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SATA RAID

Autor: Laércio Vasconcelos
Data: 29/mai/2006

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Trecho extraído parcialmente do capítulo 14 do livro HARDWARE NA PRÁTICA

Discos SATA (Serial ATA) já são bastante comuns. Quem quer mais confiabilidade e/ou segurança já pode usar, até nas placas mãe mais simples vendidas atualmente, o recurso SATA RAID.

Serial ATA RAID

A tecnologia RAID (Redundant Array of Independent Disks) é usada há vários anos, em discos SCSI. Este tipo de disco e de tecnologia têm sido empregados em larga escala nos servidores. O principal objetivo do RAID é a redundância, ou seja, a informação é repetida em mais de um disco. Se um disco apresentar defeito físico, o sistema continua funcionando porque encontra a informação de “reserva” em outro ou outros discos. Este gerenciamento é feito pela própria interface de disco e seus drivers.

O chip controlador RAID faz com que os discos sejam tratados de forma diferente. Por exemplo, em RAID modo 1, a informação que o chip precisa gravar é enviada ao mesmo tempo para os dois discos. Dessa forma, os dados são sempre duplicados, os dois discos têm conteúdos idênticos.

hard-01Figura 1Chip controlador RAID e discos IDE. 

 

 

RAID com discos SCSI

Os primeiros sistemas RAID operavam exclusivamente com discos SCSI. Este tipo especial de disco é usado em servidores. A figura 2 mostra um servidor de rede com 27 discos SCSI operando em modo RAID.

hard-02Figura 2

Servidor com 27 discos SCSI operando em modo RAID.

 

 

 

Existem várias formas de ligar discos em RAID:

·         RAID 0
·         RAID 1
·         RAID 0+1
·         RAID 2
·         RAID 3
·         RAID 4
·         RAID 5
·         RAID 53

RAID com discos IDE

Entre 2000 e 2003 as placas de CPU mais avançadas tinham 4 interfaces IDE. As duas primeiras eram interfaces normais, e faziam parte da ponte sul do chipset. As interfaces IDE3 e IDE4 eram ligadas a um chip controlador RAID IDE. Esta interface IDE adicional podia operar de duas formas diferentes:

a) Modo ATA: Operavam como duas interfaces IDE normais. Cada uma suportava até dois discos: Master e Slave.

b) Modo RAID: Cada uma operava com um disco MASTER. A dupla de discos operava em RAID modo 0 ou modo 1.

hard-03Figura 3

Placa mãe com 4 interfaces IDE.

 

 

 

 

A PROMISE é um fabricante de chips controladores de disco SCSI, capazes de operar em modo RAID. Passou a produzir também controladores IDE RAID. A maioria das placas com interfaces IDE RAID utilizavam chips da PROMISE. Placas de CPU com 4 interfaces IDE eram mais caras, devido à necessidade do chip controlador RAID adicional. Essas placas permitiam conectar ao todo 8 discos IDE (com o chip PROMISE operando em modo ATA) ou 4 discos IDE nas interfaces IDE1 e IDE2 e mais dois (um na IDE3 o outro na IDE4), operando em RAID 0 ou RAID 1.

Essas placas tinham normalmente um jumper ou um comando no CMOS SETUP para selecionar se as interfaces IDE3 e IDE4 irão operar em modo ATA ou em modo RAID. Tinham ainda um SETUP RAID e eram acompanhadas de um disquete com os drivers para utilizar RAID sob o Windows. O mesmo princípio se aplica às interfaces RAID atuais.

004Figura 4

Detalhe das interfaces IDE3 e IDE4 e o chip controlador RAID IDE, da PROMISE.

 

 

 

As placas de CPU atuais não apresentam mais interfaces IDE RAID. Entretanto, operam com SATA RAID. Ainda assim, se você precisar usar discos IDE em modo RAID, existe a opção de comprar uma controladora RAID IDE PCI. Esta controladora normalmente permite ligar dois discos IDE em modo RAID 0 ou 1, ou então ligar 4 discos IDE sem RAID (Master/Slave em cada interface). Se você ainda não comprou os discos, é melhor optar pelo padrão SATA RAID, ao invés de IDE RAID, devido ao maior desempenho.

hard-05Figura 5Controladora RAID IDE. 

 

As placas de CPU modernas oferecem RAID apenas nas suas interfaces Serial ATA. Note entretanto que nem todas as placas de CPU que possuem SATA são capazes de operar em modo RAID. Se você quer usar RAID com discos SATA, deve procurar uma placa mãe que ofereça o recurso SATA RAID.

hard-06Figura 6

Controladora SATA RAID ligado a dois discos SATA.

 

 

 

Os diversos modos RAID se aplicam a qualquer tipo de disco. Apenas é preciso ter a interface apropriada:

SCSI RAID: É preciso ter uma interface controladora SCSI capaz de operar em modo RAID. Usada normalmente em servidores.

IDE RAID: É preciso ter uma placa mãe com chip controlador IDE RAID, ou então usar uma placa de interface IDE RAID.

SATA RAID: É preciso ter uma placa mãe com interfaces Serial ATA capazes de operar em modo RAID, ou então instalar uma placa controladora SATA RAID.

RAID modo 0

O RAID modo 0 (stripe) tem como objetivo aumentar o desempenho. Por exemplo, dois discos de 120 GB ligados em RAID 0 são vistos pelo sistema operacional como um único disco de 240 GB, com o dobro da velocidade. Isto é possível porque o chip controlador RAID “engana” o sistema, fingindo que controla um disco maior.

Ao receber ordem para fazer uma gravação, o chip envia a metade dos dados para um disco, e a outra metade para o outro disco, simultaneamente. Assim faz a gravação na metade do tempo, ou seja, dobra o desempenho (figura 7).

hard-07Figura 7

Operação do RAID modo 0.

Dos dados gravados, metade vai para cada disco.

 

RAID modo 1

No RAID modo 1 (mirror, ou espelhamento) a informação é gravada simultaneamente em dois discos. O controlador RAID “finge” que controla um só disco, mas na verdade controla dois iguais. Usando, por exemplo, dois discos de 120 GB em RAID 1, o sistema operacional “enxergará” um único disco de 120 GB, sem alteração de velocidade. A vantagem é que na verdade existem dois iguais, então se um disco apresentar defeito físico, o segundo disco estará com as informações intactas.

RAID 1 não aumenta o desempenho nem a capacidade, e sim, a confiabilidade.

hard-08Figura 8

Operação do RAID modo 1.

 

 

 

Normalmente, ao operar com RAID, usamos discos iguais. Não que isto seja obrigatório, mas não vale a pena usar discos diferentes. Se os discos forem de capacidades diferentes, o controlador RAID irá usar no maior, apenas a capacidade equivalente à do menor. Se usarmos por exemplo um HD de 120 GB e outro de 160 GB, ambos serão considerados como de 120 GB. Se os discos tiverem diferentes velocidades, o controlador RAID precisará esperar até que o disco mais lento termine seu acesso. Portanto o sistema RAID sempre nivela “por baixo”. Por isso normalmente usamos discos idênticos.

SATA sem RAID

Se você quer simplesmente usar discos SATA, mas sem operar em modo RAID, a instalação é bastante simples:

a) Em placas que não oferecem o recurso RAID, as interfaces SATA funcionam automaticamente. A numeração que essas interfaces recebem no CMOS Setup varia de acordo com a placa. Por exemplo, se existem duas interfaces IDE, elas podem ser chamadas de IDE1 e IDE2, enquanto as interfaces SATA podem aparecer como IDE3 e IDE4. Note que nessas interfaces não existe SLAVE. Uma interface SATA pode controlar um só disco, e ele é visto como MASTER.

b) Em placas que oferecem o recurso RAID, procure no CMOS Setup o comando RAID BIOS e desabilite-o. Isto fará com que as interfaces SATA operem sem RAID. Você poderá então usar os discos normalmente.

c) Quando um disco SATA opera sem RAID, é reconhecido pelo DOS e pelo Windows 98/ME. Mas no Windows 2000/XP, você pode ter uma mensagem de “não existe disco rígido presente neste computador” durante a instalação. Nesse caso é preciso instalar o driver SATA RAID no início da instalação do Windows, como mostraremos adiante.

d) Os procedimentos para instalação de discos SATA, com ou sem RAID, não são totalmente padronizados. Consulte as instruções no manual da sua placa mãe para tirar qualquer dúvida.

Drivers para SATA RAID

Uma placa mãe com SATA RAID oferece normalmente três tipos de drivers para utilizar este recurso. Cada um deve ser usado em uma situação específica:

a) RAID BIOS
Para que o DOS e o Windows 98/ME “enxerguem” discos em modo RAID. Para isso, habilite a opção RAID BIOS no Setup. Durante o processo de boot, será apresentada uma mensagem para que o usuário pressione uma tecla (por exemplo, TAB) para entrar no RAID SETUP. O usuário poderá então configurar os discos para operar em RAID. Ao inicializar o sistema, poderemos particionar e formatar normalmente o disco RAID resultante, usando os programas FDISK e FORMAT.

b) Driver para ser usado durante a instalação do Windows XP/2000
Não adianta ter o RAID BIOS funcionando para quem vai instalar o Windows XP/2000. Esses sistemas precisam de seus próprios drivers. No início do processo de instalação, aparece na parte inferior da tela a mensagem “Pressione F6 para instalar drivers de SCSI e RAID de terceiros”. Será preciso então, colocar um disquete com os drivers de SATA RAID. É preciso copiar este driver do CD-ROM da placa mãe para um disquete, e usá-lo durante a instalação do Windows XP/2000. Muitas placas já são fornecidas com este disquete pronto, mas caso a sua não seja, consulte o seu manual para ter instruções sobre a geração desse disquete.

c) Driver para ser usado depois que o Windows XP/2000 está instalado
Este método é usado quando já temos um disco rígido funcionando (não RAID) e resolvemos adicionar mais discos para operar em modo RAID. O driver é encontrado no CD-ROM da placa mãe.

Exemplo: RAID na placa ABIT KV8-Pro

Mostraremos agora o exemplo da criação de um ARRAY, na placa mãe ABIT KV8-Pro. O controlador RAID desta placa está dentro do chip VIA 8237, bastante comum em diversos outros modelos de placa.

A figura 9 mostra a placa ABIT KV8 Pro. Ao lado vemos o detalhe dos dois conectores SATA e o chip VIA VT8237, que é a ponte sul deste chipset, onde ficam as interfaces RAID.

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hard-010Figura 9
Placa KV8-Pro e os conectores de suas interfaces SATA.

A configuração através do RAID BIOS (que deve estar habilitado no CMOS Setup) é necessária para criar um conjunto de discos RAID que funcione sob o Windows 98/ME e no MS-DOS. Para usar sob o Windows XP/2000, o RAID BIOS não é necessário, mas é recomendável que fique habilitado. Executamos o SETUP do RAID BIOS pressionando uma tecla (ex: TAB) durante o boot.

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Figura 10 – Exemplo de SETUP para RAID BIOS.

De um modo geral, a criação de um array é feita da seguinte forma:

1) Usamos o comando Create Array.
2) Indicamos os discos a serem usados.
3) Indicamos o tipo de array a ser criado (normalmente RAID 0 ou RAID 1).
4) Efetivamos a criação.

Ao efetivarmos a criação do array, uma mensagem de confirmação é apresentada, já que os dados existentes nos discos originais serão perdidos.

Usamos então, no RAID BIOS SETUP, o comando Create Array. A tela seguinte (figura 11) permite escolher os discos a serem usados e o tipo de array a ser criado. Note que a seleção atual é RAID 1, mas podemos escolher também RAID 0. Comecemos escolhendo os discos a serem usados.

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Figura 11 – Tela para criação de array.

Usamos o comando SELECT DISK DRIVES. Marcamos então os dois discos na tabela. Ambos passam agora a ser indicados com o sinal [*] (figura 12). Note que por enquanto a configuração selecionada é RAID 1, então os discos são marcados como Source e Mirror (origem e espelho). Se quisermos criar o array no modo RAID 1, basta usar agora o comando Start Create Proccess.

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Figura 12 – Marcamos os discos a serem usados no array.

O programa está preparado para criar RAID 1. Vamos alterar para RAID 0 (nossos dois discos de 80 GB serão vistos como um só disco de 160 GB, com o dobro do desempenho). Selecionamos então o segundo item do menu e pressionamos ENTER. Será aberto um menu onde podemos escolher a opção RAID 0 for performance (figura 13).

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Figura 13 – Alterando para RAID 0.

Depois de selecionados os discos e o tipo de array (RAID 0), usamos o comando Start Create Process. O programa avisa que os dados em ambos os discos serão apagados, e devemos teclar “Y” para confirmar. Note que isso normalmente ocorre quando fazemos RAID 0. Os dados existentes nos discos originais normalmente não são preservados, logo o disco resultante estará vazio.

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Figura 14 – Efetivando a criação do array.

O array foi criado com sucesso em modo 0. O disco resultante terá exatamente 74.53 GB x2 = 149.06 GB. Pressionamos ESC para sair do SATA RAID BIOS e reiniciar o computador.

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Figura 15 – Array criado com sucesso.

Preservando dados em RAID 1

Quando criamos um array em modo 1, os dados existentes em ambos os discos a princípio serão apagados. Entretanto, normalmente o RAID BIOS pergunta se desejamos preservar os dados no disco original (Source). Se respondermos que sim, se iniciará um processo de duplicação do disco, que demorará vários minutos, dependendo da capacidade do disco. Esta opção é útil quando já temos um único disco funcionando e queremos adicionar outro igual como “espelho”, formando RAID 1. Se quiser criar RAID 1 preservando dados de um disco original, não esqueça de indicá-lo (o disco com os dados a serem preservados/espelhados) como source.

Infelizmente esta opção de manter os dados do disco original normalmente não é oferecida quando temos RAID 0. Os dados do disco original não seriam simplesmente copiados para o segundo disco, e sim, divididos ao meio, e cada metade seria gravada em um disco. Seria preciso, além de gravar dados no segundo disco, remanejar todos os dados do primeiro disco. Como é uma operação bastante complexa, normalmente não é oferecida pelas controladoras RAID e pelos seus programas de configuração. Portanto se quisermos criar RAID 0, o disco resultante estará vazio.

Quando usar o RAID BIOS

Mostramos então um exemplo bem típico de uso de RAID BIOS. As placas de CPU atuais oferecem apenas SATA RAID BIOS, mas placas um pouco mais antigas, ou controladoras RAID PCI podem oferecer IDE RAID BIOS. Os comandos de configuração são idênticos para discos SATA e para discos IDE.

O uso do RAID BIOS é obrigatório quando o disco resultante será usado como disco de boot, não importa qual será o sistema operacional usado.

O uso do RAID BIOS é opcional quando o disco resultante não será usado como disco de boot. Nesse caso, será preciso usar drivers no Windows, para que o disco resultante seja reconhecido após o Windows ser iniciado.

Não importa qual seja o caso, você sempre poderá ativar o RAID BIOS, mesmo que o Windows possua seus próprios drivers para acessar os discos RAID.

Como o Windows 98/ME “enxerga” o RAID

Discos criados com o RAID BIOS são automaticamente “enxergados” pelo Windows 98/ME, e também pelos programas FDISK e FORMAT, sejam eles discos de boot ou não.

Uma vez criado um array com o RAID BIOS, o Windows 98/ME pode operar sem drivers específicos. Esses sistemas não tomarão conhecimento de que aquele “disco” na verdade é um RAID. Entretanto é recomendável instalar os drivers de RAID fornecidos com o CD da placa mãe ou da controladora RAID. Com esta instalação teremos programas de controle para usar dentro do Windows.

Ao instalarmos um driver RAID para Windows, o controle dos discos passará a ser feito por este driver, sob o Windows, e não mais pelo RAID BIOS (o RAID BIOS irá operar apenas para fazer o boot). Em geral os drivers de RAID que operam sob o Windows oferecem maior desempenho que o oferecido pelo SATA RAID BIOS.

Portanto, para quem vai usar o Windows 98/ME, recomendamos o seguinte procedimento:

1) Ative o RAID BIOS. Para discos RAID que serão usados para boot, esta ativação é obrigatória. Para discos RAID que não irão fazer boot, esta ativação é opcional, entretanto você sempre poderá fazê-la.

2) Instale o driver de RAID para operar sob o Windows, que possivelmente apresentará melhor desempenho.

Como o Windows XP/2000 “enxerga” o RAID

Esses sistemas não usam o RAID BIOS para acessar os discos RAID. Precisam usar seus próprios drivers. Portanto a instalação dos drivers RAID para esses sistemas é obrigatória quando usamos discos RAID.

O RAID BIOS é obrigatório, em qualquer caso, para discos que serão usados como boot, independentemente do sistema operacional usado.

O Windows 2000 e o Windows XP, apesar de precisarem do RAID BIOS ativado em discos que fazem boot, utilizam este BIOS apenas para o início do processo de boot. Para prosseguir com o boot e para acessarem normalmente discos RAID, é preciso que sejam instalados os drivers de RAID, no início da instalação do Windows, como mostraremos a seguir.

Instalando o Windows XP/2000 com discos RAID

Para instalar o Windows XP ou 2000 com discos RAID, faça o seguinte:

1) Instale os discos e use o RAID BIOS para criar o array (RAID 0 ou RAID 1).

2) Inicie o programa de instalação do Windows, fazendo o boot com o seu CD de instalação.

3) Quando o instalador começa a carregar, observe na parte inferior da tela, a mensagem “Pressione F6 se precisar instalar um driver SCSI ou RAID de terceiros”. Pressione F6 e aguarde alguns instantes.

4) O programa de instalação pedirá que você coloque um disquete contendo os drivers para RAID. Os drivers serão lidos do disquete e instalados. O instalador do Windows passará então a “enxergar” os discos RAID, usando esses drivers, e não mais o RAID BIOS.

5) A partir daí a instalação prosseguirá normalmente.

Terminada a instalação do Windows, não será necessário instalar drivers para RAID, pois isto já terá sido feito no início da instalação do Windows. Entretanto, devemos fazer esta instalação novamente com o Windows instalado pois, em geral, são instalados junto com os drivers nesta ocasião, utilitários de controle RAID. Com eles poderemos gerenciar o array sob o Windows, ao invés de usar o BIOS RAID. Ainda assim, o BIOS RAID deve ficar habilitado quando os discos RAID são usados para boot.

Ao carregar o CD de instalação do Windows XP ou 2000, observe logo no início do processo, a mensagem na parte inferior da tela (figura 16):

Pressione F6 se precisar instalar um driver SCSI ou RAID de terceiros…

Pressione então F6 e agurade alguns instantes. O programa de instalação do Windows apresentará a tela da figura 17. Devemos pressionar “E” para fornecer o RAID Driver em um disquete. Este disquete pode acompanhar a placa mãe ou a controladora RAID instalada. Em muitos casos é preciso ler o CD da placa mãe em outro computador e copiar para um disquete os drivers de RAID.

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Figura 16 – Pressione F6.

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Figura 17 – Pressione E para usar os drivers RAID existentes no disquete.

Devemos então inserir o disquete no qual estão os drivers para RAID e pressionar ENTER.

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Figura 18 – Coloque o disquete com os drivers RAID.

Os disquetes de RAID drivers fornecidos pelo fabricante normalmente possuem drivers para vários modelos de controladoras RAID. Devemos selecionar o nosso modelo na lista e teclar ENTER. No caso (figura 19), usamos:

VIA Serial ATA RAID Controller for Windows XP.

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Figura 19 – Indique o tipo de driver a ser instalado: controlador e sistema operacional.

O driver será lido do disquete e será indicado na tela seguinte. O instalador avisa que será instalado o driver da VIA Serial ATA RAID Controller for Windows XP. Não queremos mais especificar drivers adicionais, então pressionamos ENTER para continuar. A instalação do Windows prossegue normalmente.

Vemos na figura 20 que foi identificado um disco com cerca de 150 GB. Este é na verdade o disco RAID 0, formado por dois HDs de 75 GB. O array RAID 0 foi previamente criado usando o SATA RAID BIOS, e agora passou a ser reconhecido também pelo Windows XP devido à instalação do SATA RAID DRIVER do disquete utilizado.

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Figura 20 – O array de dois discos (RAID 0) é agora indicado como um único disco de 153 GB.

Para instalar um só disco

A sua placa mãe pode ter interfaces SATA RAID, mas você pode optar por não usar o RAID, instalando um só disco SATA, ou mesmo instalando dois, porém sem usar RAID. Para isso, procure no CMOS Setup a opção “SATA RAID BIOS” e desabilite-a. Isto fará com que as interfaces SATA sejam tratadas em modo “não RAID”. Os discos serão vistos como dois discos IDE ou SATA normais, reconhecidos pelos programas FDISK, FORMAT, pelo Windows 98/ME e pelo Windows 2000/XP, sem a necessidade de instalação de drivers. Nesse caso não é preciso fornecer drivers adicionais durante a instalação do Windows XP.

Mesmo com o SATA RAID BIOS habilitado, os discos podem operar em modo “não RAID”. Basta ir ao RAID BIOS SETUP e configurar os discos no modo “HDD” (ou usar o comando Delete Array).

Existem placas em que, mesmo quando instalamos um só disco, o RAID BIOS continua habilitado (não existe comando para desabilitá-lo no Setup). O FDISK, o FORMAT e o Windows 98/ME reconhecem automaticamente o disco, mas durante a instalação do Windows XP/2000 pode ser apresentada uma mensagem dizendo que “não existe disco rigido instalado neste computador”. Se isto ocorrer, use o método explicado, pressionando F6 durante a instalação e usando o disquete com o driver RAID. Este driver permitirá o funcionamento do disco rígido, mesmo em modo “não RAID”.

RAID sem boot no Windows XP

Quando o Windows XP/2000 já está funcionando com um disco normal (IDE ou SATA), sem RAID, e queremos adicionar discos RAID, não precisamos necessariamente usar o SATA RAID BIOS. Podemos deixá-lo desabilitado, mas se o habilitarmos não há problema algum. Ainda assim, é preciso instalar o driver SATA RAID existente no CD que acompanha a placa mãe.

Observe, no Gerenciador de dispositivos (figura 21), o item “Controlador RAID”, que está sem driver. É preciso instalar o driver existente no CD da placa mãe, para operar com discos em modo RAID.

Instale então os drivers para SATA RAID, encontrados no CD-ROM que acompanha a placa mãe. Serão instalados não apenas os drivers, mas um utilitário de controle para criar e gerenciar discos RAID, similar ao RAID BIOS, mas que opera sob o Windows.

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Figura 21 – É preciso instalar os drivers do controlador RAID.

hard-011Figura 22

Use o CD da placa mãe para instalar os drivers para SATA RAID.

 

 

 

Depois de instalados os drivers para RAID, a controladora RAID aparecerá no Gerenciador de dispositivos na seção “Controladores SCSI e RAID”. Note que constam ainda as interfaces IDE normais, indicadas como “Canal IDE primário” e “Canal IDE secundário”.

O utilitário de configuração RAID sob o Windows tem seu visual diferente, dependendo do fornecedor da controladora. O exemplo da figura 24 é o fornecido pela VIA, tradicional fabricante de chipsets. Muitas placas de CPU possuem portanto controladoras RAID da VIA.

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Figura 23 – Interfaces RAID aparecem no gerenciador de dispositivos na seção “Controladores SCSI e RAID”.

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Figura 24 – Utilitário de controle RAID da Via Technologies.

O programa mostra que existem dois discos instalados. Para criar o array, basta clicar nos ícones indicados como “1” e “0” (RAID 1 e RAID 0). É preciso reiniciar o computador.

Nosso computador já tinha um disco IDE de 160 GB funcionando normalmente. Configuramos então mais dois discos SATA de 80 GB cada, operando em RAID modo 0. O disco RAID resultante será de 160 GB. Na figura 25, o Gerenciamento de disco do Windows XP mostra o disco RAID (indicado como “DISCO 1”). Uma vez criado o disco RAID, seu uso é normal, como outro disco qualquer. Fazemos o seu particionamento e formatação (capítulo 13), e gravamos dados normalmente.

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Figura 25 – DISCO 1 = RAID, já criado. Agora basta particionar, formatar e usar normalmente.