Comparación entre RAID 10 y RAID 01

Estos dos niveles de RAID suelen generar una enorme confusión, en parte porque se usan incorrectamente como sinónimos y, a menudo, sencillamente porque se comprenden mal.

En primer lugar, conviene señalar que ambos pueden escribirse con o sin el signo más: RAID 10 es RAID 1+0 y RAID 01 es RAID 0+1. Curiosamente, RAID 10 casi nunca se escribe con el signo más y RAID 01 casi nunca se escribe sin él. Los ingenieros de almacenamiento coinciden por lo general en que el signo más nunca se utiliza, ya que es superfluo.

Ambos niveles de RAID son niveles “compuestos” formados por la combinación de dos tipos de RAID distintos y simples. Ambos son RAID compuesto o anidado basado en espejo, sin paridad. Ambos tienen características de rendimiento esencialmente idénticas – sobrecarga y latencia nominales, con una velocidad de lectura de NX y una velocidad de escritura de (NX)/2, donde N es el número de unidades del arreglo y X es el rendimiento de una unidad individual dentro del arreglo.

Lo que diferencia a ambos niveles de RAID es cómo gestionan la falla de un disco. En resumen, RAID 10 es extremadamente seguro en prácticamente todos los escenarios razonables. RAID 01, en cambio, se vuelve rápidamente bastante arriesgado a medida que aumenta el tamaño del arreglo.

En un RAID 10, la pérdida de cualquier unidad individual provoca la degradación de un único conjunto RAID 1 dentro del striping RAID 0. El nivel del striping no sufre degradación alguna; solo la sufre ese único espejo RAID 1. Todos los demás espejos permanecen intactos. Esto significa que nuestro único riesgo adicional es que esa única unidad ahora funciona sin redundancia y carece de protección. Todos los demás conjuntos en espejo conservan plena protección. Así que nuestra exposición se limita a una sola unidad sin protección – muy parecido a lo que cabría esperar en una computadora de escritorio.

La reparación de un arreglo en un RAID 10 degradado es el escenario de reparación más rápido posible. Al reemplazar una unidad fallida, lo único que ocurre es que ese único espejo se reconstruye – lo cual es una simple operación de copia que sucede en el nivel del RAID 1, por debajo del striping RAID 0. Esto significa que, si el arreglo en su conjunto está inactivo, el proceso de creación del espejo puede avanzar a máxima velocidad y el arreglo completo ni siquiera se entera de que esto está ocurriendo. Un espejo de disco a disco es extremadamente rápido, eficiente y fiable. Este es un escenario de recuperación ideal. Incluso si varios espejos sufren degradación de manera simultánea y se reparan al mismo tiempo, no hay impacto adicional, ya que la reconstrucción de uno no afecta a los demás. Tanto el riesgo como el impacto de la reparación de RAID 10 escalan extremadamente bien.

RAID 01, por otro lado, cuando pierde una sola unidad, pierde de inmediato un striping RAID 0 completo. En un espejo RAID 01 típico hay dos stripings RAID 0. Esto significa que la mitad de todo el arreglo ha fallado. Si hablamos de un arreglo RAID 01 de ocho unidades, la falla de una sola unidad deja cuatro unidades instantáneamente inoperables y, en la práctica, fuera de servicio (no es necesario reemplazar el hardware, pero los datos de las unidades quedan desactualizados y deben reconstruirse para que sean útiles). Así que, desde la perspectiva del riesgo, podemos considerarlo como la falla de todo el striping.

Lo que queda después de que una sola unidad ha fallado no es más que un único striping RAID 0 sin protección. Esto es mucho más peligroso que la falla equivalente en RAID 10 porque, en lugar de haber una sola unidad de disco aislada en riesgo, ahora hay un mínimo de dos discos y, potencialmente, muchos más en riesgo, y cada unidad expuesta a este riesgo lo magnifica considerablemente.

Como ejemplo, en el arreglo RAID 10 o 01 más pequeño posible tenemos cuatro unidades. En RAID 10, si una unidad falla, nuestro riesgo es que su pareja correspondiente también falle antes de que reconstruyamos el arreglo. Solo nos preocupa esa única unidad; todas las demás unidades del conjunto RAID 10 siguen protegidas y a salvo. Solo esta es motivo de preocupación. En un RAID 01, cuando la primera unidad falla, su pareja dentro de su conjunto RAID 0 queda instantáneamente inútil y, en la práctica, fuera de servicio, ya que deja de ser operable dentro del arreglo. Lo que queda son dos unidades sin protección ejecutando nada más que RAID 0, de modo que tenemos el mismo riesgo que tenía RAID 10, pero por partida doble. Cada unidad tiene el mismo riesgo que tenía aquella única unidad antes. Esto hace que nuestro riesgo, en el mejor de los casos, sea mucho mayor.

Pero, para un ejemplo más drástico, veamos un gran arreglo RAID 10 y RAID 01 de veinticuatro unidades. De nuevo, con RAID 10, si una unidad falla, todas las demás, salvo su única pareja, siguen protegidas. El mayor tamaño del arreglo añadió un riesgo adicional prácticamente nulo. Seguimos temiendo únicamente por la falla de esa única unidad solitaria. Contrasta esto con RAID 01, en el que uno de sus arreglos RAID 0 habría fallado, dejando doce discos fuera de servicio de golpe con la falla de uno solo y dejando los otros doce discos en un RAID 0 sin ningún tipo de protección. La probabilidad de que falle una de doce unidades es, obviamente, mucho mayor que la probabilidad de que falle una sola unidad.

Este no es el panorama completo. La recuperación del único disco en RAID 10 es rápida; se trata de una operación de copia directa de una unidad a otra. Utiliza recursos mínimos y solo tarda lo necesario para que una sola unidad se lea y se escriba por completo. RAID 01 no tiene tanta suerte. A diferencia de RAID 10, que reconstruye solo un pequeño subconjunto de todo el arreglo – y un subconjunto que no crece a medida que crece el arreglo: el tiempo para recuperar un RAID 10 de cuatro unidades o un RAID 10 de cuarenta unidades tras una falla es idéntico –, RAID 01 debe reconstruir una mitad entera de todo el arreglo padre. En el caso del arreglo de cuatro unidades, esto supone el doble de trabajo de reconstrucción que el RAID 10, pero en el caso del arreglo de veinticuatro unidades supone doce veces el trabajo de reconstrucción a realizar. Así que las reconstrucciones de RAID 01 tardan más en completarse mientras se encuentran bajo un riesgo significativamente mayor durante ese tiempo.

Existe un mito bastante persistente según el cual RAID 01 y RAID 10 tienen características de rendimiento diferentes, pero no es así. Ambos utilizan striping y espejado simples, que son operaciones con una sobrecarga prácticamente nula y que apenas requieren capacidad de procesamiento. Ambos obtienen el rendimiento de lectura completo de cada dispositivo de disco conectado a ellos y cada uno pierde la mitad de su rendimiento de escritura a causa de su operación de espejado (suponiendo espejos de dos vías, que es el único uso común de cualquiera de los dos tipos de arreglo). Sencillamente no hay nada que haga que RAID 01 o RAID 10 sea más rápido o más lento que el otro. Ambos son extremadamente rápidos.

Debido a las características de ambos tipos de arreglo, queda claro que RAID 10 es el único tipo, de los dos, que debería existir dentro de una única controladora de arreglo. RAID 01 es innecesariamente peligroso y no aporta ventaja alguna. Utilizan la misma sobrecarga de capacidad, tienen el mismo rendimiento, cuestan lo mismo de implementar, pero RAID 10 es significativamente más fiable.

Entonces, ¿por qué existe siquiera RAID 01? En parte existe por ignorancia o confusión. Muchas personas, al implementar sus propios arreglos RAID compuestos, eligen RAID 01 porque han oído el mito de que es más rápido y, como suele ocurrir con el RAID, no investigan por qué sería más rápido y olvidan analizar su fiabilidad y otros factores. RAID 01 realmente solo se implementa en arreglos locales por error.

Sin embargo, cuando llevamos el RAID a la capa de red, surgen nuevos factores a considerar y RAID 01 puede volverse importante, al igual que su poco común primo RAID 61. Denotamos, mediante la Notación de RAID en Red, dónde se encuentran las capas local y de red del RAID. Así que, en este caso, nos referimos a RAID 0(1) O RAID 6(1). Los paréntesis indican que el espejo RAID 1, la porción “más alta” de la pila de RAID, se realiza a través de una conexión de red y no en la controladora RAID local.

¿Cómo se vería esto en un RAID 0(1)? Si tienes dos servidores, cada uno con un arreglo RAID 0 estándar, y quieres que se sincronicen entre sí para actuar como un único arreglo fiable, podrías utilizar una tecnología como DRBD (en Linux) o HAST (en FreeBSD) para crear un arreglo RAID 1 en red a partir del almacenamiento local de cada servidor. Obviamente, esto conlleva una gran sobrecarga de rendimiento, ya que el arreglo RAID 1 debe mantenerse sincronizado a través de la conexión LAN, de alta latencia y bajo ancho de banda. RAID 0(1) es la notación para esta configuración. Si cada arreglo RAID 0 local se reemplazara por un RAID 6 más fiable, escribiríamos toda la configuración como RAID 6(1).

¿Por qué aceptamos el riesgo de RAID 01 cuando se realiza a través de una red y no cuando es local? Esto se debe a la naturaleza del enlace de red. En el caso de RAID 10, dependemos de la porción RAID 1 de bajo nivel de la pila de RAID para la protección, y el RAID 0 se sitúa encima. Si replicamos esto a nivel de red, como en un RAID 1(0), lo que obtenemos es que cada host tiene un único espejo que representa solo una porción de los datos del arreglo. Si algo le sucediera a cualquier nodo del arreglo o si la conexión de red fallara, el arreglo quedaría instantáneamente destruido y cada nodo se quedaría con datos inútiles e incompletos. Es la naturaleza del alto riesgo de falla de un nodo y del riesgo a nivel de la conexión de red lo que hace que las decisiones de RAID en un entorno de red sean extremadamente diferentes. Esto se convierte en un tema complejo por sí solo.

Baste decir que, al trabajar con controladoras de arreglo RAID normales o con almacenamiento local y RAID por software, utiliza RAID 10 de forma exclusiva y nunca RAID 01.