RAID 5

RAID 5: A Beleza (e Perigo) da Paridade Distribuída

RAID 5 é um nível de RAID que busca um equilíbrio delicado: oferecer redundância de dados (como RAID 1) sem o custo proibitivo de espelhamento completo. Em outras palavras, queremos nos proteger contra a falha de um disco, mas sem ter que dobrar o número de discos no nosso sistema.

O Problema Real:

Imagine que você tem um servidor com dados importantes. Você quer proteger esses dados contra a falha de um disco. RAID 1 (espelhamento) resolve esse problema, mas dobra o custo do armazenamento. Para cada gigabyte de dados, você precisa de dois gigabytes de disco. E se você tiver 10 terabytes de dados? Precisaria de 20 terabytes! Isso pode ficar caro rapidamente.

RAID 5 entra em cena como uma alternativa. Ele oferece redundância com um overhead menor. Mas, como tudo na vida, existem trade-offs. E com RAID 5, esses trade-offs podem ser traiçoeiros.

O Modelo Mental: A Mágica do XOR

O coração do RAID 5 é uma operação matemática simples chamada XOR (OU Exclusivo). XOR é uma operação binária que retorna verdadeiro se exatamente um dos seus operandos for verdadeiro.

A grande sacada do XOR é que ele é reversível. Se você tem o resultado do XOR e um dos operandos, você pode descobrir o outro operando.

Exemplo: Se A XOR B = C, então A XOR C = B e B XOR C = A.

Como isso se aplica ao RAID 5? Imagine que temos três discos (A, B e P). A e B armazenam dados, e P armazena a paridade dos dados em A e B. A paridade é calculada como:

P = A XOR B

Se um dos discos (digamos, o disco A) falhar, podemos recuperar seus dados usando os discos B e P:

A = B XOR P

Essa é a mágica! Usando XOR, podemos reconstruir os dados perdidos sem precisar de uma cópia completa dos dados (como no RAID 1).

Por Baixo do Capô: Paridade Distribuída e Striping

RAID 5 usa paridade distribuída. Isso significa que o bloco de paridade (P no nosso exemplo) não está armazenado em um único disco dedicado. Em vez disso, ele é distribuído entre todos os discos no array.

A razão para isso é evitar um gargalo de escrita. Se tivéssemos um disco de paridade dedicado (como no RAID 4), toda escrita no array precisaria atualizar esse disco de paridade, tornando-o um ponto de contenção. Distribuindo a paridade, espalhamos a carga de escrita entre todos os discos.

Além da paridade distribuída, RAID 5 também usa striping. Isso significa que os dados são divididos em blocos (stripes) e distribuídos entre os discos. A paridade é calculada para cada stripe.

O Pesadelo da Escrita (Write Penalty)

Aqui é onde as coisas começam a ficar complicadas. RAID 5 sofre de um problema conhecido como write penalty. Isso significa que as escritas em um array RAID 5 são significativamente mais lentas do que as escritas em um único disco ou em um array RAID 0 (sem redundância).

A razão para a write penalty é o ciclo Read-Modify-Write. Para cada escrita, o RAID 5 precisa:

1. Ler o bloco de dados antigo.
2. Ler o bloco de paridade antigo.
3. Calcular a nova paridade (usando o dado antigo, o dado novo e a paridade antiga).
4. Escrever o novo bloco de dados.
5. Escrever o novo bloco de paridade.

Essencialmente, para escrever um único bloco de dados, precisamos realizar quatro operações de I/O (duas leituras e duas escritas). Isso é o que chamamos de write penalty. Em RAID 5, a write penalty é tipicamente 4x.

A write penalty torna o RAID 5 uma escolha ruim para aplicações com muitas escritas aleatórias, como bancos de dados OLTP (Online Transaction Processing).

Cenários de Falha e URE (Unrecoverable Read Error)

RAID 5 pode tolerar a falha de um único disco. Mas o que acontece se um segundo disco falhar antes que o primeiro disco seja reconstruído? Nesse caso, você perde todos os seus dados.

O processo de reconstrução (rebuild) de um array RAID 5 após a falha de um disco envolve a leitura de todos os dados restantes nos discos sobreviventes e o cálculo dos dados perdidos usando a paridade. Isso pode levar horas ou até dias, dependendo do tamanho do array e da velocidade dos discos.

Durante o processo de rebuild, o array está em um estado vulnerável. Se outro disco falhar durante esse período, você perde os dados. Mas existe um outro risco, ainda mais sutil: o Unrecoverable Read Error (URE).

URE é um erro de leitura que ocorre quando um disco não consegue ler um bloco de dados. Todos os discos modernos têm uma taxa de URE especificada pelo fabricante. Essa taxa indica a probabilidade de um erro de leitura ocorrer para uma certa quantidade de dados lidos.

Se um URE ocorrer durante o rebuild, o processo de reconstrução falhará e você perderá os dados. Em outras palavras, mesmo que você tenha apenas um disco falhando, um único erro de leitura em um dos discos restantes pode levar à perda de dados.

Essa é a principal razão pela qual o RAID 5 é considerado perigoso com discos de grande capacidade (10 TB ou mais).

Guia de Sobrevivência: Comandos e Práticas Recomendadas

Se você precisa usar RAID 5, aqui estão algumas dicas para mitigar os riscos:

• Use discos de alta qualidade: Discos de nível empresarial geralmente têm taxas de URE mais baixas.
• Monitore o array: Configure alertas para serem notificados imediatamente em caso de falha.
• Faça backups regulares: RAID não é um substituto para backups.

Comandos úteis do mdadm:

• Verificar a velocidade de rebuild:

  bash
  cat /proc/mdstat

  Este comando mostrará o progresso do rebuild e a velocidade estimada. Se o rebuild estiver muito lento, você pode aumentar a velocidade (com cautela):

  bash
  echo 100000 > /proc/sys/dev/raid/speed_limit_max

• Executar um scrub (verificação de consistência):

  bash
  echo check > /sys/block/md0/md/sync_action

  O scrub lê todos os blocos de dados no array e verifica sua consistência.

Conclusão:

RAID 5 é uma tecnologia poderosa, mas com riscos inerentes. Entender a matemática por trás dele (XOR), a penalidade de escrita e o risco de URE é crucial para tomar decisões informadas sobre seu uso. Em muitos casos, alternativas como RAID 6 ou RAID 10 podem ser mais adequadas, especialmente com a crescente capacidade dos discos modernos. Lembre-se: RAID não é um substituto para backups!