RAID hardware e software

I sistemi RAID, Redundant Array of Inexpensive Disks, vengono implementati in uno di due modi fondamentali: via software o tramite hardware dedicato. Entrambi i metodi sono molto validi e hanno i propri meriti.

Nel mondo delle piccole imprese, dove dominano i sistemi con architettura Intel e AMD e i sistemi operativi Windows, il RAID hardware è così diffuso che è sorta molta confusione attorno al RAID software, in buona parte, come vedremo, a causa dell'abbondanza di prodotti RAID software fraudolenti spacciati per hardware dedicato e noti colloquialmente come “Fake RAID”.

Quando il RAID fu sviluppato per la prima volta, veniva utilizzato, via software, su server enterprise di fascia alta che eseguivano sistemi come UNIX proprietari, dove i sistemi erano estremamente stabili e l'hardware era molto potente e robusto, facendo sì che il RAID software funzionasse molto bene. I primi RAID si concentravano principalmente sul RAID mirror o su RAID a parità molto semplici (come il RAID 2), che comportavano un overhead ridotto.

Man mano che la necessità del RAID iniziò a estendersi al mondo dei server più piccoli e man mano che il RAID a parità cominciò a crescere in popolarità richiedendo una maggiore potenza di elaborazione per essere supportato, divenne un problema il fatto che i processori sottodimensionati del mondo x86 fossero significativamente penalizzati dal carico di elaborazione del RAID, soprattutto del RAID 5. Questo, unito al fatto che quasi nessun sistema operativo ampiamente utilizzato su queste piattaforme disponeva di implementazioni di RAID software, portò al naturale sviluppo del RAID hardware: una scheda con processore di offload (simile a una GPU per la grafica) dotata a bordo di un proprio computer completo, con CPU, memoria e firmware tutti suoi.

Il RAID hardware funzionò molto bene nel risolvere il problema dell'overhead del RAID nel mondo dei server x86. Man mano che le CPU acquisirono maggiore potenza e la memoria divenne meno scarsa, i diffusi sistemi operativi x86 come Windows Server iniziarono a offrire opzioni di RAID software. In particolare, il RAID software di Windows era noto come una pessima implementazione di RAID ed era disponibile solo nelle versioni del sistema operativo per server, causando una scarsa considerazione del RAID software nella comunità degli amministratori di sistema che lavoravano principalmente con Windows.

A causa delle implementazioni storiche nel mondo dei server enterprise e in quello dell'hardware x86 di largo consumo, si creò una naturale separazione tra i due mercati, sostenuta inizialmente dalla tecnologia e in seguito puramente dall'ideologia. Se si parla con un amministratore di sistema del mondo di largo consumo, si sentirà dire quasi universalmente che il RAID hardware è l'unica opzione. Viceversa, se si parla con un amministratore di sistema del mondo dei server mainframe, RISC (Sparc, Power, ARM) o EPIC (Itanium), (talvolta chiamati server UNIX), si verrà spesso accolti con sorpresa, poiché il RAID hardware non è disponibile per quelle classi di sistemi: il RAID software è semplicemente una conclusione scontata. Nessuno dei due schieramenti sembra avere una reale conoscenza della situazione dell'altro, e le sovrapposizioni di competenze tra i due sono relativamente rare, almeno fino a tempi recenti, da quando piattaforme UNIX enterprise come Linux, Solaris e FreeBSD hanno iniziato a diventare molto popolari e ben comprese sulle piattaforme hardware di largo consumo.

A rendere ancora più confusa la situazione nel mondo dei server di largo consumo, per colmare il vuoto lasciato dalla mancanza di RAID software per il mercato dei sistemi operativi non-server da parte del fornitore di sistemi operativi dominante, e nel tentativo di rivolgersi a un pubblico target meno preparato dal punto di vista tecnico, un gran numero di fornitori iniziò a vendere schede controller non-RAID insieme a un “driver” che in realtà era RAID software, fingendo che il prodotto risultante fosse effettivamente RAID hardware. Questo creò, nella migliore delle ipotesi, una grande confusione e, nella peggiore, un enorme disprezzo per il RAID software, dato che quasi universalmente qualunque sistema la cui funzione principale è proteggere i dati, ma il cui mercato è costruito sull'inganno e sulla confusione, finirà in un disastro. I sistemi Fake RAID hanno regolarmente problemi di prestazioni e affidabilità. Sebbene, in teoria, un pacchetto RAID software di terze parti sia un'opzione ragionevole, la realtà del mercato del RAID software è che sostanzialmente tutte le implementazioni di RAID software di qualità sono componenti native del sistema operativo stesso (Linux, Mac OSX, Solaris, Windows) o del filesystem (ZFS, VxFS, BtrFS) e vengono fornite e mantenute dai fornitori principali, lasciando ben poco spazio o scopo ai prodotti di terze parti, al di fuori del mondo desktop Windows dove esistono alcuni piccoli operatori legittimi di RAID software, spesso però messi in ombra dagli operatori del Fake RAID.

Oggi non c'è quasi più alcuna necessità di RAID hardware, poiché le piattaforme di largo consumo sono incredibilmente potenti e c'è quasi sempre un drastico eccesso di risorse sia computazionali sia di memoria. Il RAID hardware compete invece per lo più sulla base delle funzionalità anziché sulla riduzione del carico di risorse. La scelta tra RAID hardware e RAID software nel mondo dei server di largo consumo è quasi interamente una questione di preferenza e di inerzia di mercato, piuttosto che di prestazioni o funzionalità specifiche: entrambe le piattaforme sono sostanzialmente equivalenti, e le singole implementazioni sono di gran lunga più importanti nel valutare le opzioni di prodotto rispetto agli approcci hardware e software presi di per sé.

Oggi le offerte di RAID hardware tendono a essere più “generiche”, con implementazioni piuttosto basilari dei livelli RAID standard. Il RAID hardware tende a guadagnare il proprio valore attraverso la riduzione dell'utilizzo delle risorse (offload di CPU e memoria), la capacità di effettuare il “blind swap” dei dischi guasti, una gestione semplificata dello storage, l'archiviazione a livello di blocco astratta dal sistema operativo in modo agnostico, una cache veloce vicina ai dischi e una cache protetta da batteria o flash. Il RAID software tende a guadagnare il proprio valore attraverso un minore consumo energetico, un minor costo di acquisizione, una gestione integrata con il sistema operativo, funzionalità RAID uniche o avanzate (come il RAIDZ di ZFS, che non soffre del classico write hole del RAID 5) e prestazioni complessive generalmente migliori. Non si tratta davvero di un confronto tra meglio o peggio in assoluto, ma di meglio o peggio per una situazione molto specifica, dove il fattore più importante è spesso la familiarità e la dimestichezza e/o l'offerta predefinita del fornitore.

Uno degli elementi distintivi più trascurati ma importanti tra RAID hardware e software è il cambiamento nel ruolo professionale associato alla gestione dell'array RAID. Il RAID hardware sposta la gestione dell'array all'amministratore del server (il ruolo di supporto che opera sul server fisico ed è dislocato nel datacenter), mentre il RAID software sposta la gestione dell'array all'amministratore di sistema (il ruolo di supporto che opera sul sistema operativo e ai livelli superiori e raramente si trova nel datacenter). Nel mercato SMB questo fattore potrebbe essere del tutto trascurato, ma in una Fortune 500 la differenza nel ruolo professionale può essere molto significativa. In molti casi, con il RAID hardware le sostituzioni dei dischi e la configurazione del sistema possono essere effettuate senza la necessità dell'intervento dell'amministratore di sistema. Gli amministratori dei server del datacenter possono individuare i dischi guasti tramite avvisi oppure cercando le “spie color ambra” durante le ispezioni ed eseguire le sostituzioni al volo senza dover contattare nessuno o sapere nemmeno cosa stia eseguendo il server. Il RAID software richiederebbe quasi sempre il coinvolgimento dell'amministratore di sistema nella gestione della messa offline di un disco guasto, nel coordinamento del processo di sostituzione con il datacenter e nella messa online del nuovo disco una volta completato il processo di sostituzione.

A causa del modo in cui funzionano l'offload della CPU e le prestazioni, e a causa di alcuni vantaggi nel modo in cui le implementazioni RAID non standard gestiscono spesso la ricostruzione del RAID a parità, vi è la tendenza per cui i livelli RAID mirror prediligono il RAID hardware e i livelli RAID a parità prediligono il RAID software. Il RAID a parità è drasticamente più intensivo in termini di CPU, e quindi avere accesso alle potenti risorse della CPU centrale può essere un fattore determinante per velocizzare i calcoli RAID. Ma con il RAID mirror, dove la ricostruzione del RAID è molto più sicura rispetto al RAID a parità e dove le ricostruzioni automatizzate sono più importanti, il RAID hardware porta il vantaggio di consentire molto facilmente la sostituzione alla cieca dei dischi.

Un aspetto del dibattito tra RAID hardware e software estremamente paradossale è che lo stesso mercato che spesso liquida a priori il RAID software come inferiore al RAID hardware coincide quasi completamente (qui potete immaginare il diagramma di Venn nella vostra mente) con il mercato che ritiene che i file server siano inferiori alle appliance NAS di largo consumo, eppure quelle appliance NAS nella fascia SMB sono quasi universalmente basate proprio sulle stesse implementazioni di RAID software liquidate con disinvoltura. Così esso viene spesso considerato simultaneamente sia inferiore sia superiore. Alcuni dispositivi NAS nella fascia SMB, e software per appliance NAS, basati su RAID software includono: Netgear ReadyNAS, Netgear ReadyData, Buffalo Terastation, QNAP, Synology, OpenFiler, FreeNAS, Nexenta e NAS4Free.

Non esiste davvero un “usa sempre l'uno o l'altro” con il RAID hardware e software. Persino le gigantesche appliance NAS e SAN enterprise da sei cifre sono indecise su quale utilizzare, con una parte del settore che va in ciascuna direzione. La vera risposta è dipende dalla vostra situazione specifica: dalla vostra separazione dei ruoli professionali, dalle vostre necessità tecniche, dalla vostra esperienza, dal vostro budget, ecc. Entrambe le opzioni sono perfettamente praticabili in qualunque organizzazione.