RAID là gì? Lợi ích khi sử dụng RAID trong việc lưu trữ dữ liệu

Chắc hẳn rằng bạn đọc nếu sử dụng PC hay các dòng thiết bị lưu trữ NAS sẽ không còn lạ gì với khái niệm RAID phải không. RAID là chữ viết tắt của Redundant Array of Independent Disks – Hình thức gộp nhiều ổ đĩa cứng vật lý thành 1 hệ thống. Bài viết ngay sau đây sẽ cung cấp cho bạn đọc những thông tin chi tiết nhất về công nghệ ổ đĩa này bao gồm khái niệm, các chuẩn RAID, lợi ích mang lại. Bạn đọc hãy cùng tham khảo!

1. Hiểu đúng RAID là gì?

RAID là viết tắt của Redundant Array of Independent Disks, công nghệ này cho phép gộp nhiều ổ đĩa vật lý thành 1 hệ thống lưu trữ tập trung. Qua đó, RAID sẽ giúp tăng tốc độ truy xuất và bảo vệ dữ liệu hiệu quả hơn khi dữ liệu được sao chép đồng thời trên nhiều ổ cứng cùng lúc. Có thể giải thích đơn giản thì RAID vừa là phương pháp Backup dữ liệu hiệu quả, vừa giúp cải thiện hiệu suất xử lý dữ liệu. Công nghệ này đã và đang được sử dụng tại nhiều mô hình như máy trạm Workstation, PC chuyên nghiệp, thiết bị lưu trữ NAS, thiết bị DAS…

2. Đôi nét về lịch sử phát triển của RAID

Công nghệ ổ đĩa RAID đã được ra đời và phát triển như thế nào? Bạn đọc có thể tham khảo ngay sau đây:

• Khái niệm RAID đã được công bố lần đầu tiên tại trường Đại học California – Berkeley vào năm 1987. Công nghệ này cho phép liên kết nhiều ổ đĩa nhỏ để tạo ra 1 hệ thống lưu trữ với dung lượng lớn hơn, thay thế cho việc sử dụng những ổ đĩa cứng lớn và đắt tiền thời đó.
• Cho đến tháng 7 năm 1992, RAB (RAID Advisory Board) hay Hội đồng tư vấn và phát triển RAID đã được thành lập. Tổ chức này có vai trò công bố, định hướng và phát triển các tiêu chuẩn phần cứng và phân loại RAID thành 7 cấp độ khác nhau (Từ 0 – 6).

Cho đến nay, công nghệ RAID đã được phát triển với nhiều phiên bản khác nhau. Bạn đọc hãy cùng tham khảo các chuẩn RAID trong phần nội dung tiếp theo!

3. Cách thức hoạt động của RAID

RAID sẽ bao gồm ba phương thức hoạt động chính:

• Phương pháp phân chia dải (Striping): Chia luồng dữ liệu thành các khối riêng biệt có kích thước nhất định và lưu trữ trên mỗi mảng RAID. Cách thức lưu trữ này sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới hiệu suất truy xuất dữ liệu sau này.
• Phương pháp Mirroring: Thiết lập đồng thời những bản sao dữ liệu trên các ổ đĩa của cùng một mảng RAID cùng lúc. Phương pháp này sẽ đóng vai trò quan trọng trong khả năng chịu lỗi và khôi phục dữ liệu khi 1 trong các ổ đĩa RAID gặp sự cố.
• Phương pháp Parity: Phương pháp này được sử dụng để kiểm tra độ toàn vẹn của dữ liệu được lưu trữ trên mảng RAID. Bằng cách thêm 1 bit vào mỗi byte dữ liệu (1 byte= 8 bit). Parity bit (Bit chẵn lẻ) được sử dụng để phát hiện lỗi xảy ra trong 8 bit kia. Bit chẵn lẻ mã kiểm tra lỗi đơn giản nhất được sử dụng.

Hầu hết những loại RAID hiện nay đều đang hoạt động với các phương thức như phân dải, Parity và Mirroring.

4. Tổng hợp các chuẩn RAID thông dụng hiện nay

4.1 RAID 0 là gì?

RAID 0 là cấp độ cơ bản nhất của công nghệ ổ đĩa này với vai trò duy nhất là tăng tốc độ xử lý dữ liệu của ổ đĩa cứng. Để thiết lập cấu hình RAID 0, bạn sẽ cần tối thiểu hai ổ đĩa cứng cùng loại, cùng dung lượng với phương thức đặc biệt được gọi là Striping.

Để giải thích đơn giản về cách hoạt động của RAID 0, hãy lấy một ví dụ với 8 đoạn dữ liệu được đánh số từ 1 đến 8. Phương thức Striping sẽ chia đoạn dữ liệu thành 2 phần:

• Các đoạn đánh số lẻ (1,3,5,7) sẽ được ghi lên ổ đĩa cứng 1.
• Các đoạn đánh số chẵn (2,4,6,8) sẽ được ghi lên ổ đĩa 2.

Tùy vào số lượng ổ đĩa sử dụng trong mảng thì tốc độ truy xuất dữ liệu sẽ càng được nâng cao. Tuy nhiên, RAID 0 chỉ dừng lại ở việc tăng tốc xử lý dữ liệu. Vì vậy, chuẩn RAID này sẽ gặp phải rất nhiều rủi ro về việc mất dữ liệu khi dữ liệu bị xé lẻ, lưu trữ riêng lẻ trên từng ổ đĩa. Nếu một ổ đĩa gặp sự cố hay bị đánh cắp thì chắc chắn dữ liệu của bạn được lưu trên mảng RAID sẽ bị hư hỏng, gây gián đoạn cho quá trình tổng hợp dữ liệu sau này.

4.2 RAID 1 là gì?

RAID 1 cũng là 1 trong những cấp độ cơ bản như RAID 0. Tuy nhiên, RAID 1 sẽ tốt hơn so với RAID 0 với sự cải thiện về khả năng đảm bảo an toàn dữ liệu. Cấu hình RAID này sẽ yêu cầu ít nhất 2 ổ đĩa để hoạt động. Thay vì phân chia từng phần dữ liệu trên từng ổ đĩa theo phương thức Striping, RAID 1 sẽ sử dụng phương pháp Mirror.

Điều này có nghĩa cùng 1 đoạn dữ liệu sẽ được ghi đồng thời trên 2 ổ cứng giống hệt nhau. Trong trường hợp một ổ đĩa gặp trục trặc thì ổ còn lại vẫn chứa đầy đủ dữ liệu, bạn có thể sử dụng một cách bình thường.

Dung lượng tối đa của hệ thống chạy RAID 1 sẽ bằng dung lượng của ổ cứng đơn được sử dụng. Ví dụ, bạn sử dụng 2 ổ 240GB chạy RAID 1 thì dung lượng lưu trữ tối đa sau khi cấu hình xong sẽ 240GB.

4.3 RAID 0+1 là gì?

Vậy, sẽ ra sao nếu kết hợp RAID 0 và RAID 1? Chắc chắn rằng, bạn sẽ có 1 hệ thống lưu trữ vừa có tốc độ truy xuất dữ liệu cao như RAID 0 vừa an toàn dữ liệu như RAID 1. Hệ thống RAID 0+1 là sự tổng hợp của 2 RAID cơ bản, sử dụng đồng thời 2 phương thức Striping và Mirror.

Chi phí để triển khai RAID 0+1 cũng tương đối cao, bạn sẽ cần sử dụng tối thiểu tới 4 ổ đĩa cứng. Dữ liệu sẽ được ghi đồng thời lên 4 ổ đĩa cứng, trong đó 2 ổ phân chia dữ liệu theo dạng Striping để tăng tốc độ xử lý và 2 ổ hoạt động theo dạng Mirroring để sao lưu dự phòng và bảo vệ dữ liệu.

Khi cấu hình hệ thống RAID 0+1, dung lượng hiển thị cuối cùng trên hệ thống sẽ chỉ bằng ½ tổng dung lượng 4 ổ. Ví dụ, với 4 ổ 240GB thì lượng dữ liệu hiển thị trên máy của bạn sẽ là (4*240)/2 = 480GB

4.4 RAID 5 là gì?

RAID 5 là 1 trong những dạng RAID mạnh mẽ nhất, đáp ứng các nhu cầu sử dụng của doanh nghiệp hiện nay. Số lượng ổ cứng cần thiết sẽ dao động từ 3 – 5 ổ, cụ thể về cách hoạt động của RAID 5 bạn đọc có thể tham khảo:

Với 8 đoạn dữ liệu được đánh số từ 1 – 8, việc phân chia dữ liệu sẽ diễn ra như sau:

• Đoạn dữ liệu 1 và 2 sẽ được ghi vào ổ đĩa 1 và 2. Dữ liệu sao lưu dự phòng của 2 đoạn dữ liệu trên sẽ được ghi đồng thời ổ cứng 3.
• Đoạn dữ liệu 3 và 4 được ghi vào ổ đĩa 1 và 3, dữ liệu sao lưu tương ứng được ghi vào ổ đĩa 2.
• Đoạn số 5, 6 ghi vào ổ cứng 2 và 3, dữ liệu sao lưu sẽ được ghi vào ổ đĩa 1.
• Trình tự này sẽ lặp lại, đoạn dữ liệu số 7,8 sẽ được ghi vào ổ 1, 2 và đoạn sao lưu sẽ lại được ghi vào ổ đĩa 3.

Nguyên tắc hoạt động của RAID 5 khá phức tạp song RAID 5 sẽ đảm bảo tốc độ truy xuất dữ liệu và tính toàn vẹn của dữ liệu cùng lúc.

4.5 Synology Hybrid RAID

Synology Hybrid RAID là một hệ thống quản lý RAID tự động được hãng Synology phát triển độc quyền trên các hệ thống lưu trữ và giám sát của hãng. Synology Hybrid RAID giúp cho việc triển khai khối lưu trữ được dễ dàng hơn so với các hệ thống RAID truyền thống.

SHR cho phép người dùng quản lý RAID dễ dàng, mở rộng lưu trữ và tối đa hóa hiệu suất ngay cả khi họ không hiểu rõ về các cấp độ RAID. Chuẩn Synology Hybrid RAID sẽ cấu hình 1 hoặc 2 ổ đĩa dự phòng. Điều này đồng nghĩa với việc hệ thống SHR vẫn có thể truy xuất dữ liệu 1 cách bình thường với khả năng chịu lỗi lên đến 2 ổ đĩa.

Synology Hybrid RAID giúp tối ưu hóa việc sử dụng dung lượng lưu trữ

Bạn đọc có thể tham khảo hình minh họa trên. Mảng RAID truyền thống sẽ tạo phân vùng lưu trữ tại ổ đĩa có dung lượng nhỏ nhất trong hệ thống. Nếu một hệ thống RAID truyền thống được tạo bởi một ổ đĩa 500GB, tất cả các ổ khác trong mảng sẽ chỉ được sử dụng 500GB trên tổng dung lượng khả dụng. Điều này đồng nghĩa với việc dung lượng lưu trữ lãng phí của tất cả các ổ có thể lên tới 4.5TB trong khi dung lượng lưu trữ của RAID truyền thống chỉ dừng lại ở 2TB.

Trên đây là cách công nghệ SHR của Synology tối ưu hóa hệ thống RAID truyền thống. Synology Hybrid RAID sẽ chia dung lượng của từng ổ đĩa thành các phần nhỏ hơn, đồng thời tạo thêm các vùng lưu trữ dự phòng. Bằng cách sử dụng SHR, bạn có thể sử dụng toàn bộ tổng lưu trữ khả dụng là 5 TB( kể cả 4.5 TB lãng phí trên các hệ thống RAID truyền thống).

Mở rộng ổ đĩa với Synology Hybrid RAID

Đối với cấu hình RAID truyền thống, khi bạn muốn nâng cấp dung lượng tối đa của toàn hệ thống, bạn sẽ cần phải nâng cấp tất cả ổ đĩa cùng một lúc. Việc nâng cấp từng ổ sẽ không được hỗ trợ. Tuy nhiên, công nghệ SHR độc quyền Synology sẽ cho phép thiết lập vùng lưu trữ mới một cách nhanh chóng, sẵn sàng sử dụng. Bạn có thể thay thế các ổ đĩa bằng các ổ có dung lượng lớn hơn ngay cả khi hệ thống vẫn đang hoạt động, truy cập dữ liệu bình thường.

4.6 Triple Mirror RAID

Triple Mirror RAID sẽ tương đồng với RAID 1 về việc bảo vệ dữ liệu quan trọng. Triple Mirror RAID yêu cầu số lượng ổ đĩa tối thiểu là 3 ổ. Dữ liệu sẽ được sao lưu đồng thời với 3 phiên bản trên mỗi ổ đĩa. Hiệu suất của hệ thống sẽ không bị suy giảm ngay cả khi nhóm RAID đang được xây dựng lại.

Hiệu suất xử lý dữ liệu được cải thiện song dung lượng lưu trữ sẽ bị giảm đi khá nhiều. Vì vậy, dung lượng khả dụng của Triple Mirror RAID chỉ bằng một phần ba hay 33,33% tổng dung lượng 3 đĩa gộp lại.

Triple Mirror RAID có khả năng chịu lỗi tối đa trên 2 ổ đĩa cùng lúc mà không lo bị mất dữ liệu. Khi một ổ đĩa bị lỗi, hệ thống sẽ tiếp tục hoạt động bằng cách chuyển tiếp tất cả các yêu cầu đọc và ghi tới các ổ đĩa còn hoạt động.

Việc xây dựng lại mảng RAID được thực hiện bằng cách sao chép các khối dữ liệu từ các đĩa hoạt động sang ổ đĩa thay thế. Yêu cầu đọc sẽ được phân phối đồng thời trên tất cả các ổ đĩa trong Triple Mirror RAID và được phục vụ độc lập. Ngược lại, mỗi yêu cầu ghi dữ liệu sẽ chuyển thành ba thao tác ghi và phân chia cho từng ổ đĩa.

4.7 Triple Parity RAID

Triple Parity RAID là một phiên bản nâng cao của RAID 6, với 3 ổ đĩa dự phòng thay vì 2. Cấu hình này được sử dụng để bảo vệ dữ liệu quan trọng được lưu trên các ổ đĩa từ sự cố hỏng hóc.

Khi dữ liệu được lưu trữ trên các ổ đĩa, Triple Parity RAID sử dụng thuật toán để thiết lập các bản sao lưu dự phòng trong trường hợp 1 hoặc 2 ổ đĩa gặp sự cố. Nếu có nhiều hơn hai ổ đĩa hỏng hóc, dữ liệu có thể bị mất. Tuy nhiên, sự cố này khá hi hữu.

Triple Parity RAID cung cấp khả năng chịu lỗi tốt hơn so với các hình thức khác của RAID, nhưng cũng đòi hỏi 1 hệ thống với số lượng lớn ổ đĩa. Triple Parity RAID sử dụng tới 9 ổ đĩa để cấu hình mảng. Vì vậy, Triple Parity RAID thường được sử dụng trong các hệ thống lưu trữ dữ liệu quan trọng như máy chủ lưu trữ doanh nghiệp, hệ thống NAS cao cấp hoặc các trung tâm dữ liệu hiện đại.

4.8 Một số loại RAID khác

Ngoài các loại RAID thông dụng được đề cập ở phần trên, bạn đọc có thể tìm hiểu thêm về 1 số loại RAID khác như:

• RAID 2 (Error-Correcting Coding), RAID 3 (Bit-Interleaved Parity), RAID 4 (Dedicated Parity Drive), RAID 6 (Independent Data Disks with Double Parity), RAID 10 (Stripe of Mirrors), RAID 7.
• RAID S là công nghệ mảng RAID được phát triển độc quyền bởi tập đoàn EMC và được áp dụng trên các hệ thống lưu trữ Symmetrix.
• Biến thể của Intel Matrix Storage cho phép chạy chuẩn RAID 0+1 chỉ với 2 ổ cứng hoặc RAID 1.5 của DFI được ứng dụng trên các hệ BMC 865, 875.
• Chuẩn JBOD hay Just a Bunch of Disks – Một 1 biến thể của RAID được sử dụng với một mục đích đơn giản là gộp những ổ cứng có dung lượng khác nhau thành một dung lượng lưu trữ duy nhất. Hoàn toàn không có mục đích cải thiện hiệu suất hay khả năng chịu lỗi của hệ thống. Với 3 ổ cứng 240GB, 480GB và 128GB; sử dụng JBOD ta sẽ được 1 hệ thống lưu trữ với tổng 848GB dung lượng.

5. Cách thức cài đặt RAID chi tiết trên các dòng thiết bị NAS bạn cần biết

Nếu bạn đang sử dụng các dòng thiết bị NAS của các thương hiệu lớn nhưSynology, QNAP hay TerraMaster. Bạn hoàn toàn có thể tự mình thiết lập mảng RAID phù hợp để nâng cao hiệu suất và sự an toàn của dữ liệu quan trọng.

5.1 Đối với thiết bị lưu trữ NAS Synology

Để cài đặt cấu hình RAID trên các thiết bị lưu trữ NAS Synology, cụ thể từng bước bạn đọc có thể tham khảo:

• Bước 1: Ở giao diện quản trị của hệ điều hành Synology Diskstation Manager, bạn chọn Main menu, mở ứng dụng Storage manager.
• Bước 2: Tại menu bên trái, bạn chọn Storage Pool sau đó chọn Create để thiết lập kiểu bộ nhớ lưu trữ. Bạn có thể thiết lập các volume với 2 chế độ chính:

• • Better performance: Chế độ này chỉ hỗ trợ 1 volume duy nhất với các tùy chọn thiết lập RAID như: Basic, JBOD. 1 lưu ý quan trọng là các chế độ RAID khả dụng sẽ tùy thuộc vào số ổ đĩa bạn lắp trên NAS.
  • Higher flexibility: Chế độ này sẽ cho phép tạo nhiều volume cùng khả năng chuyển đổi linh hoạt trong trường hợp bạn sử dụng nhiều ổ cứng có dung lượng khác nhau. Với chế độ này bạn có thể thiết lập volume với các tùy chọn RAID như: SHR, Basic, JBOD…
• Bước 3: Bạn nhấn Next. Chọn thiết lập RAID cho các ổ đĩa rồi tiếp tục nhấn Next.
• Bước 4: Bạn sẽ lựa chọn những ổ đĩa nào tham gia vào mảng RAID và tick chọn. Tiếp tục ấn Next. Trong bước này, bạn sẽ nhận được cảnh báo ổ cứng được chọn sẽ bị format toàn bộ. Hãy chắc chắn rằng bạn đã chọn đúng ổ cứng bởi quá trình format sẽ xóa sạch dữ liệu.
• Bước 5: Tiếp tục ấn Ok và chọn check lỗi trong quá trình tạo ổ đĩa. Nếu chọn Yes, quá trình cấu hình sẽ tốn thêm thời gian để hệ thống tự động check lỗi.
• Bước 6: Chờ cho hệ thống cấu hình trong vài phút. Sau khi tạo RAID hoàn tất hệ thống sẽ gợi ý bạn vào tab volume tạo phân vùng lưu trữ.
• Bước 7: Tiếp tục vào tab volume và chọn Create. Ở đây bạn chỉ có 1 lựa chọn duy nhất là Custom.
• Bước 8: Sau khi ấn Next hãy chọn option 1 là Choose an existing storage pool và tiếp tục ấn Next.
• Bước 9: Tại tab cài đặt tiếp theo, hãy lựa chọn ổ đĩa RAID đã được tạo lúc nãy. Ở đây bạn có thể giới hạn dung lượng lưu trữ của volume đang được tạo và nhấn Ok.
• Bước cuối: Nhấn Apply để hoàn thành và hệ thống sẽ bắt đầu tự động tạo volume.

5.2 Đối với các thiết bị QNAP

Đối với các thiết bị NAS QNAP, bạn sẽ cấu hình RAID trên hệ điều hành QTS. Cụ thể:

• Bước 1: Đăng nhập thiết bị NAS QNAP bằng tài khoản Admin.
• Bước 2: Trên màn hình làm việc, bạn chọn mục Storage & Snapshots.
• Bước 3: Tại Menu bên trái, chọn Storage & Snapshots rồi tiếp tục nhấn New Storage Pool.
• Bước 4: Sau khi nhấn Next, bảng lựa chọn chế độ RAID và số ổ cứng sử dụng sẽ xuất hiện. Tùy vào số ổ cứng bạn chọn, Menu của các chế độ RAID khả dụng sẽ được hiện ra. Hãy lựa chọn RAID phù hợp với số ổ cứng bạn đang lắp trên NAS QNAP.
• Bước 5: Nhấn Next để tiếp tục rồi nhấn Create. Ở bước này sẽ có cảnh báo xóa format toàn bộ các ổ đĩa được chọn. Hãy chú ý trong bước này!
• Bước 6: Thời gian hoàn thành cài đặt RAID tùy thuộc vào số lượng ổ cứng và dung lượng của các ổ cứng).
• Bước 7: Tiếp tục tạo volume trên mảng RAID đã tạo bằng cách chọn Create và chọn New Volume.
• Bước 8: Đặt tên cho volume. Ở mục Volume capacity bạn có thể thiết lập dung lượng phù hợp. Nếu bạn muốn dùng toàn bộ dung lượng ổ thì chỉ cần lựa chọn Set To Max.
• Bước 9: Nhấn Next để tiếp tục và chờ đợi quá trình tạo volume được hoàn thành

5.3 Đối với thiết bị NAS TerraMaster

Quá trình cài đặt cấu hình RAID trên các thiết bị lưu trữ NAS c TerraMaster sẽ được thực hiện trên hệ điều hành TNAS:

• Bước 1: Truy cập vào bảng điều khiển TNAS bằng tài khoản của bạn.
• Bước 2: Chọn Control Panel. Tại menu góc trái hãy chọn Storage Pool và chọn Create.
• Bước 3: Lúc này hệ thống sẽ cho bạn những lựa chọn thiết lập RAID khả dụng với số lượng và dung lượng ổ cứng hiện đang có trong NAS. Sau khi đã chọn loại RAID phù hợp và các ổ cứng cần sử dụng, bạn chọn Next.
• Bước 4: Nhấn Next và để hệ thống tạo mảng RAID.
• Bước 5: Tiếp tục tạo Volume tại tab Volume. Nhấn Create và chọn option 1: Create volume on an existing storage pool.
• Bước 6: Tiếp tục nhấn Next và lựa chọn 1 trong hai option. Ở đây bạn nên chọn option 1 với hệ thống tập tin Btrfs để đảm bảo sự tương thích với mọi tính năng sao lưu dữ liệu nâng cao và bảo vệ dữ liệu ở mức tốt nhất.
• Bước cuối: Nhấn Next để hoàn thành việc tạo RAID.

6. Tổng kết

Thông qua bài viết trên, Teltonika-Network đã tổng hợp đầy đủ các thông tin xoay quanh RAID là gì? tổng hợp các chuẩn RAID hiện hành và cách thức cấu hình RAID trên các dòng NAS hiện nay. Hi vọng rằng bạn đọc đã có đầy đủ thông tin cần thiết để thiết lập mảng RAID phù hợp với hệ thống lưu trữ đang sử dụng và cải thiện hiệu suất và sự an toàn của dữ liệu quan trọng. Đừng quên đón đọc những bài viết mới nhất của chúng tôi!