• Author / Uploaded
• Jherry Alexis Ponce

Citation preview

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA DE SISTEMAS

CURSO:

ARQUITECTURA DE COMPUTADORAS.

TEMA:

DISCOS DUROS Y RAID.

DOCENTE:

ING. CESAR ARELLANO SALAZAR

ALUMNOS:  Alcántara Ninatanta, Luis Fernando.  De La Cruz Urquiza, Frank Petter.  Huamani Almanza, Alejandro Nelson.  Sifuentes Rodríguez, Diana Alicia.

TRUJILLO – PERÚ 2019

Discos Duros y RAID

PRESENTACIÓN  Estimado Ingeniero Arellano Salazar, Cesar; este grupo de estudiantes de sexto ciclo de la carrera profesional de Ingeniería de Sistemas, cuyos nombres se indican en la portada, con gran cordialidad y respeto tenemos a bien presentarle el siguiente informe, donde se muestra información relevante y concisa de los temas Discos Duros y RAID, en este se detallan las características claves, la importancia y objetividad de cada tema tratado; principalmente la relación con los ordenadores y que tan vitales son para la funcionalidad de los mismos. La realización de este informe se logró tras la investigación y búsqueda de información por parte de los miembros del grupo, para con ello alcanzar las expectativas del docente y lo que el curso amerita, ya que este es de vital importancia para nuestro desarrollo académico profesional.

INTRODUCCIÓN

Discos Duros y RAID

 Un disco duro viene siendo un dispositivo utilizado en los ordenadores, este cumple con la funcionalidad de almacenamiento de datos. Estos discos duros pertenecen a la memoria secundaria. Los discos duros están compuestos de una parte física y una parte lógica, la parte física se compone de las piezas como los platos, cabezas de lectura / escritura, etc. La parte lógica está formada por la FAT (tabla de asignación de ficheros), el directorio raíz y la zona de datos para archivos y subdirectorios que son parte esencial de los discos duros. Estos discos tienes diversas características, pero dentro de las más importantes tenemos la que definen su desempeño como capacidad de almacenamiento, su velocidad de rotación, el tiempo de acceso, tasa de transferencia de datos y su memoria cache contenida en su controladora. La RAID es un sistema de almacenamiento que utiliza múltiples discos duros entre los que distribuye o replica los datos con el fin de obtener una mayor integridad, mayor tolerancia a los fallos, mayor rendimiento y más capacidad. Los RAID son usados mayormente en servidores. Las diferentes configuraciones RAID nos plantean diversas formas de distribución de datos, las cuales pueden utilizarse de acuerdo a lo que uno necesite en su ordenador, estas configuraciones se encuentran distribuidas en diferentes niveles en donde se va desde lo más básico hasta lo más complejo donde nos encontramos con configuraciones combinadas que buscan brindar una mejor experiencia en el manejo de procesos en el ordenador.

OBJETIVOS

Discos Duros y RAID  El objetivo primordial de este informe es dar a conocer la importancia de la utilización de Discos Duros y RAID dentro de un ordenador y como es que estos mejoran los fallos en este y nos brindan una mejor experiencia.  Mostrar el funcionamiento y organización de los discos duros.  Conocer los diferentes niveles de RAID para la administración de las unidades de almacenamiento y las copias de seguridad que se pueden hacer con el fin de proteger los datos almacenados en los discos duros utilizados.  Informar acerca de las diferentes configuraciones RAID que existen y mostrar que ventajas y desventajas presentan dentro de su funcionamiento e interacción con el ordenador.

INDICE DISCOS DUROS..............................................................................................................1 1.

DEFINICION:........................................................................................................1

Discos Duros y RAID 2.

HISTORIA:............................................................................................................2

3.

PARTES DEL DISCO DURO:...............................................................................2

4.

MECANISMO DE LECTURA Y ESCRITURA MAGNÉTICA..........................4

5.

ORGANIZACIÓN Y FORMATO DE LOS DATOS.............................................5

6.

FUNCIONAMIENTO DE UN DISCO DURO.....................................................6

7.

ESTRUCTURA LOGICA DE UN DISCO DURO................................................8

8.

CARACTERISTICAS DE UN DISCO DURO:....................................................9 a)

Capacidad de Almacenamiento.......................................................................9

b)

Tiempos de Accesos Y Velocidad de Rotación(RPM):.................................10

c)

Interfaz:.........................................................................................................12

SISTEMAS RAID...........................................................................................................14 NIVELES RAID..............................................................................................................15 

Niveles RAID estándar.....................................................................................15 

RAID 0:.........................................................................................................16



RAID 1..........................................................................................................18



RAID 2:.........................................................................................................19



RAID 3:.........................................................................................................20



RAID 4:.........................................................................................................21



RAID 5:.........................................................................................................22



Niveles RAID anidados....................................................................................24 

RAID 10:.......................................................................................................24



RAID 01:.......................................................................................................25



RAID 30:.......................................................................................................26



RAID 50:.......................................................................................................27



RAID 100:.....................................................................................................28

CONCLUSIONES...........................................................................................................30 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS............................................................................31

INDICE DE ILUSTRACIONES Ilustración 1 – Vision global de la jerarquia de memoria..................................................1 Ilustración 2 – Evolucion del disco duro...........................................................................2

Discos Duros y RAID Ilustración 3 – Estructura fisica del disco duro.................................................................2 Ilustración 4 – Estructura interna del disco duro...............................................................3 Ilustración 5-Cabeza de escritura por inducción/ lectura magnoresistiva.........................5 Ilustración 6-Organización de los datos en un disco.........................................................6 Ilustración 7 – Componentes del disco duro.....................................................................7 Ilustración 8 – Ejemplo con dos particiones primarias.....................................................9 Ilustración 9 – Ejemplo con solo una particion primaria..................................................9 Ilustración 10 – Interfaz IDE...........................................................................................13 Ilustración 11 – Interfaz SCSI.........................................................................................13 Ilustración 12 – Interfaz SATA........................................................................................14 Ilustración 13- Mapa de datos para un conjunto RAID de nivel 0..................................17 Ilustración 14-Diagrama de configuración RAID 0........................................................18 Ilustración 15- Diagrama de configuración RAID 1.......................................................19 Ilustración 16- Diagrama de configuración RAID 2.......................................................20 Ilustración 17- Diagrama de configuración RAID 3.......................................................21 Ilustración 18- Diagrama de configuración RAID 4.......................................................22 Ilustración 19- Diagrama de configuración RAID 5.......................................................23 Ilustración 20- Diagrama de configuración RAID 6.......................................................24 Ilustración 21- Diagrama de configuración RAID 10.....................................................25 Ilustración 22- Diagrama de configuración RAID 01.....................................................26 Ilustración 23- Diagrama de configuración RAID 30.....................................................27 Ilustración 24- Diagrama de configuración RAID 50.....................................................27 Ilustración 25- Diagrama de configuración RAID 100...................................................28

INDICE DE TABLAS Tabla 1- Equivalencias de capacidad de almacenamiento del disco duro.......................10 Tabla 2- Tabla de tiempos y velocidad de rotacion para el disco duro………………….11 Tabla 3- Tabla del tiempo de busqueda y latencia promedio del disco duro...................12

Discos Duros y RAID

DISCOS DUROS 1. DEFINICION: Un disco magnético es básicamente un plato circular de material no magnético (sustrato) cubierto por material magnetizable. Un disco duro es un dispositivo para el almacenamiento de datos de forma no volátil, es decir, para almacenar los datos digitales utiliza un sistema de grabación magnética. De esta forma es posible mantener la información grabada en un soporte de forma permanente (de ahí que no es volátil). También se denominan discos HDD o Hard Disk Drive. Los discos duros forman parte de la memoria secundaria del ordenador o vital en la gráfica, la memoria de nivel 5 (L5) y más abajo. Se le denomina memoria secundaria porque es la fuente de datos para que la memoria principal (memoria RAM) pueda tomarlos y trabajar con ellos enviando y recibiendo instrucciones de la CPU o procesador. Esta memoria secundaria será la de mayor capacidad disponible en un ordenador y además no será volátil. Si apagamos el ordenador la memoria RAM se vaciará, pero no un disco duro.

Ilustración 1 – Vision global de la jerarquia de memoria

Discos Duros y RAID 2. HISTORIA: El primer disco duro fue el IBM 350, inventado por Reynold Johnson y presentado en 1955 junto con el ordenador IBM 305. Este disco tenía 50 platos de 61 cm de diámetro cada uno, con una capacidad total de 5 millones de caracteres y había que transportarlo con un camión. Se usaba un solo cabezal para acceder a todos los platos, por lo que el tiempo de acceso medio era muy lento.

Ilustración 2 – Evolucion del disco duro

3. PARTES DEL DISCO DURO:

Ilustración 3 – Estructura fisica del disco duro

Ilustración 4 – Estructura interna del disco duro

Discos Duros y RAID

 Platos: será donde se guarda la información. Están dispuestos en forma horizontal y cada plato consta de dos caras o superficies magnetizadas, una cara superior y otra inferior. Esto normalmente está construido en metal o cristal. Para almacenar la información en ellos disponen de celdas en donde es posible magnetizarlas de forma positiva o negativa (1 o 0).  Cabezal de lectura: es el elemento que hace la función de lectura o escritura. Habrá uno de estos cabezales por cada cara o superficie de plato, por lo que, si tenemos dos platos habrá cuatro cabezas lectoras. Estas cabezas no hacen contacto con los platos, si esto sucediera el disco quedaría rayado y se corromperían los datos. Cuando los platos giran, se crea una fina película de aire que impide el contado entre ello y la cabeza lectora (aproximadamente 3 nm de separación).  Brazo mecánico: serán los elementos encargado de sujeta las cabezas lectoras. Permiten el acceso a la información de los platos desplazando las

Discos Duros y RAID cabezas lectoras de forma lineal desde el interior al exterior de estos. el desplazamiento de estos es muy rápido, aunque debido a ser elementos mecánicos tienen bastantes limitaciones en cuanto a la velocidad de lectura.  Motores: contaremos con dos motores dentro de un disco duro, uno para hacer girar los platos, normalmente a una velocidad de entre 5000 y 7200 revoluciones por minuto (rpm). Y también tendremos otro para el movimiento de los brazos mecánicos  Circuito electrónico: además de elementos mecánicos, el disco duro también contiene un circuito electrónico que se encarga de gestionar las funciones de posicionamiento del cabezal y la lectura y escritura de este. Este circuito además se encarga de comunicar el disco duro con el resto de componentes del ordenador, traduciendo las posiciones de las celdas de los platos a direcciones comprensibles por la memoria RAM y CPU.  Memoria caché: los discos duros actuales cuentan con un chip de memoria integrada en el circuito electrónico que hace las veces de puente de intercambio de información desde los platos físicos hasta la memoria RAM. Es como un búfer dinámico para aligerar el acceso a

la información física.

 Puertos de conexiones: en la parte trasera del disco, y fuera del encapsulado, se encuentra los puertos de conexión. Normalmente están formado por el conector del bus hacia la placa base, el conector de 12 V de alimentación y en caso de los IDE con las ranuras de jumpers para la selección de maestro / esclavo

4. MECANISMO DE LECTURA Y ESCRITURA MAGNÉTICA La cabeza del disco duro es una bobina encargada de grabar y recuperar los datos, durante una operación de escritura o lectura la cabeza permanece quieta mientras el plato rota bajo ella. El fundamento físico que respalda la escritura es el de un flujo eléctrico atravesando una bobina origina un campo magnético,  Se envían pulsos eléctricos a la cabeza de escritura, la cual está diseñada con un material fácilmente magnetizable, con forma de un donut rectangular con un agujero a lo largo de un lado y varias vueltas de un 

cable conductor a lo largo del lado opuesto. Una corriente eléctrica en el cable conductor induce un campo magnético a lo largo del agujero, el cual magnetiza una pequeña área del medio

Discos Duros y RAID grabable, entonces se graban los patrones magnéticos en la superficie bajo ella, cabe resaltar que cada corriente, ya sea positiva o negativa, tiene un patrón diferente. Cambiando la dirección de la corriente, entonces puedo cambiar el sentido de magnetización en el medio de grabación. El mecanismo de lectura es basado en el hecho de que un campo magnético en movimiento respecto a una bobina, induce una corriente eléctrica en la bobina. La superficie pasa debajo del disco de la cabeza, induciendo una corriente eléctrica en la bobina, generando una corriente del mismo sentido que la que produjo la grabación magnética. En discos antiguos se usaba la misma cabeza tanto para escritura y lectura. Actualmente los discos duros posees una cabeza destinada solo para la lectura, la cual está posicionada cerca a la cabeza de escritura. Dicha cabeza consiste en un sensor magno resistivo(MR) el cual está parcialmente blindado y posee una resistencia eléctrica que depende de la dirección de la magnetización del disco que se mueve debajo, lo cual hace pasar una corriente a través del sensor MR, originando cambios de frecuencia los cuales son detectados como señales de tensión.

Ilustración 5-Cabeza de escritura por inducción/ lectura magnoresistiva

Discos Duros y RAID 5. ORGANIZACIÓN Y FORMATO DE LOS DATOS Los datos se organizan en pistas, una pista es una porción del disco en forma de anillos concéntricos que giran debajo de la cabeza. A su vez las pistas se dividen en sectores, los cuales son las unidades de información que se transfieren en un proceso, ya sea lectura o escritura. Las pistas adyacentes se encuentras separadas por bandas vacías, lo cual previene o minimiza los errores a desalineamientos de la cabeza o interferencias en el campo magnético. En la mayoría de sistemas los sectores constan de una longitud fija de 512 bytes. . Para evitar imprecisiones lógicas del sistema, los sectores adyacentes se separan por intrapistas vacías. La información se escanea a la misma velocidad gracias a la velocidad angular constante que presenta el disco. Los discos con velocidad angular constante presentan una densidad, en bit por pulgada, a medida que nos movemos desde la pista más externa a una más interna. Para aumentar la capacidad, los discos modernos utilizan una técnica conocida como grabación en varias zonas, en la que la superficie se divide en varias zonas concéntricas, asignando un numero constante para cada zona. Esto permite que las zonas más lejanas tengan más capacidad que las que están próximas al centro.

Ilustración 6-Organización de los datos en un disco

6. FUNCIONAMIENTO DE UN DISCO DURO

Discos Duros y RAID En cada acceso a la información, el disco duro realiza un amplio conjunto de Tareas, los cuales se dividen en los siguientes pasos: 1.

Se realizan varias etapas de traducción, que hacen que una dirección (un

número que apunta a una posición del disco) se traduzca en una localización geométrica, de tipo (cilindro, cabezal, sector). 2. Se hace girar el disco, si es que éste no estaba ya en marcha. Cuando el disco alcanza una velocidad estable, se mueven los cabezales hacia el cilindro deseado, utilizando el motor paso a paso que controla los brazos. 3. Una vez en el cilindro apropiado, se activa el cabezal correspondiente al plato deseado, entonces se espera el tiempo necesario para que el giro del disco haga pasar al sector deseado bajo el cabezal. 4. Cuando esto ocurre, se lee o se escribe la información en dicho sector. Adicionalmente todo este proceso implica varios pasos adicionales incluyendo la existencia de una caché que acelera las transferencias. El rendimiento del disco duro está determinado por la eficiencia con que se realizan estos pasos, el tiempo de acceso a la información es la suma del tiempo empleado en llevar los cabezales hacia el cilindro adecuado y el tiempo de giro del disco hasta encontrar el sector buscado. El tiempo de acceso total suele oscilar entre 10 y 20 milisegundos.

Ilustración 7 – Componentes del disco duro

Discos Duros y RAID

7. ESTRUCTURA LOGICA DE UN DISCO DURO La estructura lógica de un disco duro está formada por:  Sector de arranque.  Espacio particionado.  Espacio no particionado. Sector de arranque: Es el primer sector de un disco duro en él se almacena la tabla de particiones y un programa pequeño llamado Master Boot. Este programa se encarga de leer la tabla de particiones y ceder el control al sector de arranque de la partición activa, en caso de que no existiese partición activa mostraría un mensaje de error. Espacio particionado: Es el espacio del disco que ha sido asignado a alguna partición. Espacio no particionado: Es el espacio del disco que no ha sido asignado a ninguna partición. ¿Qué son las particiones?  Cada disco constituye una unidad física distinta.

Discos Duros y RAID 

Sin embargo, los sistemas operativos no trabajan con unidades físicas



directamente, sino con unidades lógicas. Dentro de una misma unidad física de disco duro puede haber varias unidades lógicas. Cada una de estas unidades lógicas constituyen una



partición de disco duro. Esto quiere decir que podemos dividir un disco duro en, por ejemplo, dos particiones (dos unidades lógicas dentro de una misma unidad física) y trabajar de la misma manera que si tuviésemos dos discos duros (una unidad lógica para cada unidad física).

Ejemplo:  Disco duro con espacio particionado (2 particiones primarias y 2 lógicas) y espacio todavía no particionado.

Ilustración 8 – Ejemplo con dos particiones primarias



(Caso más sencillo) Disco duro con un sector de arranque y con una sola partición, que ocupe la totalidad del espacio restante del disco. En este caso, no existiría espacio no particionado.

Ilustración 9 – Ejemplo con solo una particion primaria

8. CARACTERISTICAS DE UN DISCO DURO: a) Capacidad de Almacenamiento Comercialmente los discos duros se venden redondeando gigabytes, es decir por ejemplo un disco de 500 GB al formatearlo se queda en unos 465 GB, es decir que se “pierden” 35 GB (Casi nada), pero esto se debe a que los fabricantes de discos duros interpretan la capacidad de almacenamiento de

Discos Duros y RAID 1.000 en 1.000 en lugar de 1.024 en 1.024 que es la “medida” en informática, puesto que la informática se basa en lenguaje binario (Base2), no en Decimal (Base10), y en menor medida en Hexadecimal (Base16).

Tabla 1 – Equivalencias de capacidad de almacenamiento del disco duro

Para saber la capacidad real de un disco duro bastaría con aplicar la siguiente fórmula (Es una regla de tres directa, a mayor tamaño, mayor pérdida de capacidad):

b) Tiempos de Accesos Y Velocidad de Rotación(RPM): Existen una serie de Factores de Velocidad relacionados con los discos duros que son necesarios conocer para comprender su funcionamiento y sus diferencias. · Tiempo de búsqueda de pista a pista: intervalo de tiempo necesario para desplazar la cabeza de lectura y escritura desde una pista a otra adyacente. · Tiempo medio de acceso: tiempo que tarda, como media, para desplazarse la cabeza a la posición actual. Este tiempo promedio para acceder a una pista arbitraria es equivalente al tiempo necesario para desplazarse sobre 1/3 de las pistas del disco duro. El antiguo IBM PC/XT utilizaba discos de 80 a 110 milisegundos, mientras que los AT usaban discos de 28 a 40 milisegundos, y los actuales usan discos de menos de 20 milisegundos.

Discos Duros y RAID · Velocidad de Rotación: Número de vueltas por minuto (RPM) que da el disco. · Latencia Promedio: Es el promedio de tiempo para que el disco una vez en la pista correcta encuentre el sector deseado, es decir el tiempo que tarda el disco en dar media vuelta. Velocidad de transferencia: velocidad a la que los datos (bits) pueden transferirse desde el disco a la unidad central. Depende esencialmente de dos factores: la velocidad de rotación y la densidad de almacenamiento de los datos en una pista 3600 rpm = 1 revolución cada 60/3600 segundos (16,66 milisegundos) Si calculamos el tiempo de ½ vuelta --> Latencia Promedio 8,33 milisegundos Una comparativa entre un disquete y un disco duro de todos estos Factores mencionados anteriormente sería:

Tabla 2 – Tabla de tiempos y velocidad de rotacion para el disco duro

El tiempo de búsqueda depende del tamaño de la unidad (2", 3"½, 5"¼), del número de pistas por pulgada (que a su vez depende de factores como el tamaño de los dominios magnéticos) y de la velocidad y la precisión de los engranajes del cabezal. La latencia depende de la velocidad de rotación y equivale a la mitad del tiempo que tarda el disco en describir un giro completo. El rendimiento total también depende de la disposición de los dominios magnéticos, uso de ZBR. Para mejorar el tiempo de acceso se reduce esa latencia acelerando la rotación del disco o velocidad de eje. Hace unos años todos los discos duros

Discos Duros y RAID giraban a la misma velocidad unos 3600 rpm, la latencia resultante era de 8,3 milisegundos. Hoy las unidades de disco más rápidas para PC giran a 5400 rpm (un 50% más rápida) y por tanto su latencia es de 5,6 milisegundos. Algunos discos siguen usando los 3600 rpm para consumir menos energía.

Tabla 3 - Tabla del tiempo de busqueda y latencia promedio del disco duro

c) Interfaz: i. IDE (Integrated Device Electronics): Permite conectar dos o más dispositivos mediante un bus paralelo que está formado por 40 o 80 cables. A esta tecnología también se le conoce como DMA (Direct Memory Access), ya que permite la conexión directa entre la memoria RAM y el disco duro. Para conectar dos dispositivos a un mismo bus será necesario que estos estén configurados como maestros o esclavos. De esta forma la controladora sabrá a quien debe enviarla datos o leer sus datos y que no exista cruzamiento de información. Esta configuración se hace mediante un jumper en el propio dispositivo. 

Maestro: debe ser el primer dispositivo conectado al bus, normalmente se debe configurar un disco duro en modo maestro frente a un lector de CD/DVD. También se debe configurar un Disco duro en moto maestro si



este tiene el sistema operativo instalado. Esclavo: será el dispositivo secundario conectado a un bus IDE. Para existir un esclavo, antes debe existir un maestro.

Ilustración 10 – Interfaz IDE

Discos Duros y RAID

ii.

SCSI

(Small

Computer System Interface): Esta interfaz de tipo paralelo está diseñada para discos duros de gran capacidad de almacenamiento y grandes velocidades de rotación. Este método de conexión se ha utilizado tradicionalmente para servidores y clústers de discos duros de gran almacenamiento. Un controlador SCSI puede trabajar simultáneamente con 7 discos duros en una conexión tipo margarita de hasta 16 dispositivos. Si máxima velocidad de transferencia es de 20 Mb/s.

Ilustración 11 – Interfaz SCSI

iii.

SATA (Serial ATA): Este es el actual estándar de comunicación en los PC actuales. En este caso se utilizar un bus serie en lugar de paralelo para transmitir los datos. Es bastante más rápido que el tradicional IDE y más

Discos Duros y RAID eficiente. Además, permite conexiones en caliente de los dispositivos y cuenta con buses mucho más pequeños y manejables. El estándar actual se encuentra en el SATA 3 que permite transferencias de hasta 600 MB/s

Ilustración 12 – Interfaz SATA

SISTEMAS RAID Las siglas RAID (conjunto redundante de discos independientes), hacen referencia a un sistema de almacenamiento que utiliza un conjunto de discos duros independientes organizados para que el sistema operativo los vea como un solo disco lógico. Almacena los datos de forma redundante. Los RAID suelen usarse en servidores y normalmente se implementan con unidades de disco de la misma capacidad. (cita). Beneficios  

Mayor integridad de datos Mayor tolerancia a fallos

Discos Duros y RAID  

Mayor rendimiento Mayor capacidad

El termino RAID fue originalmente ideado por un grupo de investigación de la Universidad de California en Berkley, dicho artículo perfilaba varias configuraciones y aplicaciones RAID e introducía las definiciones de los niveles RAID que todavía se usan. La estrategia que se usa consta en reemplazar una unidad de disco de gran capacidad por unidades múltiples de menor capacidad y distribuye los datos de forma que se puedan habilitar accesos simultáneos a los datos de varias unidades. La capacidad de los discos redundantes se usa para almacenar información de paridad que garantice la recuperación de los datos en casos de fallo de disco, es decir, si un dato es guardado en discos diferentes, en caso falle uno, quedará otro para poder satisfacer la operación.

NIVELES RAID Existen muchas formas de usar la tecnología RAID, y dentro de estas formas encontramos ciertos niveles RAID en donde se describen las diversas configuraciones RAID que pueden adaptarse a un ordenador. -

¿Qué es la configuración RAID en los discos duros? Como bien se sabe las siglas RAID significan ‘conjunto redundante de discos independientes’, dicho de otra manera, estas siglas nos indican una configuración basada en diferentes unidades de almacenamiento que trabajan de manera conjunta para para ayudar en el manejo de los diferentes procesos realizados en el computador.  Niveles RAID estándar Dentro de este nivel encontraremos diferentes configuraciones RAID básicas, pero debemos tener en cuenta que según el tipo de configuración que se elija esta influirá en el rendimiento y la seguridad de los datos del computador.

 RAID 0:

Conocida como “striping”, es utilizado a nivel particular. Este tipo de RAID distribuye en partes equitativas los datos entre

Discos Duros y RAID todas las unidades de almacenamiento que la conforma, en el caso que un disco sufra una avería, al no haber redundancia se tiene que recurrir a las copias de seguridad, pero al carecer de redundancia (control de errores mediante las copias redundantes de datos), cualquier fallo en los discos puede suponer la pérdida total de los datos. Por lo expuesto respecto a los fallos o averías que pueden darse, la RAID 0 se utiliza únicamente en aplicaciones que puedan tolerar la perdida de acceso a datos. Esta configuración nos brinda un mayor rendimiento para lectura y escritura de información ya que los datos se escriben en forma paralela, es decir al mismo tiempo, es decir una mayor velocidad en las áreas de trabajo. En el RAID 0, los datos son organizados en forma de tiras de datos a través de los discos disponibles. Los datos del usuario y del sistema se ven como almacenados en un disco lógico, este disco se divide en tiras, estas tiras pueden ser bloques físicos, sectores o alguna otra unidad. Las tiras se proyectan cíclicamente, en miembros consecutivos del conjunto. Un conjunto de tiras que se proyectan sobre una misma tira en cada miembro del conjunto se denomina franja. En un conjunto de n discos, las primeras n tiras lógicas se almacenan físicamente en la primera tira de cada uno de los n discos, las siguientes n tiras lógicas, en la segunda tira de cada disco y así sucesivamente.

Ilustración 13- Mapa de datos para un conjunto RAID de nivel 0

Discos Duros y RAID

 La ventaja de esta disposición es que, si alguna petición de E/S implica a varias tiras lógicas contiguas, entonces las n tiras de esta petición se puede gestionar en paralelo, reduciendo considerablemente el tiempo de transferencia de E/S.  La RAID 0, es una buena opción cuando se desea tener un mayor rendimiento, ya que puede resultar hasta dos veces más rápida que una configuración basada en un solo disco duro.  Para el inconveniente de la no redundancia es recomendable realizar copias de seguridad de los datos de unidades externas del almacenamiento.  El RAID 0 es muy usada en aplicaciones CAD y tratamiento de imágenes y videos.

Ilustración 14-Diagrama de configuración RAID 0

Discos Duros y RAID

 RAID 1 Llamada también “mirroring” o “modo espejo”, este trabaja en espejo duplicando todos los datos en cada unidad de almacenamiento de manera sincronizada a otra unidad de almacenamiento. La distribución de los datos se hace de manera similar al RAID 0, pero en este caso cada franja lógica se proyecta en dos discos físicos separados, de tal manera que cada disco del conjunto tiene un disco espejo que contiene los mismos datos. Bajo esta técnica se busca prevenir la perdida de datos, en caso que se produzca algún fallo en alguna de las unidades de discos duro. Con esto se evidencia la ventaja de utilizar la configuración RAID 1 que es la seguridad de los datos. Otra de las ventajas de utilizar esta configuración, es que al tener los datos duplicados en las unidades de almacenamiento se disfruta de un mayor rendimiento de lectura, ya que se pueden leer dos datos diferentes en dos discos diferentes. Además, cuando se da una petición de escritura se requiere que dos tiras correspondientes se actualicen, y esto se hace en paralelo. El resultado de la escritura lo determina la menos rápida de las dos (es decir la de mayor tiempo de búsqueda más la latencia rotacional). Pero, así como tiene sus ventajas también tiene un lado negativo, y este es que, al duplicar los datos en los discos duros, se hace un gran sacrificio de espacio. También, se tiene que el rendimiento de la escritura no presenta mejoras debido a que los datos deben ser escritos en todas las unidades que intervienen en la configuración de la RAID 1.

Ilustración 15- Diagrama de configuración RAID 1

Discos Duros y RAID

 Esta

configuración

está

dirigida

mayormente

al

sector

profesional, debido a que en este campo mayormente la seguridad y la integridad de los datos son primordiales.  RAID 2: Usa una técnica de acceso paralelo. En un conjunto de acceso paralelo, todos los discos miembros participan en la ejecución de cada petición de E/S. Típicamente el giro de cada unidad individual está sincronizado de forma que cada cabeza de disco se encuentra en la misma posición en cada disco en un instante dado. Como en las otras configuraciones RAID, se usa la descomposición da datos en tiras. En este nivel las tiras son muy pequeñas, tan pequeñas como un único byte o palabra. El código de corrección de errores se calcula a partir de los bits de cada disco, y los bits del código que almacenan en las correspondientes posiciones de bit en varios discos de paridad. Normalmente se usa el código Hamming, que permite corregir errores en un bit y detectar errores en dos bits. Aunque el RAID 2 requiere menos discos que el RAID 1, este aún sigue siendo bastante caro. El número de discos redundantes es proporcional al logaritmo del número de discos de datos. En una sola lectura se accede a todos los discos simultáneamente. El controlador del conjunto proporciona los datos pedidos y el código de corrección de errores asociado. Si hubiera algún error en un bit, el controlador es capaz de reconocerlo y corregirlo instantáneamente, por lo que el tiempo de acceso a lectura no se ralentiza. En una operación de escritura, se debe acceder a todos los discos de datos y de paridad.

Ilustración 16- Diagrama de configuración RAID 2

Discos Duros y RAID  El RAID 2 se debería utilizar en un entorno donde haya muchos errores de disco. Si hay una alta seguridad en los datos individuales y en las unidades de disco, RAID 2 sería excesivo por lo caso no se implementa.  RAID 3: Esta configuración se organiza de manera similar a la RAID 2 con la diferencia que utiliza un solo disco redundante, sin importar lo grande que sea el conjunto de discos. La RAID 3 utiliza un acceso paralelo, con datos distribuidos en pequeñas tiras. En vez de un código de corrección de errores, se calcula un sencillo bit de paridad para el conjunto de bits individuales en la misma posición en todos los discos de datos. En el caso de un fallo en una unidad se accede a la unidad de paridad y se reconstruyen los datos desde el resto de los dispositivos. Una vez que se sustituye la unidad que ha fallado, los datos que faltan se restauran en la nueva unidad y se reanuda la operación. La reconstrucción de los datos es bastante sencilla. La RAID 3 puede conseguir velocidades muy altas para transferencia de datos. Cualquier petición de E/S implica una transferencia de datos paralela desde todos los discos de datos. Para grandes transferencia, la mejora de prestaciones es especialmente notable. Por otra parte, solo se puede ejecutar a la vez una petición de E/S. Por tanto, en un entorno orientado a transacciones, el rendimiento sufre.



Ilustración 17- Diagrama de configuración RAID 3

RAID 4: Esta configuración usa una técnica de acceso independiente. En un conjunto de acceso independiente, cada disco opera

Discos Duros y RAID independientemente, de forma que peticiones de E/S separadas que se atienden en paralelo. Debido a esto, los conjuntos de acceso independiente son más adecuados para aplicaciones que requieren velocidades altas de petición de E/S altas, y son menos adecuados para aplicaciones que requieren altas de transferencia de datos. Las tiras de datos utilizadas en el esquema de RAID 4 son relativamente grandes, de tal forma que se calcula una tira de paridad bit a bit a partir de las correspondientes tiras de cada disco de datos, y los bits de paridad se almacenan en la tira correspondiente del disco de paridad. La RAID 4 lleva consigo una penalización en la escritura, cuando se realiza una petición de escritura de E/S pequeña. Cada vez que se realiza una escritura, el software de gestión del conjunto debe actualizar los datos del usuario además de los bits de paridad correspondientes. Supongamos que el conjunto está formado por 5 unidades donde las 4 primeras contienen datos y la última es el disco de paridad. Si se realiza una escritura que implica solo a una tira del segundo disco, para calcular la nueva paridad, el software de gestión del conjunto debe leer la antigua tira del usuario y la antigua tira de paridad. Entonces se pueden actualizar ambas tiras con nuevos datos y calcular la nueva paridad. Por tanto, cada escritura de una tira implica dos lecturas y dos escrituras. En el caso de una escritura de E/S de mayor tamaño que implique tiras en todas las unidades de disco, la paridad se puede obtener fácilmente con un cálculo usando solamente los nuevos bits de datos. Por tanto, la unidad de paridad puede ser actualizada en paralelo con las unidades de datos, y no habrá lecturas o escrituras extras. En cualquier caso, cada operación de escritura implica al disco de paridad, lo que se convertirá en un pico de botella.

Ilustración 18- Diagrama de configuración RAID 4

Discos Duros y RAID  RAID 5: Se le conoce como “almacenamiento distribuido con paridad”, esta configuración busca ofrecer un rendimiento algo similar al RAID 0, pero con redundancia más económica que las RAID 1, siendo más utilizada en el ámbito empresarial. En este caso encontramos un mínimo de tres discos duros, donde los datos se dividen en bloques entre los discos y, adema, se genera un bloque de paridad que también se distribuye por los mismos. Gracias a esto se pueden realizar operaciones de lectura y escritura de forma simultánea, lo cual significaría un mayor rendimiento y una mayor eficiencia, pero la gran pregunta es, ¿Cómo se protegen los datos? Esto reside en el bloque de paridad, este se utiliza con el fin de reconstruir los datos si algún disco duro del grupo de configuración RAID llegase a fallar. Por ejemplo: Cada vez que se escribe un bloque de datos (A1, A2, etc.) en esta configuración RAID se generará un bloque de paridad dentro de la misma división, con el cual se podrá recuperar los datos en caso de fallos.

Ilustración 19- Diagrama de configuración RAID 5

  RAID 6: Denominada “almacenamiento distribuido de doble paridad”, esta configuración es muy similar a la RAID 5, pero en este caso se requieren de cuatro discos duros como mínimo debido a que se

Discos Duros y RAID generan dos bloques de paridad para la protección y reconstrucción de datos. Estos utilizan una segunda banda de paridad que se distribuye en todos los discos de la RAID, esta banda actúa como protección ante una posible pérdida de datos en caso de fallos que afecten a alguna unidad de discos dentro del grupo RAID. Esta configuración presenta algunos inconvenientes, como su bajo nivel de rendimiento, cuando se necesita realizar la reconstrucción de dos unidades de forma simultánea, ya que dicho rendimiento llega a caer hasta un 20%. Otro inconveniente es la capacidad real de almacenamiento del que podemos disponer.  Para mejorar la eficacia en esta configuración es recomendable

Ilustración 20- Diagrama de configuración RAID 6

contar con seis unidades de almacenamiento, ya que la paridad se reparte en distintas divisiones entre todos los discos duros que integran la RAID.  La RAID 6, está dirigida al sector empresarial, un campo en donde la seguridad de los datos tiene una gran relevancia.  Niveles RAID anidados Muchas controladoras permiten anidar configuraciones RAID, es decir que un RAID puede utilizarse como elemento básico de otro en lugar de discos físicos. El objetivo de combinar estos niveles es mejorar el rendimiento y la redundancia de los datos. Es preferible tener al RAID 0 como nivel más alto y los niveles redundantes debajo, así se reconstruyen

Discos Duros y RAID menos discos cuando uno falle. A continuación, describiremos algunas de estas configuraciones combinadas:  RAID 10: Esta viene siendo una combinación de la RAID 0 y la RAID 1, esta configuración es una división de espejos. La ventaja de utilizar esta configuración es que se puede contar con la redundancia de la RAID 1, esto significa, las copias de seguridad redundantes y contaremos con el buen rendimiento de la RAID 0.

Ilustración 21- Diagrama de configuración RAID 10

Como se observa en la imagen la RAID 10 se divide en una estructura concreta en la cual se utilizan cuatro unidades de almacenamiento en las que se establece entre cada par una RAID 1 dando lugar a un subconjunto que es agrupado finalmente en sus cuatro unidades como una RAID 0. Así, en cada subdivisión RAID 1 podrían fallar tres de los cuatro discos y no perderíamos los datos. Con todo, si no cambiamos los discos que han fallado el restante pasa a ser un punto único de fallo para todo el conjunto, y de esa manera si ese disco falla si se perderá la totalidad de los datos te tengamos almacenados.

Discos Duros y RAID  El RAID 10 a menudo es la mejor elección para el manejo de bases de datos de altas prestaciones, debido a que la ausencia de cálculos de paridad proporciona mayor velocidad de escritura.  RAID 01: Es usado para replicar y compartir datos entre varios discos proporcionando alto rendimiento y disponibilidad. El RAID 0+1 crea dos conjuntos RAID 0 y luego se crea un conjunto RAID 1 que duplique los anteriores. La ventaja de este nivel es que cuando un disco falla, los datos perdidos pueden ser copiados del otro conjunto de nivel 0. Esta configuración es menos segura que la RAID 10, ya que no tolera dos fallos simultáneos, de tal manera que cuando un disco falla la subdivisión restante pasa a ser un punto único de fallo para todo el conjunto.

Ilustración 22- Diagrama de configuración RAID 01

 RAID 30:

Es una división con conjunto de paridad delicados, esta configuración proporciona tasas de transferencia elevadas combinadas con una alta fiabilidad a cambio de un coste de implementación muy alto.

Discos Duros y RAID El RAID 30 permite que falle un disco de cada conjunto RAID 3. Hasta que estos discos que fallaron sean reemplazados, los otros discos de cada conjunto que sufrió el fallo son puntos únicos de fallo para el conjunto RAID 30 completo. En otras palabras, si alguno de ellos falla se perderán todos los datos del conjunto. El tiempo de recuperación necesario (detectar y responder al fallo del disco y reconstruir el conjunto sobre el disco nuevo) representa un periodo de vulnerabilidad para el RAID.

Ilustración 23- Diagrama de configuración RAID 30

 RAID 50:

Esta es una configuración conformada por bloques de RAID 5 y los distribuye formando una única RAID 0, tal y como podemos ver en la imagen.

Ilustración 24- Diagrama de configuración RAID 50

Discos Duros y RAID Con

una

RAID

50

podremos

disfrutar

de

la paridad

distribuida que ofrece una configuración RAID 5, pero también del buen nivel de rendimiento que caracteriza a una RAID 0. Gracias a dicha paridad un disco de cada conjunto RAID 5 puede fallar sin que nos expongamos a perder ningún dato. Con todo, si no sustituimos el disco que ha fallado los discos restantes de dicho conjunto se convierten en un punto único de fallo para todo el conjunto. Esto quiere decir que si falla otro disco dentro del mismo conjunto perderemos todos los datos. El tiempo necesario de recuperación (detectar y responder al fallo de disco y reconstruir el conjunto sobre el nuevo disco) representa un periodo de vulnerabilidad del conjunto RAID.

 RAID 100:

Es una división de conjuntos RAID 10 y la RAID 0, el RAID 100 es un RAID en el que conjuntos divididos son a su vez divididos conjuntamente de nuevo. Todos los discos menos uno podría fallar en cada RAID 1 sin perder datos. Sin embargo, el disco restante de un RAID 1 se convierte así en un punto único de fallo para el conjunto degradado. Los principales beneficios de un RAID 100 (y de los RAID cuadriculados en general) sobre un único nivel RAID son mejor rendimiento para lecturas aleatorias y la mitigación de los puntos calientes de riesgo en el conjunto. Por estas razones, el RAID 100 es a menudo la mejor elección para bases de datos muy grandes, donde el conjunto software subyacente limita la cantidad de discos físicos permitidos en cada conjunto estándar.

Discos Duros y RAID

Ilustración 25- Diagrama de configuración RAID 100

CONCLUSIONES

Discos Duros y RAID 

El disco magnético tiene un funcionamiento basado en conceptos físicos tales como inducción electromagnética y el uso de bobinas para producir campos

 

magnéticos a través de corriente eléctrica. Los discos magnéticos son memorias de almacenamiento no volátiles Actualmente un disco dura consta de 2 cabezas distintas para lectura y escritura, la cual genera procesos más eficientes y con menos errores, así como también se concluye que la organización de un disco duro condiciona la capacidad de



almacenamiento del mismo. El Disco Duro es uno de los componentes más importantes de nuestra computadora, no sólo porque en él se instala el sistema operativo y todas las aplicaciones que utilizamos a menudo, sino porque además allí almacenamos



todos nuestros archivos. La incorporación del interfaz SATA ha sido totalmente positiva para la informática de hoy en día, se ha hecho de una forma lenta, sin demasiadas



discriminaciones y sin necesidad de pagar un sobre coste por dicha tecnología. Existen diferentes niveles de RAID, los cuales presentan diferentes características, es por ello que debemos conocer cada uno de ellos para poder



aplicar el más adecuado para la situación dada. Dentro de los niveles RAID se estudiaron diferentes configuraciones RAID, las cuales nos brindan diversas funcionalidades para el manejo de discos duros en el computador, estas son de vital importancia debido a que se ajustan dependiendo a las necesidades que tengamos en tanto a capacidad, seguridad de datos, velocidad del manejo y ajustes de datos almacenados, entre otras facilidades.

Discos Duros y RAID

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS Castillo, J. (6 de Noviembre de 2018). ¿Qué es un disco duro y como funciona? Recuperado el 2 de Octubre de 2019, de Profesional Review: https://www.profesionalreview.com/2018/11/06/que-es-disco-duro-funciona/ Echedey. (30 de Noviembre de 2014). Organización de los discos duros. Recuperado el 2 de Octubre de 2019, de Blogspot: http://echedeylasso.blogspot.com/2014/11/organizacion-de-los-discosduros.html EcuRed Colaboradores. (5 de Agosto de 2019). Discos magneticos. Recuperado el 15 de Octubre de 2019, de EcuRed: https://www.ecured.cu/Discos_magnéticos Ros, I. (8 de Marzo de 2914). Guia: Las configuraciones RAID mas populares. Recuperado el 2019 de Octubre de 13, de MuyComputer: https://www.muycomputer.com/2014/03/08/guia-configuraciones-raid/ Schulz, G. (27 de Junio de 2007). Definición de los niveles de RAID. Recuperado el 2019 de Octubre de 12, de Search Data Center: https://searchdatacenter.techtarget.com/es/consejo/Definicion-de-los-niveles-deRAID Stallings, W. (2006). Organización y arquitectura de computadoras (Septima ed.). Madrid: Pearson Educacion. Tecnologia Informatica. (13 de Febereo de 2018). ¿Qué es RAID? Los niveles de RAID. Recuperado el 13 de Octubre de 2019, de Tecnologia Informatica: viewsource:https://tecnologia-informatica.com/que-es-raid-los-niveles-de-raid/ Velasco, J. (4 de Abril de 2015). ¿Para qué sirve la configuración RAID de los discos duros? Recuperado el 12 de Octubre de 2019, de Kewlona: https://www.kewlona.es/2015/04/configuracion-raid-discos-duros/ Wikipedia Colaboradores. (3 de Octubre de 2019). RAID. Recuperado el 13 de Octubre de 2019, de Wikipedia: https://es.wikipedia.org/wiki/RAID