Công nghệ Raid - Redundant Array of Independent Disks

Redundant Array of Independent Disks

CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

Thực hiện: Lee sea wuyhs E-mail: huyenchan.seawuyhs@gmail.com

LỜI TỰA

Công nghệ thông tin đang phát triển mạnh mẽ và được

ứng dụng ngày càng nhiều vào trong đời sống của chúng ta và

đêm lại hiệu quả kinh tế rất cao

Sống trong môi trường công nghệ đòi hỏi chúng ta ngày càng tìm hiểu, ngheein cứu nhiều lĩnh vực để nâng cao tầm hiểu biết và vận dụng vào trong cuộc công việc

Tin học là một lĩnh vực rất rộng và vô cùng phong phú, những kiến thức được cung cấp trên sách báo và được lưu trữ

rộng rãi trên Internet Trong bài viết này tôi đã tìm hiểu về công

nghệ Raid ( Redundant Array of Independent Disks) - Mảng Dự

này như sau:

Trong công việc hằng ngày, việc lưu trữ thông tin rất quan trọng và rất cần thiết Việc lưu trữ như thế nào cho khỏi mất, phải bảo mật thông tin…vấn đề này chúng ta sẽ tìm hiểu và cài đặt trên máy tính của chúng ta để úng dụng vào trong công việc cho có hiệu qủa

Trong bài viết này tôi đã thu thập tài liệu từ nhiều nguồn và đã cố gắn trình bày để cho các bạ có thể ứng dụng có hiệu quả Tuy nhiên trong bài viết không tránh khỏi những thiết sót, kính mong quí thầy,

cô cùng các bạn đóng góp ý kiến để cho bài viết được hoàn chỉnh hơn

Xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC



A TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ RAID 6

I RAID LÀ GÌ? 6

1 Các cách để thực hiện một giải pháp RAID: 6

2 Các Cấp RAID - Cách sắp xếp các ổ đĩa: 7

2.1 RAID 0: 7

2.2 RAID 1: 8

2.3 RAID 4: 8

2.4 RAID 5: 9

2.5 RAID 10: 9

B CÁCH LẮP ĐẶT CÔNG NGHỆ RAID 11

1 Các cấp độ thường gặp khi cấu hình Raid 11

2 Các bước thực hiện như sau: 11

C CẤU HÌNH RAID TRÊN WINDOWS SERVER 2003 164

Phần I Thiết lập RAID trên Windows Server 2003 .164

1 Các dạng triển khai Raid: 164

2 Giới thiệu về Ổ cứng Logic 16

3 Các thiết lập cho các loại Raid 18

3.1 Thiết lập RAID 0 186

3.2 Thiết lập RAID 1 231

3.3 Thiết lập RAID 5: 27

Phần II: Giới thiệu cách Troubleshooting(dò lổi) khi một ổ cứng vật lý hỏng, và cách thiết lập lại các Volume ở dạng RAID 1 và RAID 5 32

1 Giải quyết sự cố liên quan tới RAID 1: 32

2 Giải quyết sự cố liên quan tới RAID 5: 342

D TÀI LIỆU THAM KHẢO……… 34

A TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ RAID

- RAID (Mảng Dự Phòng Tạo Nên Từ Các Đĩa Độc Lập) đề cập đến hệ thống nhiều đĩa độc lập (các khối vàng ở trong hình) kết hợp với nhau tạo nên một mảng logic lớn (khối vẽ đứt nét) Dữ liệu được lưu trữ trong mảng các đĩa này cùng với dữ liệu dự phòng Dữ liệu dự phòng có thể là bản thân dữ liệu (nhân bản), hoặc dữ liệu chẵn lẻ tính được từ nhiều khối

dữ liệu ( RAID 4, hoặc RAID 5) Có hệ thống RAID trong máy, hệ điều hành (Windows*, NetWare*, hoặc Unix) không còn làm việc với từng ổ đĩa nữa, mà làm việc với toàn bộ mảng đĩa như là một ổ đĩa logic

Mục tiêu chính của RAID là nâng cao tính khả dụng và an toàn của dữ liệu RAID ngăn ngừa tình trạng không hoạt động xảy ra khi một ổ đĩa cứng hư hỏng, tuy nhiên nó không thể phục hồi được dữ liệu đã được người dùng xóa hoặc bị phá hủy khi gặp sự cố lớn như trộm cắp dữ liệu

hay hỏa hoạn Vì vậy, thường xuyên Sao lưu dự phòng cho dữ liệu của

bạn là việc bắt buộc phải làm để giữ cho hệ thống của bạn được an toàn khỏi các sự cố này sau khi đã lắp đặt một hệ thống RAID

1 Các cách để thực hiện một giải pháp RAID:

- Một bộ điều khiển RAID bằng phần cứng thông minh biết tự xử lý mọi

dữ liệu của RAID Lắp đặt loại hệ thống này, tất cả mọi việc điều khiển mảng RAID đều được tách ra khỏi máy tính chủ và toàn bộ mọi công việc điều khiển đều do bộ điều khiển RAID này thực hiện

- Cách khác là thực hiện một hệ thống RAID với một bộ tiếp hợp với máy chủ và một trình điều khiển RAID Với loại hệ thống này, trình điều khiển được tích hợp vào trong hệ điều hành, tức hệ điều hành Windows* NT Trong trường hợp này, hiệu năng hoạt động của hệ thống RAID hoàn toàn phụ thuộc vào khối lượng dữ liệu mà CPU máy tính chủ phải xử lý, có khả năng trở thành sự cố trong thời gian tái thiết lại mảng đĩa sau khi một ổ đĩa

bị hư

nhà sản xuất khi xây dựng các bộ phận của RAID Một một điều khiển RAID phải hỗ trợ các Cấp RAID quan trọng nhất (0, 1, 4, 5 và 10), và có khả năng xử lý đồng thời nhiều mảng đĩa có các cấp RAID khác nhau trong nhiều kênh

2 Các Cấp RAID - Cách sắp xếp các ổ đĩa:

Mỗi cấp RAID phân tán dữ liệu ra khắp các đĩa của mảng theo cách thức khác nhau và được tối ưu hóa cho từng trường hợp cụ thể Với mục đích của chúng ta, chúng ta sẽ tập trung vào các cấp RAID thường được sử dụng nhất trong thời gian này

Dưới đây là 5 loại RAID được dùng phổ biến:

2.1 RAID 0:

Cách xác định cấp cho RAID của bạn RAID 0 Cấp RAID này kết hợp từ hai ổ đĩa cứng trở lên theo cách các dữ liệu (ABCD trong các khối màu vàng) từ người dùng được cắt ra thành nhiều khối

có thể quản lý được Các khối này được phân tán lên khắp các ổ đĩa khác nhau trong mảng đĩa RAID 0 Bằng cách thực hiện này, kết hợp hai hay nhiều ổ cứng, hiệu năng đọc/viết, đặc biệt là khả năng truy cập tuần tự, có thể được cải thiện Tuy nhiên, không có dữ liệu dự phòng nào được lưu trên mảng RAID 0 cả, nghĩa là nếu một đĩa cứng hư hỏng, tất cả dữ liệu sẽ bị mất Thiếu dữ liệu dự phòng cũng được thể hiện bởi con số 0, chỉ ra rằng chẳng có dữ liệu dự phòng nào cả RAID 0 vì vậy luôn không được dùng trong những máy chủ có quan tâm nhiều đến vấn

đề an toàn

- Ưu điểm: Tốc độ truyền dữ liệu cao nhất

- Nhược điểm: Không dự phòng dữ liệu, tức là, nếu có một đĩa hư thì tất

cả mọi dữ liệu sẽ mất Ứng dụng:

- Ứng dụng: Thường được dùng trong các máy trạm để lưu trữ dữ liệu

tạm thời và có tốc độ Nhập/Xuất cao

y hệt nhau trên một kênh SCSI Nếu mỗi ổ đĩa được nối vào một kênh SCSI riêng, chúng ta gọi là

"Nhân Bản Dữ Liệu Trên Các Đĩa Khác Kênh" ("Disk Duplexing") (an toàn hơn) RAID 1 là giải pháp đơn giản và có hiệu quả cao để đạt được mục tiêu an toàn dữ liệu và khả năng hoạt động liên tục của hệ thống

- Ưu điểm: Khả năng hoạt động liên tục cao, một đĩa có thể hư, nhưng Ổ

Đĩa Logic vẫn có dữ liệu để sử dụng

- Nhược điểm: Cần phải có 2 đĩa nhưng chỉ sử dụng được có một đĩa để

lưu trữ Ứng dụng

- Ứng dụng: Thường được dùng cho các hệ thống nhỏ hơn chi cần dung

lượng 1 đĩa là đủ và để làm đĩa khởi động

2.3 RAID 4:

RAID 4 rất giống với RAID 0 Dữ liệu được phân tán lên khắp các ổ đĩa

Ngoài ra, bộ điều khiển RAID cũng tính toán xác định thông tin dự phòng (thông tin chẵn lẻ) được lưu trữ trên một đĩa riêng (P1, P2, .) Ngay cả khi một ổ đĩa hư, tất cả mọi dữ liệu vẫn có thể sử dụng được đầy đủ Dữ liệu bị mất được tìm lại bằng cách

dự phòng Chúng ta thử tính, ví dụ, một mảng đĩa RAID 4 có 5 đĩa, thì 80 phần trăm dung lượng đĩa cài đặt là có thể sử dụng cho người dùng lưu trữ, chỉ 20 phần trăm là dùng cho việc lưu dự phòng Trong các trường hợp có nhiều khối dữ liệu nhỏ, ổ đĩa chẵn lẻ sẽ trở nên bị nghẽn cổ chai Với các khối dữ liệu lớn, RAID 4 tỏ ra cải thiện được hiệu năng với mức

độ đáng kể

- Ưu điểm: Khả năng hoạt động liên tục cao, một đĩa có thể hư, nhưng Ổ

Đĩa Logic vẫn có dữ liệu để sử dụng

- Ưu điểm: Tận dụng được dung lượng đĩa để lưu trữ(mảng n đĩa, n-1 đĩa

được dùng để lưu trữ)

- Nhược điểm: Phải tính toán thông tin dữ liệu dự phòng, gây hạn chế

hiệu năng ghi đĩa

- Ứng dụng: Do có dung lượng lưu trữ so với dung lượng lắp đặt cao nên

thường được dùng cho các hệ thống lưu trữ lớn

2.4 RAID 5:

Khác với RAID 4, thông tin chẵn lẻ trên một mảng đĩa RAID 5 được phân

tán lên tất cả mọi ổ đĩa Mảng đĩa RAID 5 cho năng suất cân đối hơn Ngay cả với những khối dữ liệu nhỏ, rất thường gặp trong những môi trường đa nhiệm và đa người dùng, thời gian đáp ứng rất tốt RAID 5 cho

độ an toàn tương đương với RAID 4: Khi một ổ đĩa hư hỏng, tất cả mọi dữ liệu cũng vẫn có đầy đủ để sử dụng Dữ liệu bị mất được tìm lại bằng cách tính toán xác định lại phần dữ liệu còn lưu lại và từ các thông tin chẵn lẻ

- Ưu điểm: Khả năng hoạt động liên tục cao, một đĩa có thể hư, nhưng Ổ

Đĩa Logic vẫn có dữ liệu để sử dụng, tận dụng được dung lượng đĩa để lưu trữ(mảng n đĩa, n-1 đĩa được dùng để lưu trữ)

- Nhược điểm: Phải tính toán thông tin dữ liệu dự phòng, gây hạn chế

hiệu năng ghi đĩa

- Ứng dụng: Do có dung lượng lưu trữ so với dung lượng lắp đặt cao nên

thường được dùng cho các hệ thống lưu trữ lớn

2.5 RAID 10:

RAID 10 là cách kết hợp giữa RAID

0 (Hiệu Năng) và RAID 1 (An Toàn

Dữ Liệu) Khác với RAID 4 và RAID 5, không cần phải tính toán thông tin chẵn lẻ Mảng đĩa RAID 10 cho hiệu năng hoạt động và an toàn dữ liệu tốt Tương tự như RAID 0, hiệu năng tối ưu đạt được trong các tình huống nạp có trình tự cao Tương tự như RAID 1, 50 phần trăm dung lượng cài đặt bị mất cho việc dự phòng dữ liệu

- Ưu điểm: Khả năng hoạt động liên tục cao, một đĩa có thể hư, nhưng Ổ

Đĩa Logic vẫn có dữ liệu để sử dụng, có hiệu năng ghi đĩa cao

- Nhược điểm: Cần tối thiểu 4 đĩa chẵn, chỉ một nửa số đĩa được dùng

cho lưu trữ

- Ứng dụng: Thường được dùng cho các trường hợp đòi hỏi hiệu năng ghi

đĩa có trình tự cao

B CÁCH LẮP ĐẶT CÔNG NGHỆ RAID

1 Hệ thống RAID bao gồm các cấp độ thường gặp như sau:

- RAID 0 (Striped) : sử dụng từ hai ổ cứng trở lên nhằm tăng tốc độ thực thi thông qua tiến trình đọc ghi xen kẽ Chế độ này không cho phép khôi phục dữ liệu khi một ổ cứng bị hỏng

- RAID 1 (Mirrored) : sử dụng từ hai ổ đĩa trở lên nhằm tăng khả năng chịu lỗi (fault tolerant) của hệ thống nhờ tiến trình ghi cùng một khối dữ liệu lên tất cả các ổ đĩa Chế độ này cho phép dữ liệu không bị mất khi ổ cứng bị hư

- RAID 5 : sử dụng từ ba ổ đĩa trở lên, cách thức hoạt động tương tự như RAID 0 nhưng có thêm cơ chế parity để bảo đảm độ an toàn cho dữ liệu

- RAID 10 : là sự kết hợp những yếu tố tốt nhất của RAID 0 và 1 nhưng yêu cầu sử dụng đến 4 ổ cứng

Đối với các hệ thống máy tính gia đình thì việc sử dụng RAID 1 là sự lựa chọn hợp lý nhất

2 Các bước thực hiện như sau:

Bước 1: Chuẩn bị các công cụ và thiết bị

Để xây dựng RAID 1 bạn cần hai ổ cứng giống hệt nhau về model, thương hiệu, dung lượng và một bộ điều khiển RAID Hầu hết các máy tính mới hiện nay đều tích hợp sẵn RAID trên bo mạch chủ, nếu không có bạn mua bộ điều khiển RAID cắm thông qua khe PCI hoặc PCI Express với giá khoảng 50 USD Với ổ cứng 500 GB hiện nay chỉ

có giá khoảng 100 USD Nói tóm lại là bạn chỉ cần khoảng từ 100 USD

- 250 USD để có thể bảo vệ tốt cho dữ liệu của mình

Trong bài hướng dẫn này, ta sẽ sử dụng các thành phần như sau :

Ổ cứng : Hai ổ Samsung HD160 JJ có giá 120 USD

Cáp : hai cáp SATA có giá 6 USD

Bộ điều khiển RAID (nếu cần) : card Adaptec 1220SA hai cổng SATA RAID PCIe có giá 50 USD

Bước 2 : Gắn tất cả các ổ cứng

Một vài PC không cần bất kỳ công cụ trợ giúp nào cho việc gắn ổ cứng Bạn chỉ việc đặt khớp lên gờ và đẩy vào Nếu máy tính bạn còn trống thì có thể đặt cách xa để bảo đảm yêu cầu tản nhiệt

Bước 3 : Kết nối ổ cứng với cổng SATA

Kết nối ổ cứng với cổng SATA 0 và 1, trừ khi tài liệu đi kèm với bộ điều khiển RAID yêu cầu bạn gắn ở vị trí khác.Nếu bạn có các thiết bị SATA khác, ví dụ như ổ đĩa DVD thì bạn cần gán cho chúng cổng SATA có số cao hơn Sau đó cắm dây nguồn cho ổ cứng

Bước 4 : Kiểm ra các thiết lập trong BIOS

Vào màn hình BIOS - thông thường bằng cách nhấn phím Del, F2 hoặc tùy loại BIOS của bạn Sau đó kiểm tra để bảo đảm rằng tất cả các cổng SATA mà bạn cần sử dụng đều được bật (enabled) Kế tiếp, vô hiệu hóa (disable) các cổng SATA không sử dụng (Một vài card điều khiển RAID gặp lỗi khi các cổng không có ổ cứng) và bật chức năng RAID Lưu lại các thiết lập và khởi động lại hệ thống

Bước 5 : Mở tiện ích cấu hình RAID

Sau khi khởi động, hãy quan sát những thông tin xuất hiện trước khi tải Windows lên Tìm một thông điệp phát ra từ bộ điều khiển RAID của bạn để cho phép truy cập vào tiện ích cấu hình RAID Trong trường hợp này, ta nhấn Ctrl-I để mở tiện ích nhưng bạn có thể phải sử dụng tổ hợp phím khác

Bước 6 : Gán các ổ cứng vào dãy RAID

Sử dụng tiện tích RAID Configuration Utility để chọn các ổ cứng tham gia gia vào dãy và chọn cấp độ RAID 1 Thao tác này sẽ xóa toàn bộ dữ liệu trên ổ cứng của bạn, vì vậy bạn cần sao lưu toàn bộ hệ thống trước

khi thực hiện Sau khi tạo xong dãy RAID, bạn có thể cài đặt Windows hoặc khôi phục lại gói sao lưu

Bước 7 : Sử dụng phần mềm RAID để quản lý dãy

Phần mềm Matrix Storage Console của Intel (đi kèm với card điều khiển RAID) sẽ cho phép bạn quản lý các ổ cứng trong dãy, kiểm tra tình trạng của chúng, và thậm chí là thêm một ổ cứng mới vào dãy - tất

cả đều thực hiện trong Windows Nếu bạn không thấy hết tất cả các ổ cứng trong cửa sổ này, thì hãy mở Device Manager (gõ devmgmt.msc vào hộp thoại Run) và từ trình đơn Action, chọn "Scan for hardware changes" Lưu ý, khi dãy đã hoạt động, thì trong Device Manager và Disk Manager sẽ chỉ thấy một ổ cứng

Mở rộng: một số mainboard có ít khe cắm cáp ổ đĩa, ta có thể mở rộng khe cắm bằng cách gắn thêm card PCI(Như hình dưới) – có rất nhiều loại card PCI, tùy thoe mục đích sử dụng mà bạn chọn cho phù hợp

Card PCI hỗ trợ khe cắm ATA - SATA

C CẤU HÌNH RAID TRÊN WINDOWS SERVER 2003

Khi ổ cứng được hoạt động ở chế độ RAID sẽ có nhiều tính năng cao cấp như: RAID 0 tăng tốc độ truy xuất dữ liệu, RAID 1 an toàn cho dữ liệu, RAID 5 vừa tăng tốc độ truy cập dữ liệu và vẫn đảm bảo tốc độ truy xuất dữ liệu Để triển khai RAID có hai loại Hardware RAID và Software RAID Hầu hết máy chủ đều sử dụng Hardware RAID do có nhiều tính năng cao cấp Trong bài viết này tôi sẽ trình bày cách thiết lập Software RAID trên Windows Server 2003 đáp ứng các yêu cầu nâng cao tốc độ và đảm bảo an toàn nhưng chi phí thấp hơn rất nhiều, dựa trên nền tảng các máy chủ cấp thấp

Phần I Thiết lập RAID trên Windows Server 2003

1 Các dạng triển khai Raid:

Trong bài viết này tôi chỉ giới thiệu với các bạn cấu hình Software RAID trên Windows Server 2003, giúp các bạn nâng cao hiệu năng sử dụng máy tính mà không cần phải nâng cấp máy tính hiện tại và hoàn toàn có thể thực hiện trên các PC có sẵn yêu cầu có ít nhất là 2 ổ cứng

- Ổ cứng vật lý là các loại ổ khác nhau như: ATA, SATA, SCSI, SAS nhưng khi cài hệ điều hành Windows lên nó chỉ nhận ra thành hai ổ logic

đó là:

+ Ổ Basic: Mặc định khi các bạn cài Windows lên ổ cứng sẽ là định dạng

ổ Basic Khi một ổ cứng ở dạng này nó sẽ chỉ cho phép tạo 4 Primary Partition và 1 Extend Partition mà thôi

+ Ổ Dynamic: Cho phép tạo không giới hạn số Volume (lưu ý là ổ Basic tạo ra các phân vùng sẽ là Partition còn ổ Dynamic sẽ là các Volume) Ngoài ra nó còn cho phép tạo Software RAID trên các ổ Logic ở dạng Dynamic do đó trước khi muốn cấu hình RAID trên Windows Server 2003 bạn phải Convert từ ổ Basic lên ổ Dynamic

Máy tính của tôi có 5 Ổ cứng: 0, 1, 2, 3, 4 hiện tại đang là ổ Basic Để xem bạn chuột phải vào My Computer chọn Manage sau đó chọn phần Disk Management

Trước khi thiết lập RAID tôi phải Convert các ổ nào tôi muốn cấu hình lên thành ổ Dynamic

Máy tính của tôi có 5 ổ tôi mới tạo một Partition tại ổ Disk0 và cài hệ điều hành Windows Server 2003 lên đó giờ tôi Convert toàn bộ chúng lên thành ổ Dynamic

3 Các thiết lập cho các loại Raid:

3.1 Thiết lập RAID 0

3.1.a Yêu cầu

- Để thiết lập RAID 0 trên máy tính yêu cầu tối thiểu phải có 2 Ổ cứng vật

lý, và phải convert lên Dynamic rồi

- Ban đầu tôi có hai ổ vật lý là 8GB nếu tôi cấu hình RAID 0 tôi sẽ được một ổ 16GB, nhưng lưu ý là Software RAID làm việc ở tầng Volume (tương đương với Partition) chứ không ở tầng Disk vật lý

3.1.b Cách thiết lập

- Để thiết lập RAID 0 cho một Volume trên Windows Server 2003, tôi phải convert ổ lên Dynamic rồi chọn New Volume

Nhấn Next để tiếp tục:

Trong Windows Server 2003 khi cấu hình Volume RAID 0 thì sẽ là ổ Striped