­nes DAS (Direct Attached Storage), SAN o NAS. La gran ventaja de una or­ga­ni­za­ción de RAID por hardware es el excelente re­n­di­mie­n­to, que se traduce, entre otras cosas, en una elevada velocidad de tra­n­s­fe­re­n­cia de datos.

En un RAID por software, un software que se ejecuta di­re­c­ta­me­n­te en la CPU del host asume la gestión de la cuota de al­ma­ce­na­mie­n­to. Por esta razón, también se conoce como sistema RAID basado en host. Los sistemas ope­ra­ti­vos comunes como Windows (a partir de NT) o las di­s­tri­bu­cio­nes de Linux pro­po­r­cio­nan los co­m­po­ne­n­tes ne­ce­sa­rios para este RAID, que, en co­m­pa­ra­ción con la al­te­r­na­ti­va de hardware, es mucho más barato y rápido de co­n­fi­gu­rar. Los in­co­n­ve­nie­n­tes de este sistema son la alta carga de CPU para el host y la falta de in­de­pe­n­de­n­cia de la pla­ta­fo­r­ma. Además, el re­n­di­mie­n­to también es peor, ya que los accesos al disco no pueden regularse de manera tan elegante como con una co­n­tro­la­do­ra RAID:

Como hemos me­n­cio­na­do, un “nivel” es la forma en la que los discos duros se combinan entre sí en un RAID. No obstante, esta de­sig­na­ción tiende a provocar ma­le­n­te­n­di­dos, ya que las distintas co­n­fi­gu­ra­cio­nes posibles de los discos duros no se acumulan por niveles. Los números de los distintos niveles no tienen ninguna relación; solo indican los di­fe­re­n­tes enfoques para la es­tru­c­tu­ra y la posterior función del RAID. Los niveles más uti­li­za­dos son RAID 0, RAID 1, RAID 5 y RAID 6. También se pueden combinar dos niveles RAID. RAID 10, por ejemplo, se refiere a un sistema RAID 0 en­sa­m­bla­do a partir de varios sistemas RAID 1.

En sentido puramente estricto, las matrices de discos duros que llevan la etiqueta RAID 0 no cuentan como sistemas RAID, ya que no se basan en la re­du­n­da­n­cia para el al­ma­ce­na­mie­n­to. Este modelo solo sirve para acelerar el acceso a los datos co­m­bi­na­n­do dos o más discos duros en una unidad lógica. Para ello, los datos se di­s­tri­bu­yen uni­fo­r­me­me­n­te entre los distintos soportes de datos en bloques sucesivos. Estos bloques se denominan stripes en inglés, por lo que el RAID 0 también se conoce como “striping”. Mientras que la matriz pro­po­r­cio­na más capacidad de al­ma­ce­na­mie­n­to y una mayor tasa de re­n­di­mie­n­to, también reduce au­to­má­ti­ca­me­n­te la seguridad. Si un disco duro falla, se pierden todos los datos. Para más in­fo­r­ma­ción sobre el enfoque del striping, consulta nuestra detallada guía sobre RAID 0.

El RAID de nivel 1 se conoce como “espejo”. En esta matriz, todos los discos duros in­te­gra­dos presentan el mismo estado de datos en todo momento, por lo que ofrece una re­du­n­da­n­cia completa y puede suplir fá­ci­l­me­n­te el fallo de las unidades de al­ma­ce­na­mie­n­to in­di­vi­dua­les. Como co­n­se­cue­n­cia, la capacidad del RAID siempre es, como mucho, tan alta como la capacidad del disco duro más pequeño in­vo­lu­cra­do. La velocidad de escritura de un RAID 1 es tan rápida como la de una unidad in­di­vi­dual, pero si se conectan los discos im­pli­ca­dos a sus propios canales, como por ejemplo en SATA, la velocidad de lectura se duplica. Para más in­fo­r­ma­ción sobre el método de al­ma­ce­na­mie­n­to del “espejo”, consulta nuestro completo artículo temático “RAID 1”.

El RAID 5 describe una matriz de tres o más discos cuya cantidad suele ser impar: tres, cinco, siete, etc. El concepto de al­ma­ce­na­mie­n­to utiliza el striping conocido por el RAID 0 y di­s­tri­bu­ye los datos en bloques en los distintos soportes de datos. Junto con los bloques de datos, la in­fo­r­ma­ción paritaria se di­s­tri­bu­ye uni­fo­r­me­me­n­te por los discos montados; esto puede uti­li­zar­se para recuperar los datos perdidos si falla un di­s­po­si­ti­vo de al­ma­ce­na­mie­n­to. Por eso, RAID 5 pro­po­r­cio­na una mayor velocidad de lectura, así como más seguridad que una unidad in­di­vi­dual. Al re­ca­l­cu­lar co­n­s­ta­n­te­me­n­te los bloques de paridad, la velocidad de escritura se reduce, pero en co­m­pa­ra­ción solo li­ge­ra­me­n­te. Obtén más in­fo­r­ma­ción sobre este concepto en nuestro especial artículo sobre RAID 5.

El nivel RAID 6 tiene un enfoque similar al del RAID 5. Con él también se di­s­tri­bu­yen los datos en bloques uni­fo­r­me­me­n­te por los co­m­po­ne­n­tes de al­ma­ce­na­mie­n­to in­te­gra­dos. Mediante la in­fo­r­ma­ción de paridad, aumenta la seguridad. Sin embargo, estos últimos datos que se recuperan se generan por duplicado, por lo que este tipo de RAID puede lidiar con el fallo si­mu­l­tá­neo de hasta dos discos (con una cantidad mínima de cuatro). De esta manera, la matriz ofrece una alta seguridad de datos y un buen acceso a la lectura. Dado que el cálculo de los bloques de paridad requiere aún más tiempo que con el RAID 5, la velocidad de escritura es incluso menor. En nuestra guía es­pe­cí­fi­ca sobre RAID 6 exa­mi­na­mos los puntos fuertes y débiles del striping con doble in­fo­r­ma­ción de paridad di­s­tri­bui­da más de cerca.

El RAID 10, o RAID 1+0, combina las pro­pie­da­des de RAID nivel 0 y RAID nivel 1: una mayor velocidad de tra­n­s­mi­sión de datos y una elevada seguridad de datos. Con este fin, se juntan varios sistemas RAID 1 en una matriz RAID 0, donde se necesitan al menos cuatro discos. Te ex­pli­ca­mos en detalle cuándo merece la pena esta co­m­bi­na­ción y qué de­s­ve­n­ta­jas tiene en nuestro artículo sobre RAID 10.

Al montar y poner en fu­n­cio­na­mie­n­to un sistema RAID, hay que tener varias cosas en cuenta. La primera pregunta es in­e­vi­ta­ble­me­n­te qué tipo de matriz instalar. Si por ejemplo úni­ca­me­n­te queremos aumentar el re­n­di­mie­n­to de los datos, tenemos di­s­po­ni­ble, además de un sistema de nivel 0, una unidad SSD como al­te­r­na­ti­va. Si en cambio lo que queremos es aumentar la seguridad de los datos, con el espejo (por ejemplo, el nivel 1) y el al­ma­ce­na­mie­n­to con in­fo­r­ma­ción de paridad (por ejemplo, el nivel 5) contamos con dos enfoques distintos.

A la hora de se­le­c­cio­nar discos duros, lo ideal es dar pre­fe­re­n­cia a modelos idénticos. En muchas co­n­fi­gu­ra­cio­nes RAID, el volumen máximo de al­ma­ce­na­mie­n­to se basa en el disco más pequeño, por lo que con distintos tamaños se perdería potencial de al­ma­ce­na­mie­n­to. Es aún más im­po­r­ta­n­te confiar en un hardware, como los discos duros NAS, que están diseñados para ser muy longevos. El tamaño de los soportes de datos también desempeña un papel al sustituir po­s­te­rio­r­me­n­te hardware de­fe­c­tuo­so o al ampliar el RAID. Los co­m­po­ne­n­tes nuevos han de tener como mínimo el tamaño del soporte de datos más pequeño que se ha utilizado hasta el momento o del soporte de datos de­fe­c­tuo­so.

Otra cuestión que nunca de­be­ría­mos olvidar al utilizar una matriz RAID: la in­ter­ac­ción de los di­fe­re­n­tes discos duros aumenta la seguridad de los datos al­ma­ce­na­dos mediante la re­du­n­da­n­cia, pero una copia de seguridad bien or­ga­ni­za­da no puede ni debe sustituir a un RAID.