RAID so với JBOD: Lựa chọn lưu trữ tối ưu cho việc sao lưu máy ảo

Khi cấu hình bộ nhớ trên các máy chủ cục bộ hoặc thiết bị lưu trữ kết nối mạng (NAS), RAID và JBOD là hai tùy chọn phổ biến. Cả hai đều liên quan đến việc kết hợp nhiều ổ đĩa thành một khối lưu trữ duy nhất, nhưng chúng có sự khác biệt đáng kể về cách phân phối, bảo vệ và truy cập dữ liệu. Việc lựa chọn cấu hình không phù hợp có thể dẫn đến suy giảm hiệu suất hoặc mất dữ liệu. Bài viết này trình bày những điểm khác biệt giữa JBOD và RAID, đồng thời xác định các loại bộ nhớ tối ưu cho việc sao lưu và kho dữ liệu máy ảo (VM).

NAKIVO cho sao lưu VMware vSphere

Bảo vệ dữ liệu toàn diện cho các máy ảo VMware vSphere cùng các tùy chọn khôi phục tức thì. Các đích sao lưu an toàn tại chỗ, ngoài cơ sở và trên đám mây. Các tính năng chống ransomware.

Khám phá giải pháp

RAID so với JBOD: Những điểm khác biệt cốt lõi

RAID (Redundant Array of Independent Disks) kết hợp nhiều ổ đĩa vật lý thành một đơn vị logic duy nhất nhằm nâng cao hiệu suất, đảm bảo tính dự phòng hoặc cả hai. Các cấp độ RAID khác nhau mang lại những sự cân bằng khác nhau giữa tốc độ và khả năng bảo vệ dữ liệu, phù hợp với các tình huống khác nhau.

RAID 0 (Striping) kết hợp các ổ đĩa để nâng cao hiệu suất. Dữ liệu được chia thành các khối nhỏ, phân tán trên các ổ đĩa và được truy cập song song, từ đó tăng tốc độ đọc và ghi. Không có tính dự phòng — nếu một ổ đĩa bị hỏng, toàn bộ dữ liệu sẽ bị mất. Cần ít nhất hai ổ đĩa để thiết lập RAID 0.

RAID 1 (Mirroring) là mức RAID đáng tin cậy với tính dự phòng 100%. Dữ liệu được sao chép trên hai ổ đĩa; cấu hình này cung cấp khả năng bảo vệ dữ liệu cao, nhưng dung lượng lưu trữ bị giảm một nửa (ví dụ: nếu sử dụng hai ổ đĩa 10 TB trong RAID 1, dung lượng có thể sử dụng là 10 TB). Cần ít nhất hai ổ đĩa để thiết lập RAID 1.

RAID 10 (1+0) kết hợp hiệu suất cao với độ dự phòng 100%. Các cặp ổ đĩa được sao chép (1) được ghép dải (0) với nhau, khiến cấp độ này rất phù hợp cho máy chủ. RAID 10 yêu cầu ít nhất 4 ổ đĩa. Mảng được xây dựng theo thứ tự sau:

RAID 1 tạo bản sao → RAID 0 phân chia các bản sao.

RAID 5 (Phân chia + Parity) cân bằng giữa hiệu suất, dung lượng và khả năng dự phòng. Dữ liệu được phân chia trên nhiều ổ đĩa cùng với thông tin parity, có thể được sử dụng để khôi phục dữ liệu và xây dựng lại mảng. Cấu hình này được thiết kế để chịu được sự cố hỏng một đĩa nhờ cơ chế parity phân tán — tương đương một đĩa parity cho RAID 5 và hai đĩa cho RAID 6. RAID 5 yêu cầu ít nhất 3 đĩa.

RAID 6 tương tự RAID 5 nhưng sử dụng parity kép, cho phép mảng lý thuyết có thể chịu được sự cố hỏng hai đĩa. RAID 6 yêu cầu ít nhất 4 ổ đĩa.

JBOD (Just a Bunch of Disks) không phải là một cấp độ RAID. Thuật ngữ này mô tả cấu hình trong đó nhiều ổ đĩa hoạt động độc lập hoặc được kết hợp mà không có logic RAID hay tính dự phòng.

Có hai dạng JBOD:

1. Ổ đĩa độc lập (JBOD thực sự): Mỗi ổ đĩa xuất hiện riêng biệt. Ví dụ, JBOD với ba ổ đĩa trông như sau:
1. Ổ đĩa 1 (2 TB)
2. Ổ đĩa 2 (4 TB)
3. Ổ đĩa 3 (1 TB)
2. Kết hợp/liên kết : Nhiều ổ đĩa được hợp nhất thành một khối logic lớn (còn gọi là kết hợp ổ đĩa, chế độ tuyến tính hoặc liên kết). Trong trường hợp này, bộ ổ đĩa gồm 2 TB + 4 TB + 1 TB sẽ xuất hiện dưới dạng một khối duy nhất có dung lượng 7 TB. Các tệp trên một khối lượng JBOD nối tiếp sẽ lấp đầy đĩa đầu tiên và sau đó tràn sang đĩa tiếp theo. Do việc ghi dữ liệu theo kiểu nối tiếp diễn ra theo thứ tự tuần tự, các tệp mới sẽ cố gắng lấp đầy khối địa chỉ logic có sẵn thấp nhất.

Hành vi tuần tự này hoạt động trơn tru trên lý thuyết, khi các tệp lấp đầy một đĩa trước khi hệ thống chuyển sang đĩa tiếp theo. Trên thực tế, các tệp liên tục được tạo, sửa đổi và xóa, đặc biệt là trên các máy chủ và hệ thống có tải nặng. Do đó, dữ liệu hiếm khi được giới hạn gọn gàng trong một đĩa duy nhất trong cấu hình JBOD nối tiếp.

Khi một tệp bị xóa, các khối tương ứng sẽ được đánh dấu là trống trong hệ thống tệp. Việc xóa này tạo ra các khoảng trống giữa các tệp còn lại. Các thao tác ghi mới sau đó có thể bị phân mảnh, với các khối của chúng rải rác trên nhiều đĩa của khối lượng JBOD nối tiếp. Nếu một đĩa trong khối JBOD bị hỏng, bất kỳ tệp nào có các khối trên đĩa đó sẽ bị mất — ngay cả khi các phần còn lại nằm trên các đĩa hoạt động bình thường.

Khi ghi một tệp mới có kích thước lớn, phần đầu tiên có thể lấp đầy một khoảng trống trên Đĩa 1, trong khi các phần còn lại có thể được chia nhỏ trên các khoảng trống liên tiếp trên Đĩa 2 và Đĩa 3. Dữ liệu bị phân mảnh cả về mặt logic (trong hệ thống tệp NTFS) và có thể cả về mặt vật lý (trên nhiều đĩa). Các tệp mới nhỏ hơn có thể chỉ đơn giản lấp đầy khoảng trống do việc xóa tệp để lại trên một trong các đĩa hiện có.

Lưu ý: JBOD, LVM và các khối lượng NTFS mở rộng (spanned) đều tạo ra một khối lượng lớn duy nhất trải dài trên nhiều đĩa, nhưng chúng khác nhau về lớp trừu tượng, tính linh hoạt, phạm vi sự cố và khả năng quản lý. LVM, được sử dụng trong các hệ thống dựa trên Linux, cung cấp một phương pháp tiên tiến, động và linh hoạt hơn. JBOD hoạt động ở lớp hệ thống tệp (ví dụ: NTFS), trong khi LVM giới thiệu một lớp quản lý khối lượng nằm giữa các đĩa vật lý và hệ thống tệp. Điều này cho phép LVM hỗ trợ thay đổi kích thước khối lượng động, ghi không tuần tự và RAID 1 phần mềm (gương đĩa).

Quá trình chống phân mảnh, được hỗ trợ bởi NTFS, có thể giảm thiểu tình trạng phân mảnh và tăng khả năng khôi phục tệp từ các đĩa còn hoạt động trong khối lượng JBOD nếu một đĩa bị hỏng sau khi quá trình chống phân mảnh hoàn tất. Tuy nhiên, quá trình chống phân mảnh gây tải nặng lên tất cả các đĩa và mất nhiều thời gian trên các khối lượng lớn. Nếu một đĩa bị hỏng trong quá trình chống phân mảnh, tệp có thể bị mất hoặc toàn bộ khối lượng có thể bị hỏng.

Lưu ý: Quá trình chống phân mảnh áp dụng cho các ổ đĩa cứng (HDD) nhưng không áp dụng cho các ổ đĩa thể rắn (SSD).

Các điểm khác biệt chính giữa JBOD và RAID là:

• RAID được thiết kế để đảm bảo tính dự phòng, hiệu suất hoặc cả hai. Việc thiết lập phức tạp hơn và yêu cầu về phần cứng cũng cao hơn. Nếu một đĩa cứng bị hỏng, RAID cần thời gian để xây dựng lại mảng đĩa.
• JBOD cung cấp dung lượng sử dụng tối đa và hỗ trợ kết hợp các ổ đĩa có dung lượng khác nhau thành một khối lưu trữ duy nhất. Việc thiết lập đơn giản, nhưng không có tính dự phòng hay khả năng chịu lỗi.

Khi so sánh RAID với JBOD, sự tương đồng gần nhất là giữa RAID 0 và JBOD dạng spanning, vì cả hai đều không cung cấp tính dự phòng. Trong bài viết này, “JBOD” đều đề cập đến dạng spanning/concatenation trừ khi có ghi chú khác.

So sánh hiệu suất sao lưu và khôi phục

JBOD không cải thiện hiệu suất, bất kể được sử dụng như thế nào. Chỉ RAID mới có thể tăng tốc độ.

Trong cấu hình spanning JBOD , dữ liệu sẽ lấp đầy một đĩa trước khi ghi sang đĩa tiếp theo:

• Một tệp được lưu trữ hoàn toàn trên Đĩa 1 sẽ đọc và ghi với tốc độ gốc của Đĩa 1.
• Một tệp trải dài trên nhiều đĩa sẽ bị giới hạn bởi đĩa chậm nhất. Thời gian tìm kiếm giữa các đĩa tăng lên và độ trễ cao hơn có thể khiến JBOD chậm hơn so với một đĩa độc lập.

JBOD cung cấp dung lượng tối đa mà không mang lại bất kỳ lợi ích nào về hiệu suất, song song hay phân chia dữ liệu.

Hiệu suất RAID phụ thuộc vào cấp độ RAID (loại) được cấu hình.

RAID 0 (Phân chia dữ liệu) cung cấp hiệu suất nhanh nhất vì dữ liệu được chia đều trên nhiều đĩa và truy cập song song. Ví dụ, với hai ổ đĩa trong RAID 0, tốc độ đọc và ghi tuần tự có thể đạt tới 2 lần tốc độ của một ổ đĩa đơn. Nếu sử dụng hai ổ cứng 200 MB/s, JBOD cung cấp tốc độ tối đa 200 MB/s, trong khi RAID 0 có thể đạt tới 400 MB/s.

RAID 1 (Gương) lưu trữ dữ liệu giống hệt nhau trên hai ổ đĩa. Các thao tác đọc thường nhanh hơn — bộ điều khiển có thể đọc từ bất kỳ ổ đĩa nào và đạt tốc độ gấp 2 lần tốc độ của một ổ đĩa đơn trong các triển khai tốt. Tốc độ ghi tương đương với một ổ đĩa đơn, vì mỗi lần ghi phải được thực hiện trên cả hai ổ đĩa.

RAID 10 (Gương dải) kết hợp RAID 1 và RAID 0, mang lại hiệu suất thao tác đầu vào/đầu ra mỗi giây (IOPS) xuất sắc.

• Đọc: Lên đến N × tốc độ đĩa.
• Ghi: Thường khoảng ½ hiệu suất của RAID 0 (nhưng vẫn nhanh hơn đáng kể so với một đĩa đơn).

RAID 10 cung cấp sự kết hợp tốt nhất giữa hiệu suất và tính dự phòng trong các cấp độ RAID và vượt trội hơn JBOD trên tất cả các chỉ số hiệu suất.

RAID 5 (Phân dải + Parity đơn) yêu cầu ba đĩa trở lên. Hiệu suất đọc và ghi khác nhau:

• Đọc: Nhanh, dù không nhanh bằng RAID 0 (độ song song tương đương với N–1 đĩa).
• Ghi: Chậm hơn do phải tính toán parity và “mức giảm hiệu suất khi ghi”.

Tốc độ ghi trên RAID 5 thường chỉ bằng khoảng một nửa so với RAID 0 khi có cùng số lượng đĩa.

RAID 5 vượt trội hơn JBOD trong các tác vụ chủ yếu là đọc, nhưng các tác vụ chủ yếu là ghi có thể chậm hơn RAID 0 và, trong một số trường hợp, chậm hơn JBOD một chút.

RAID 6 (Dual Parity) hoạt động tương tự như RAID 5 nhưng có mức phạt ghi cao hơn nữa:

• Đọc: Tương đương với RAID 5.
• Ghi: Thường là chậm nhất trong các cấp độ RAID phổ biến.

Hiệu suất đọc vẫn vượt trội so với JBOD, mặc dù hiệu suất ghi có thể thấp hơn.

Tóm lại :

• RAID 0 cung cấp hiệu suất thô cao nhất.
• RAID 10 mang lại sự cân bằng tốt nhất giữa hiệu suất và độ tin cậy.
• JBOD phù hợp cho các khối lưu trữ lớn nơi tốc độ và tính dự phòng không phải là ưu tiên.

Hãy lưu ý các đặc điểm này khi chọn RAID hoặc JBOD làm nguồn hoặc đích lưu trữ cho các hoạt động sao lưu và khôi phục.

Lưu ý: Tránh sử dụng “Fake RAID” (RAID giả), một tính năng tích hợp sẵn trên bo mạch chủ có cổng SATA và được cấu hình thông qua cài đặt UEFI/BIOS. Hình thức RAID phần mềm lai này phụ thuộc vào CPU của máy chủ. “Fake RAID” không hoạt động trên Linux và yêu cầu trình điều khiển đặc biệt trên Windows. Nó thiếu độ tin cậy của RAID phần cứng thực sự, và dữ liệu SMART không thể truy cập được khi “Fake RAID” được kích hoạt. Nếu xảy ra sự cố, có thể dẫn đến mất dữ liệu. Khi RAID phần cứng không phải là lựa chọn khả thi, hãy xem xét các giải pháp RAID phần mềm chính thống như Linux LVM, mdadm hoặc ZFS.

Hiệu suất và độ tin cậy của RAID

Hiệu suất là yếu tố quan trọng, nhưng độ tin cậy cũng trở nên quan trọng không kém khi mục tiêu là bảo vệ và khôi phục dữ liệu. Mỗi cấp độ RAID mang lại đặc điểm khác nhau, trong đó RAID 5 và RAID 6 xứng đáng được chú ý đặc biệt.

RAID 0 có tốc độ đọc, ghi và lưu trữ bản sao lưu dùng trong các hoạt động khôi phục rất nhanh. Tuy nhiên, nếu một ổ đĩa bị hỏng, tất cả các bản sao lưu trên mảng sẽ bị mất. Rủi ro tương tự cũng áp dụng cho dữ liệu chính được lưu trữ trên RAID 0 khi không có bản sao lưu riêng biệt.

Kịch bản khôi phục thứ hai liên quan đến việc xây dựng lại mảng trên chính các đĩa — mà không cần khôi phục dữ liệu từ phương tiện lưu trữ bên ngoài. Tất cả các cấp độ RAID, ngoại trừ RAID 0, đều cung cấp khả năng tự phục hồi, giúp tái tạo mảng từ dữ liệu dự phòng hoặc dữ liệu chẵn lẻ trên các đĩa còn lại đang hoạt động bình thường. Sau khi thay thế ổ đĩa bị hỏng, quá trình tái tạo sẽ tự động bắt đầu.

RAID 1 với hai ổ đĩa có thể chịu được sự cố hỏng một ổ đĩa và có độ tin cậy cao. Quá trình tái tạo diễn ra nhanh chóng, không cần tính toán parity.

RAID 10 có thể chịu được sự cố của bất kỳ ổ đĩa đơn lẻ nào và thậm chí có thể chịu được hai ổ đĩa bị hỏng, miễn là các ổ đĩa bị hỏng thuộc về các cặp gương khác nhau. Độ tin cậy và khả năng chịu lỗi cao, và quá trình tái tạo diễn ra nhanh chóng vì không cần tính toán parity (khác với RAID 5).

RAID 5 về mặt lý thuyết có thể hoạt động bình thường nếu một ổ đĩa bị hỏng, và RAID 6 có thể hoạt động bình thường nếu hai ổ đĩa bị hỏng, nhưng độ tin cậy thực tế của các cấp độ này thấp hơn so với những gì được công bố. Nguy cơ hỏng hóc toàn bộ mảng tăng lên đáng kể trong quá trình khôi phục. Đặc biệt, RAID 5 cần được xem xét kỹ lưỡng, bất chấp tính dư thừa được công bố của nó.

RAID 5 được phát triển vào năm 1987, khi dung lượng ổ đĩa còn thấp (khoảng 20 MB) và xác suất khôi phục thành công sau khi một ổ đĩa hỏng là cao, xét đến tốc độ khôi phục của thời kỳ đó. Các ổ đĩa hiện đại hiện nay có dung lượng từ 30 TB trở lên. Trong khi dung lượng đã tăng lên gấp nhiều lần, tốc độ của ổ đĩa cơ học lại không theo kịp — đặc biệt là đối với ổ cứng HDD.

Khi một ổ đĩa bị hỏng trong mảng RAID 5, mảng sẽ chuyển sang trạng thái suy giảm. Về nguyên tắc, dữ liệu vẫn có thể truy cập được sau khi mảng được khôi phục. Lượng dữ liệu cần tái tạo tương đương với dung lượng của một đĩa, sử dụng dữ liệu parity được phân phối trên các đĩa còn lại đang hoạt động bình thường. Trong quá trình tái tạo, hiệu suất đĩa trên toàn mảng giảm đáng kể vì bộ điều khiển phải thực hiện các tính toán parity bổ sung và kiểm tra tính nhất quán.

Sau khi đĩa bị hỏng được thay thế, bộ điều khiển RAID bắt đầu quá trình tái tạo. Nó đọc dữ liệu còn lại từ các đĩa còn hoạt động và, dựa trên thông tin parity, ghi nội dung đã tái tạo vào đĩa mới. Thời gian tái tạo thường kéo dài và phụ thuộc vào số lượng đĩa, CPU của bộ điều khiển, lượng dữ liệu trong mảng và các yếu tố tương tự. Nếu máy chủ tiếp tục xử lý các tác vụ đòi hỏi nhiều I/O trong quá trình tái tạo, cả hiệu suất mảng và tốc độ tái tạo đều giảm, khiến quá trình này kéo dài thêm.

Do dung lượng đĩa tăng nhanh hơn tốc độ đĩa (đặc biệt là đối với HDD), thời gian tái tạo RAID 5 ngày càng kéo dài. Ví dụ, việc khôi phục mảng RAID 5 gồm 5 ổ cứng HDD 4 TB trên một máy chủ đang hoạt động nặng có thể mất hơn một ngày, còn các mảng được xây dựng từ các ổ cứng 20 TB có thể kéo dài đến vài ngày. Hãy nhân các con số đó lên nữa đối với các ổ đĩa 30 TB.

Trong quá trình xây dựng lại RAID 5, mảng thực tế hoạt động mà không có tính dự phòng, giống như RAID 0. Ngay cả một sự gián đoạn nhỏ — lỗi đọc đĩa, nhiễu tín hiệu, sự cố cáp — cũng có thể khiến quá trình xây dựng lại thất bại. Nếu một đĩa thứ hai bị hỏng trong khoảng thời gian này, tất cả dữ liệu trên mảng sẽ bị mất.

Tham số Tỷ lệ Lỗi Bit (BER) được các nhà cung cấp sử dụng để ước tính độ tin cậy của ổ đĩa. Giá trị BER của các ổ đĩa dành cho máy tính để bàn là 10^14, trong khi các ổ đĩa dành cho doanh nghiệp đạt tới 10^15. Giá trị 10^14 có nghĩa là xác suất xảy ra lỗi đọc không thể phục hồi không cao hơn 1 trên 100.000.000.000.000 bit (14 số 0). 10^14 bit tương đương với 11 TB dữ liệu. Điều này có nghĩa là sau khi đọc khoảng 11 TB từ một ổ cứng HDD dành cho máy tính để bàn, xác suất xảy ra ít nhất một lỗi đọc ở cấp độ bit gần như 100%. Trên thực tế, các ổ cứng thường hỏng sớm hơn so với thời gian trung bình đến khi hỏng hóc (MTTF) lý thuyết dự đoán.

Với các ổ cứng cấp doanh nghiệp, tình hình được cải thiện gấp mười lần: Xác suất lỗi đọc tích lũy đạt gần 100% sau khi đọc khoảng 110 TB dữ liệu. Xét rằng các ổ cứng thương mại vào năm 2026 có dung lượng vượt quá 30 TB mỗi ổ, tỷ lệ lỗi bit (BER) 10^15 không còn là con số an toàn cho các mảng lưu trữ lớn. Xác suất hỏng hóc thấp hơn đối với các ổ có dung lượng nhỏ hơn và cao hơn đối với các ổ có dung lượng lớn hơn.

Hãy lưu ý rằng phần lớn dữ liệu được lưu trữ trên các mảng đĩa là dữ liệu “lạnh” — hiếm khi được truy cập, thường không được chạm đến trong 1-2 năm. Do hệ thống không liên tục quét từng sector đĩa để kiểm tra tình trạng và tính nhất quán, một số tệp có thể nằm trên các khối không còn đọc được. Sự hỏng hóc tiềm ẩn này vẫn ẩn giấu cho đến khi quá trình khôi phục RAID 5 phát hiện ra nó — lúc đó nó trở thành lỗi nghiêm trọng.

Không nên sử dụng RAID 5, đặc biệt là trong các hệ thống sản xuất hoặc đối với dữ liệu quan trọng của doanh nghiệp. Nếu vẫn cần sử dụng RAID 5, không nên kết hợp nó với các bộ điều khiển giá rẻ hoặc ổ đĩa dành cho người tiêu dùng. Hãy chọn các bộ điều khiển RAID cấp doanh nghiệp và ổ đĩa có xếp hạng độ tin cậy cao hơn. RAID 6 hoạt động tốt hơn RAID 5 một chút, nhưng rủi ro mất dữ liệu vẫn còn đáng kể.

Dữ liệu được lưu trữ trên RAID 5 luôn cần được sao lưu vào thiết bị lưu trữ ngoài để phòng ngừa sự cố mảng đĩa. Nguyên tắc tương tự cũng áp dụng cho lưu trữ RAID 0 và JBOD.

Độ tin cậy và hiệu suất của JBOD

Trong cấu hình JBOD liên kết, nếu một đĩa bị hỏng, bất kỳ tệp nào có các khối dữ liệu nằm trên đĩa bị hỏng đó sẽ không thể đọc được và không thể khôi phục. Chỉ các tệp được lưu trữ hoàn toàn trên các ổ đĩa còn hoạt động mới có khả năng được khôi phục.

Trong một số cấu hình cụ thể, sự cố của một ổ đĩa duy nhất có thể khiến toàn bộ khối lượng JBOD bị hỏng, ngay cả khi phần lớn dữ liệu vẫn nằm trên các ổ đĩa còn hoạt động, tương tự như RAID 0. Nguyên nhân là do siêu dữ liệu hệ thống tệp: Nếu các cấu trúc quan trọng như Bảng tệp chính (MFT) nằm trên ổ đĩa bị hỏng, hệ điều hành sẽ không thể ánh xạ các địa chỉ logic trở lại các khối vật lý, khiến dữ liệu trên các ổ đĩa còn hoạt động trở nên không thể truy cập được. Nếu không biết mô hình ghi dữ liệu của cấu hình JBOD, hãy coi hệ thống lưu trữ này như không có khả năng chịu lỗi.

Hiệu năng RAID cho VMware và Hyper-V

Lưu trữ RAID mang lại hiệu năng cao hơn, nhưng không phải mọi cấp độ RAID đều phù hợp với kho dữ liệu máy ảo (VM datastores) hoặc lưu trữ máy ảo.

RAID 0 có tốc độ cao nhưng không an toàn. Sự cố của một đĩa duy nhất sẽ gây ra thời gian ngừng hoạt động cho đến khi các máy ảo bị ảnh hưởng được khôi phục từ bản sao lưu hoặc chuyển sang các bản sao máy ảo đã tồn tại trước đó. RAID 0 trong kho dữ liệu máy ảo đòi hỏi một chiến lược sao lưu và nhân bản vững chắc. Việc sử dụng RAID 0 mà không có các biện pháp bảo vệ dữ liệu bổ sung được khuyến cáo không nên áp dụng trong môi trường sản xuất. Nó có thể được chấp nhận cho các khối lượng công việc tạm thời như phòng thí nghiệm và môi trường thử nghiệm.

RAID 1 hoạt động tốt cho lưu trữ máy ảo trong VMware, Hyper-V và các nền tảng ảo hóa khác. Hiệu suất là đủ, và tính dư thừa dữ liệu 100% ngăn chặn thời gian ngừng hoạt động sau khi một đĩa cứng bị hỏng trong khi mảng đang được xây dựng lại. RAID 1 là lựa chọn hợp lý cho các môi trường ảo hóa quy mô nhỏ với số lượng máy ảo hạn chế.

RAID 10 cung cấp hiệu suất và độ tin cậy cao nhất. IOPS mạnh mẽ, độ trễ thấp, tốc độ đọc/ghi nhanh, khả năng chịu lỗi vững chắc và quá trình tái tạo mảng nhanh chóng khiến RAID 10 trở thành cấp độ RAID được khuyến nghị cho VMware, Hyper-V và các nền tảng ảo hóa khác trong môi trường sản xuất.

RAID 5 mang lại hiệu suất đọc ở mức trung bình, nhưng hiệu suất ghi chậm hơn. Mặc dù có một số lợi thế về đọc trong điều kiện hoạt động bình thường, RAID 5 không nên được sử dụng để lưu trữ máy ảo hoặc bất kỳ dữ liệu quan trọng nào. Như đã thảo luận trước đó, rủi ro phục hồi cao và sự suy giảm hiệu suất trong quá trình phục hồi là rất nghiêm trọng.

RAID 6 cung cấp hiệu suất đọc tương tự như RAID 5, nhưng tốc độ ghi chậm hơn. Độ tin cậy được cải thiện nhẹ so với RAID 5, nhưng tất cả các nhược điểm của nó vẫn còn tồn tại. RAID 6 không được khuyến nghị để lưu trữ máy ảo hoặc dữ liệu quan trọng.

Hiệu suất JBOD cho VMware và Hyper-V

Khác với lưu trữ sao lưu, lưu trữ máy ảo có yêu cầu hiệu suất nghiêm ngặt hơn nhiều. Các tải công việc của máy ảo rất nhạy cảm với IOPS, độ trễ và băng thông. Trong bối cảnh này, RAID và JBOD hoạt động rất khác nhau, và ngay cả việc lựa chọn cấp độ RAID cũng ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất của các máy ảo trên mảng đó.

Các tải công việc của máy ảo tạo ra nhiều thao tác đọc và ghi nhỏ và đòi hỏi IOPS cao, đặc biệt đối với các đĩa ảo chứa hệ điều hành, cơ sở dữ liệu và máy chủ tệp. Các tệp hoán đổi, trang hóa, ảnh chụp nhanh và đĩa delta gây ra hiện tượng khuếch đại ghi nặng nề. Các đợt tăng đột biến I/O định kỳ thường xảy ra trong quá trình vận hành bình thường của máy ảo.

Vì JBOD là một trong những cấu hình lưu trữ chậm nhất, nên không được khuyến nghị sử dụng cho VMware, Hyper-V hoặc các tệp máy ảo khác, đặc biệt là trong môi trường sản xuất.

Các yếu tố cần xem xét về lưu trữ giữa VMware và Hyper-V

Cả hai VMware và Hyper-V đều phụ thuộc rất nhiều vào hiệu suất và tính nhất quán của lưu trữ, nhưng chúng khác nhau về cách truy cập lưu trữ, tối ưu hóa khối lượng công việc và bảo vệ dữ liệu.

VMware vSphere nhạy cảm hơn với hiệu suất lưu trữ do cách thức VMFS, vMotion, ảnh chụp nhanh và DRS tương tác với các kho dữ liệu. Các loại lưu trữ được hỗ trợ trên VMware vSphere bao gồm:

• Mạng lưu trữ khu vực (SAN): iSCSI, Fibre Channel, FCoE
• Lưu trữ kết nối mạng (NAS): NFS v3/v4.1
• Lưu trữ kết nối trực tiếp (DAS): RAID cục bộ, NVMe, SSD
• vSAN (lưu trữ siêu hội tụ)
• Kho dữ liệu đám mây (vVols, chia sẻ đám mây NFS)

NFS cung cấp lưu trữ chia sẻ ở cấp độ tệp, trong khi iSCSI và DAS hoạt động ở cấp độ khối.

Các kho dữ liệu VMFS là loại lưu trữ máy ảo được sử dụng phổ biến nhất trong môi trường VMware vSphere nhờ tính đáng tin cậy, tiện lợi và dễ cấu hình. VMFS là hệ thống tệp cụm cho phép nhiều máy chủ ESXi truy cập cùng lúc vào các kho dữ liệu, khối và tệp — đây là yêu cầu bắt buộc cho các cấu hình cụm. Các đặc điểm chính của kho dữ liệu VMware VMFS bao gồm:

• Rất phù hợp cho các tác vụ có IOPS cao
• Hỗ trợ nhiều máy chủ truy cập cùng một kho dữ liệu
• Yêu cầu băng thông lưu trữ phía sau mạnh mẽ
• Hỗ trợ cả phân bổ mỏng (thin) và phân bổ dày (thick)
• Hoạt động tốt nhất với RAID 10 cho quá trình khởi động máy ảo và các hoạt động ghi dữ liệu

Kho dữ liệu VMFS có thể được tạo trên các đĩa cục bộ (bao gồm các mảng RAID cục bộ thông qua DAS) hoặc trên các LUN iSCSI được cung cấp bởi các thiết bị SAN và NAS qua mạng. Trong cả hai trường hợp, RAID thường được cấu hình trên thiết bị SAN hoặc NAS cơ sở để đảm bảo hiệu suất và độ tin cậy. RAID cũng có thể được sử dụng để cấu hình chia sẻ tệp NFS trên máy chủ tệp.

Các nguyên tắc lựa chọn cấp độ RAID được nêu trước đó vẫn áp dụng. Ổ SSD mang lại hiệu suất cao nhất, trong khi ổ HDD là đủ cho các khối lượng công việc ít đòi hỏi hơn. RAID 10 là lựa chọn tối ưu cho lưu trữ máy ảo VMware, với RAID 1 là một lựa chọn thay thế chấp nhận được. VMware ESXi chỉ hỗ trợ RAID phần cứng cho lưu trữ được kết nối cục bộ.

Microsoft Hyper-V sử dụng NTFS hay ReFS trên Các khối lượng chia sẻ cụm (CSV); hành vi lưu trữ của nó khác biệt đáng kể so với VMware vSphere. Các loại lưu trữ được hỗ trợ trong Hyper-V bao gồm:

• DAS: Mảng RAID (phổ biến nhất)
• SAN: iSCSI/Fibre Channel
• SMB 3.0/3.02 (Máy chủ tệp mở rộng — SOFS)
• Storage Spaces/Storage Spaces Direct (S2D)
• Lưu trữ đám mây dựa trên Azure

SMB là giao thức chia sẻ tệp gốc trong môi trường Microsoft.

Hyper-V lưu trữ VHDX các tệp đĩa ảo trên các khối lượng NTFS/ReFS được kết nối trực tiếp, Khối lượng chia sẻ cụm (CSV) và các chia sẻ tệp SMB 3.0. CSV cho phép nhiều máy chủ truy cập cùng một LUN đồng thời, điều này là cần thiết cho cấu hình cụm. Hyper-V trên Windows Server hỗ trợ RAID phần cứng, RAID giả và RAID phần mềm. Các khuyến nghị về RAID cho Hyper-V tương tự như đối với VMware: RAID 10 là lựa chọn tốt nhất cho các máy chủ chạy tải công việc máy ảo, và RAID 1 là một giải pháp thay thế hợp lý. RAID phần cứng vẫn là phương án triển khai được ưu tiên.

Chi phí lưu trữ và mở rộng

RAID thường làm tăng chi phí lưu trữ vì tính dự phòng làm giảm dung lượng sử dụng được — bạn phải trả tiền cho nhiều phần cứng hơn so với dung lượng thực tế nhận được. Ví dụ:

• RAID 0: Không giảm dung lượng
• RAID 1: 50% dung lượng sử dụng được (hai ổ đĩa sao chép lẫn nhau)
• RAID 10: 50% dung lượng sử dụng được (dải dữ liệu được sao chép)
• RAID 5: Mất dung lượng tương đương một đĩa (N đĩa → còn N−1 đĩa có thể sử dụng)
• RAID 6: Mất dung lượng tương đương hai đĩa (N đĩa → còn N−2 đĩa có thể sử dụng)

Để đạt được hiệu suất và độ tin cậy tối ưu, cần phải có bộ điều khiển RAID chất lượng cao (có pin và bộ nhớ đệm), và loại thiết bị này thường có giá cao.

JBOD là lựa chọn rẻ nhất vì không cần thêm ổ đĩa nào để đảm bảo dự phòng và cũng không cần phần cứng bộ điều khiển đặc biệt. Bạn có thể thêm bất kỳ số lượng ổ đĩa nào để tạo ra một khối lượng lớn, không giống như RAID 1, vốn bị giới hạn ở hai ổ đĩa. JBOD cũng hoạt động với các ổ đĩa hỗn hợp — từ các nhà sản xuất, dung lượng và tốc độ khác nhau — nhưng sự linh hoạt này đi kèm với sự đánh đổi về hiệu suất và độ tin cậy.

Khả năng mở rộng là điểm mà hai cấu hình này phân biệt rõ rệt. Hầu hết các cấu hình RAID không thể mở rộng dễ dàng hoặc chỉ hỗ trợ mở rộng hạn chế. Thông thường, bạn phải thay thế tất cả các ổ đĩa thành viên bằng các ổ đĩa có dung lượng lớn hơn và bằng nhau, hoặc thiết lập một mảng RAID riêng biệt, điều này đòi hỏi phải có cổng trống trên bộ điều khiển RAID hoặc thậm chí cần một bộ điều khiển bổ sung. Các bộ điều khiển RAID tiên tiến có thể mở rộng RAID 10 bằng cách thêm các cặp ổ đĩa. RAID 5 và RAID 6 có thể mở rộng thông qua việc thêm ổ đĩa, nhưng quá trình này tiềm ẩn rủi ro và tốn nhiều thời gian.

JBOD mang lại sự linh hoạt cao nhất và lộ trình mở rộng đơn giản nhất. Bạn có thể thêm ổ đĩa bất cứ lúc nào, bất kể nhà sản xuất, dung lượng, mẫu mã hay các thông số khác. Các ổ đĩa mới sẽ sẵn sàng sử dụng ngay lập tức, không cần quá trình xây dựng lại mảng hay tính toán parity.

Tối ưu hóa hiệu suất sao lưu với NAKIVO

JBOD có thể đóng vai trò là giải pháp lưu trữ chi phí thấp và có khả năng mở rộng cho việc sao lưu. Tốc độ sao lưu thường bị giới hạn bởi kết nối mạng, cùng với chi phí bổ sung từ nén và mã hóa, nghĩa là giới hạn tốc độ thô của JBOD hiếm khi là điểm nghẽn. Dù vậy, hãy nhớ nguyên tắc “ Quy tắc sao lưu 3-2-1 ” và duy trì các bản sao lưu dự phòng bổ sung có thể cứu bạn nếu hệ thống lưu trữ sao lưu chính gặp sự cố.

Ngay cả với các cấp độ RAID đáng tin cậy như RAID 1 và RAID 10, dữ liệu trên các mảng này vẫn cần được sao lưu. RAID 1 có thể chịu được sự cố hỏng một ổ đĩa, còn RAID 10 có thể chịu được hai ổ đĩa hỏng, miễn là các ổ đĩa hỏng thuộc về các cặp nhân bản khác nhau. Tuy nhiên, tính dư thừa không phải là biện pháp bảo vệ chống lại mọi tình huống sự cố. Việc xóa nhầm, các cuộc tấn công bằng phần mềm tống tiền, lỗi phần mềm và thảm họa vật lý đều có thể phá hủy dữ liệu hoặc chính máy chủ. RAID gương là một hình thức dự phòng, không phải là giải pháp thay thế cho một hệ thống sao lưu máy ảo ( chiến lược sao lưu) đúng nghĩa.

NAKIVO Backup & Replication tích hợp nhiều tính năng đa dạng được thiết kế để đảm bảo việc bảo vệ dữ liệu diễn ra nhanh chóng, an toàn, đáng tin cậy và thuận tiện.

• Sao lưu máy ảo không cần phần mềm đại lý (Agentless VM backup) cho VMware vSphere, Microsoft Hyper-V, Proxmox VE và Nutanix AHV. Các giao diện lập trình ứng dụng (API) gốc của hypervisor được sử dụng để sao lưu dữ liệu ở cấp độ máy chủ.
• Truyền dữ liệu không qua mạng LAN : NAKIVO Backup & Replication tự động chọn chế độ truyền dữ liệu tối ưu, chẳng hạn như VMware Hot Add hoặc Direct SAN Access, để giảm tải mạng và tăng tốc quá trình sao lưu.
• Tăng tốc mạng : Dữ liệu được nén trước khi được gửi qua mạng đến thiết bị lưu trữ sao lưu đích, giúp cải thiện tốc độ truyền và giảm dung lượng lưu trữ.
• Lập lịch và tự động hóa sao lưu : Các tùy chọn linh hoạt lập lịch và duy trì cho phép các tác vụ sao lưu chạy tự động, giúp tiết kiệm thời gian.
• Tích hợp thiết bị loại bỏ trùng lặp : Sử dụng các thiết bị loại bỏ trùng lặp được hỗ trợ cùng các giao thức truyền dữ liệu gốc của chúng giúp tối đa hóa tốc độ sao lưu và giảm thiểu dung lượng lưu trữ sao lưu. Các thiết bị được hỗ trợ bao gồm Dell EMC Data Domain (DD Boost), HPE StoreOnce (Catalyst) và NEC HYDRAstor (Universal Express).
• Sao lưu gia tăng : Chỉ truyền dữ liệu đã thay đổi kể từ lần sao lưu đầy đủ hoặc sao lưu theo từng đợt gần nhất, giúp tiết kiệm thời gian và cải thiện hiệu suất so với các bản sao lưu chỉ toàn bộ.
• Theo dõi thay đổi gốc cho VMware và Hyper-V : Chức năng theo dõi khối thay đổi (Changed Block Tracking) của VMware (CBT) và Hyper-V Resilient Change Tracking (RCT) giúp tăng tốc độ sao lưu gia tăng.
• Loại trừ dữ liệu hoán đổi : Các tệp và phân vùng hoán đổi lưu trữ dữ liệu tạm thời của hệ điều hành và làm tăng dung lượng không cần thiết cho bản sao lưu. NAKIVO Backup & Replication loại trừ chúng, giúp cải thiện tốc độ sao lưu và tiết kiệm dung lượng lưu trữ.
• Cắt ngắn nhật ký : Các hệ thống cơ sở dữ liệu tạo tệp nhật ký để đảm bảo tính nhất quán của giao dịch và hỗ trợ khôi phục. Các tệp nhật ký này có thể trở nên rất lớn. Tính năng Cắt ngắn nhật ký giúp các bản sao lưu gọn nhẹ hơn.

Kết luận

Mặc dù có chi phí thấp và khả năng mở rộng, lưu trữ JBOD không phù hợp với dữ liệu quan trọng hoặc các tác vụ đòi hỏi hiệu suất cao. Chỉ cần một đĩa cứng bị hỏng cũng có thể dẫn đến mất dữ liệu. JBOD có thể được sử dụng làm bộ lưu trữ dự phòng, nhưng chỉ khi có ít nhất một bản sao dự phòng bổ sung trên một bộ lưu trữ riêng biệt. Nên tránh sử dụng RAID 5 và RAID 6 cho dữ liệu quan trọng. RAID 10 và RAID 1 vẫn là các tùy chọn đáng tin cậy nhất, trong đó RAID 10 cung cấp hiệu suất cao nhất, khiến nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho bộ lưu trữ máy ảo với khả năng dự phòng hoàn toàn. Ngay cả khi sử dụng mức RAID tốt nhất, việc sao lưu dữ liệu từ mảng vẫn là điều cần thiết, bởi vì có rất nhiều trường hợp mất dữ liệu xảy ra mà không kèm theo bất kỳ sự cố nào của mảng.

Dùng thử NAKIVO Backup & Replication

Đăng ký dùng thử miễn phí để khám phá toàn bộ các tính năng bảo vệ dữ liệu của giải pháp này. 15 ngày miễn phí. Không có bất kỳ giới hạn nào về tính năng hay dung lượng. Không cần thẻ tín dụng.

DÙNG THỬ MIỄN PHÍ