RAID por hardware y por software

Los sistemas RAID, Redundant Array of Inexpensive Disks (arreglo redundante de discos económicos), se implementan de una de dos formas básicas: por software o mediante hardware dedicado. Ambos métodos son muy viables y tienen sus propios méritos.

En el ámbito de la pequeña empresa, donde reinan los sistemas con arquitectura Intel y AMD y los sistemas operativos Windows, el RAID por hardware es tan habitual que ha surgido mucha confusión en torno al RAID por software debido, como veremos, en gran parte a la abundancia de productos fraudulentos de RAID por software promocionados como hardware dedicado y conocidos coloquialmente como “Fake RAID” (RAID falso).

Cuando se desarrolló el RAID por primera vez, se utilizaba, por software, en servidores empresariales de gama alta que ejecutaban sistemas como UNIX propietario, donde los sistemas eran extremadamente estables y el hardware era muy potente y robusto, lo que hacía que el RAID por software funcionara muy bien. El RAID temprano se centraba principalmente en el RAID por espejo o en un RAID por paridad muy simplista (como RAID 2), que tenía poca sobrecarga.

A medida que la necesidad de RAID empezó a extenderse al ámbito de los servidores más pequeños y a medida que el RAID por paridad comenzó a ganar popularidad, lo que requería una mayor potencia de procesamiento para su soporte, se convirtió en un problema que los procesadores poco potentes del ámbito x86 se vieran considerablemente afectados por la carga de procesamiento del RAID, especialmente del RAID 5. Esto, combinado con el hecho de que casi ningún sistema operativo muy utilizado en estas plataformas contaba con implementaciones de RAID por software, condujo al desarrollo natural del RAID por hardware: una placa procesadora de descarga (similar a una GPU para gráficos) que disponía de su propia computadora completa a bordo, con CPU, memoria y firmware propios.

El RAID por hardware funcionó muy bien a la hora de resolver el problema de la sobrecarga del RAID en el ámbito de los servidores x86. A medida que las CPU ganaron más potencia y la memoria se volvió menos escasa, sistemas operativos x86 populares como Windows Server empezaron a ofrecer opciones de RAID por software. En concreto, el RAID por software de Windows era conocido por ser una implementación de RAID deficiente y solo estaba disponible en las versiones de sistema operativo para servidores, lo que provocó una falta de aprecio por el RAID por software en la comunidad de administradores de sistemas que trabajaban principalmente con Windows.

Debido a las implementaciones históricas en el ámbito de los servidores empresariales y en el ámbito de los productos básicos x86, surgió una separación natural entre ambos mercados, sustentada inicialmente por la tecnología y posteriormente de forma puramente ideológica. Si habla con un administrador de sistemas del ámbito de los productos básicos, oirá casi universalmente que el RAID por hardware es la única opción. Por el contrario, si habla con un administrador de sistemas del ámbito de los servidores mainframe, RISC (Sparc, Power, ARM) o EPIC (Itanium) (a veces llamados servidores UNIX), a menudo se topará con sorpresa, ya que el RAID por hardware no está disponible para esas clases de sistemas: el RAID por software es sencillamente una conclusión inevitable. Ninguno de los dos bandos parece tener un conocimiento real de la situación del otro, y los cruces de competencias entre ambos son relativamente raros, hasta hace poco, ya que plataformas UNIX empresariales como Linux, Solaris y FreeBSD han empezado a hacerse muy populares y a ser bien comprendidas en plataformas de hardware básico.

Para complicar aún más las cosas en el ámbito de los servidores básicos, con el fin de llenar el vacío dejado por la falta de RAID por software del fabricante de sistemas operativos dominante para el mercado de sistemas operativos no orientados a servidores, y al mismo tiempo intentar dirigirse a un público objetivo menos versado técnicamente, un gran número de fabricantes empezaron a vender tarjetas controladoras que no eran de RAID junto con un “controlador” que en realidad era RAID por software, fingiendo que el producto resultante era en realidad RAID por hardware. Esto creó, en el mejor de los casos, una gran confusión y, en el peor, un increíble desdén por el RAID por software, ya que casi de forma universal cualquier sistema cuya función principal es proteger datos y cuyo mercado se construye sobre el engaño y la confusión acaba en desastre. Los sistemas de Fake RAID suelen tener problemas de rendimiento y fiabilidad. Si bien, en teoría, un paquete de RAID por software de terceros es una opción razonable, la realidad del mercado del RAID por software es que esencialmente todas las implementaciones de RAID por software de calidad son componentes nativos del propio sistema operativo (Linux, Mac OSX, Solaris, Windows) o del sistema de archivos (ZFS, VxFS, BtrFS) y son proporcionadas y mantenidas por los fabricantes principales, lo que deja poco margen o propósito para los productos de terceros, salvo en el ámbito de los equipos de escritorio con Windows, donde existen unos pocos actores legítimos y pequeños de RAID por software, pero que a menudo quedan eclipsados por los actores de Fake RAID.

Hoy en día, apenas hay necesidad de RAID por hardware, ya que las plataformas básicas son increíblemente potentes y casi siempre hay un enorme exceso de recursos tanto de cómputo como de memoria. En su lugar, el RAID por hardware compite sobre todo en función de las prestaciones y no de la reducción de la carga de recursos. La elección entre RAID por hardware y RAID por software en el ámbito de los servidores básicos es casi por completo una cuestión de preferencia e inercia del mercado, más que de rendimiento o prestaciones específicas: ambas plataformas son esencialmente equivalentes, siendo las implementaciones individuales mucho más importantes a la hora de considerar las opciones de producto que los enfoques de hardware y software por sí solos.

Hoy en día, las ofertas de RAID por hardware tienden a ser más “genéricas”, con implementaciones bastante simples de los niveles de RAID estándar. El RAID por hardware tiende a aportar valor a través de la reducción del uso de recursos (descarga de CPU y memoria), la capacidad de realizar un “intercambio a ciegas” de los discos averiados, la gestión simplificada del almacenamiento, el almacenamiento a nivel de bloque abstraído de forma agnóstica respecto al sistema operativo, una caché rápida cerca de los discos y una caché respaldada por batería o flash. El RAID por software tiende a aportar valor a través de un menor consumo de energía, un menor coste de adquisición, una gestión integrada con el sistema operativo, prestaciones de RAID únicas o avanzadas (como el RAIDZ de ZFS, que no sufre el agujero de escritura del RAID 5 estándar) y, en general, un mejor rendimiento global. Realmente no se trata de un debate sobre qué es mejor o peor, sino de qué es mejor o peor para una situación muy concreta, siendo el factor más importante a menudo la familiaridad y la comodidad o la oferta predeterminada del fabricante.

Uno de los factores diferenciadores más pasados por alto, pero importantes, entre el RAID por hardware y por software es el cambio en el rol del puesto asociado a la gestión del arreglo RAID. El RAID por hardware traslada la gestión del arreglo al administrador de servidores (el rol de soporte que trabaja en el servidor físico y está ubicado en el centro de datos), mientras que el RAID por software traslada la gestión del arreglo al administrador de sistemas (el rol de soporte que trabaja en el sistema operativo y por encima de este, y que rara vez se encuentra en el centro de datos). En el mercado de las pymes este factor podría pasarse por alto por completo, pero en una empresa de la lista Fortune 500 la diferencia en el rol del puesto puede ser muy significativa. En muchos casos, con el RAID por hardware, las sustituciones de discos y la configuración del sistema pueden realizarse sin necesidad de la intervención del administrador de sistemas. Los administradores de servidores del centro de datos pueden detectar los discos averiados mediante alertas o buscando “luces ámbar” durante las inspecciones y realizar las sustituciones sobre la marcha sin necesidad de contactar con nadie ni saber siquiera qué está ejecutando el servidor. El RAID por software casi siempre requeriría que el administrador de sistemas participara en la gestión de la desconexión de un disco averiado, en la coordinación del proceso de sustitución con el centro de datos y en la conexión del nuevo disco una vez completado el proceso de sustitución.

Debido a la forma en que funcionan la descarga de la CPU y el rendimiento, y debido a algunas ventajas en la manera en que las implementaciones de RAID no estándar suelen gestionar la reconstrucción del RAID por paridad, existe una tendencia a que los niveles de RAID por espejo se inclinen hacia el RAID por hardware y los niveles de RAID por software se inclinen hacia el RAID por paridad. El RAID por paridad consume muchísima más CPU, por lo que tener acceso a los recursos de alta potencia de la CPU central puede ser un factor importante para acelerar los cálculos del RAID. Pero con el RAID por espejo, donde la reconstrucción del RAID es mucho más segura que con el RAID por paridad y donde las reconstrucciones automatizadas son más importantes, el RAID por hardware aporta la ventaja de permitir la sustitución a ciegas de los discos con gran facilidad.

Un aspecto del debate sobre el RAID por hardware y por software que resulta sumamente paradójico es que el mismo mercado que a menudo descarta de plano el RAID por software por considerarlo inferior al RAID por hardware se solapa casi por completo (puede imaginarse aquí el diagrama de Venn en su cabeza) con el mercado que considera que los servidores de archivos son inferiores a los dispositivos NAS básicos, y sin embargo esos dispositivos NAS del rango de las pymes se basan casi universalmente en las mismas implementaciones de RAID por software que se descartan a la ligera. Así pues, a menudo se le considera al mismo tiempo inferior y superior. Algunos dispositivos NAS del rango de las pymes, y software para dispositivos NAS, que se basan en RAID por software son: Netgear ReadyNAS, Netgear ReadyData, Buffalo Terastation, QNAP, Synology, OpenFiler FreeNAS, Nexenta y NAS4Free.

Realmente no existe un “use siempre una u otra forma” con el RAID por hardware y por software. Incluso los enormes dispositivos NAS y SAN empresariales de seis cifras no se deciden por cuál utilizar, y una parte del sector se inclina por cada una de las opciones. La verdadera respuesta es que depende de su situación concreta: la separación de roles de sus puestos, sus necesidades técnicas, su experiencia, su presupuesto, etc. Ambas opciones son completamente viables en cualquier organización.