Tipi di RAID: cosa sono e come funzionano i livelli

Il RAID (Redundant Array of Independent Disks) è una tecnologia che unisce due o più dischi fisici in un’unica unità logica, per guadagnare velocità o capacità, oppure per resistere a un guasto, a seconda del livello scelto. Lo trovi nei NAS di casa e d’ufficio e nei server aziendali, e sulle workstation di chi monta video. In questa guida vediamo come funzionano i livelli più diffusi, dal RAID 0 al RAID 10, con particolare attenzione al RAID 5, e cosa conviene fare quando un array smette di funzionare.

Il tuo array è già guasto? Questa guida spiega come funzionano i livelli; se invece devi recuperare i dati da un RAID che non parte, si è degradato o ha fallito la ricostruzione, vai alla pagina del servizio di recupero dati RAID.

Cos’è il RAID e dove si usa

RAID significa Redundant Array of Independent Disks, letteralmente “insieme ridondante di dischi indipendenti”. L’idea nasce alla fine degli anni Ottanta e il principio è rimasto quello: il sistema operativo vede un solo volume, ma sotto ci sono più dischi che si dividono il lavoro. Come se lo dividono dipende dal livello RAID, che è la vera scelta di progetto: alcuni livelli puntano tutto sulla velocità, altri sulla protezione dai guasti, la maggior parte cerca un compromesso tra le due cose.

Il RAID può essere gestito da un controller hardware dedicato, tipico dei server, oppure via software, come fanno quasi tutti i NAS Synology, QNAP e simili, spesso con varianti proprietarie come SHR. Per chi i dati deve recuperarli la differenza conta parecchio, perché ogni implementazione scrive i propri metadati a modo suo. I NAS a 2 o 4 baie sono di gran lunga i più diffusi tra privati e piccoli uffici: macchine affidabili, ma non eterne.

Quanti tipi di RAID esistono?

I livelli RAID standard sono sette, numerati da 0 a 6, ma quelli che incontri davvero oggi sono cinque: RAID 0, 1, 5, 6 e, tra gli annidati, il RAID 10. Il resto si divide in tre famiglie:

• livelli storici (RAID 2, 3 e 4): superati da RAID 5 e 6, oggi quasi introvabili;
• livelli annidati (oltre al 10: RAID 50 e 60): combinano due livelli semplici per array grandi o molto sollecitati;
• varianti non standard: SHR di Synology, RAID-Z di ZFS, X-RAID di Netgear. Sotto nomi diversi usano gli stessi principi (striping, mirroring, parità), con qualche libertà in più nella gestione di dischi di taglie diverse.

Nelle sezioni che seguono trovi ogni livello spiegato con i suoi numeri: dischi minimi, spazio utile e quanti guasti sopporta.

Striping, mirroring e parità: i tre mattoni

Tutti i livelli RAID combinano tre tecniche di base. Capite queste, il resto viene da sé.

Striping: i dati vengono spezzati in blocchi (gli stripe) e distribuiti a rotazione su tutti i dischi. Un file da 1 GB finisce un pezzo qui e un pezzo là, e ogni disco legge e scrive la sua parte in parallelo. Risultato: più velocità. Nessuna protezione, però, perché ogni blocco esiste in una sola copia.

Mirroring: ogni dato viene scritto identico su due dischi. Uno si guasta? L’altro ha tutto. Il prezzo lo paghi in spazio, perché metà della capacità se ne va in copie.

Parità: il compromesso intelligente. Per ogni gruppo di blocchi il controller calcola un blocco di controllo con un’operazione matematica, uno XOR. Funziona come una somma: se sai che 3 + 4 + x = 12, ricavi che x vale 5. Allo stesso modo, se un disco sparisce, il suo contenuto si ricalcola dai blocchi superstiti più la parità. Proteggi i dati sacrificando lo spazio di un solo disco invece della metà.

RAID 0: solo velocità, nessuna rete di protezione

Il RAID 0 è striping puro su due o più dischi. La capacità è la somma di tutti i dischi e le prestazioni crescono quasi in proporzione: due dischi, quasi il doppio della velocità. Piace a chi lavora con video ad alta risoluzione o file di progetto enormi.

Il rovescio è netto: zero tolleranza ai guasti. Ogni file è sparso su tutti i dischi, quindi se uno solo muore l’intero volume diventa illeggibile, anche se gli altri sono perfetti. Metà di ogni file non serve a niente. Con due dischi, la probabilità di perdere tutto raddoppia rispetto al disco singolo. Il RAID 0 ha senso per dati temporanei, cache, materiale di cui esiste già una copia altrove. Per tutto il resto è una scommessa.

RAID 1: la copia speculare

Il RAID 1 è mirroring puro: due dischi, a volte di più, con lo stesso identico contenuto scritto in tempo reale. Se un disco si guasta, il sistema continua a lavorare sull’altro senza fermarsi. È la configurazione tipica dei NAS a due baie, e per un piccolo ufficio è una scelta sensata.

I limiti: lo spazio utile è quello di un disco solo, e la protezione copre soltanto il guasto fisico. Se cancelli un file, la cancellazione viene specchiata all’istante su entrambi i dischi. Se un ransomware cifra il volume, lo cifra due volte. Il mirror replica tutto, comprese le disgrazie.

RAID 5: come funziona la parità distribuita

Il RAID 5 è il livello più diffuso nei NAS e nei server di fascia media, e non a caso è anche quello che vediamo più spesso sul banco di lavoro. Combina striping e parità: i dati vengono distribuiti a blocchi su tutti i dischi e, per ogni riga di blocchi, uno dei dischi ospita il blocco di parità. La parità non sta su un disco fisso ma ruota a ogni riga, così il carico di scrittura si distribuisce in modo uniforme su tutte le unità. Da qui il nome: parità distribuita.

Quanti dischi servono e quanto spazio si perde

Per il RAID 5 servono minimo 3 dischi. Lo spazio utile è la somma di tutti i dischi meno uno: con tre dischi da 4 TB ottieni 8 TB, con quattro ne ottieni 12. In percentuale, più dischi aggiungi e meno spazio “sprechi”: il 67% utile con tre dischi, l’80% con cinque. Per questo il RAID 5 ha avuto tanto successo: buone prestazioni in lettura, una protezione reale e un costo in spazio contenuto.

Cosa succede quando un disco muore

Il RAID 5 tollera il guasto di un solo disco. Quando succede, l’array entra in modalità degradata: i dati restano accessibili, perché ogni blocco mancante viene ricalcolato al volo dalla parità, ma le prestazioni calano e la protezione è esaurita. Da quel momento stai lavorando senza rete. Sostituito il disco guasto parte il rebuild, la ricostruzione: il controller rilegge per intero i dischi superstiti, ricalcola i blocchi mancanti e li scrive sull’unità nuova.

Il rischio vero: il secondo guasto durante il rebuild

Qui sta il punto debole del RAID 5, quello che sulle schede tecniche non si legge quasi mai. Il rebuild costringe i dischi rimasti a ore, a volte giorni, di lettura continua a pieno carico. E sono dischi che quasi sempre hanno la stessa età e gli stessi chilometri dell’unità appena morta: comprati e accesi lo stesso giorno, con la stessa usura sulle spalle. Lo stress della ricostruzione è il momento perfetto perché un secondo disco ceda, o perché saltino fuori settori illeggibili rimasti silenziosi per anni. Un secondo guasto durante il rebuild blocca l’intero array.

Non è uno scenario da manuale del pessimista. È uno degli scenari più frequenti nei recuperi da RAID: primo disco guasto, sostituzione, rebuild avviato, secondo disco fuori uso a metà ricostruzione. Con le unità da 8, 12 o 16 TB di oggi la finestra di rischio si allarga, perché la ricostruzione dura molto di più. Anche per questo, sopra certe capacità, conviene guardare al RAID 6.

RAID 6: doppia parità per dormire più tranquilli

Il RAID 6 riprende lo schema del RAID 5 e aggiunge un secondo blocco di parità indipendente, calcolato con una formula diversa. Servono almeno 4 dischi e lo spazio utile è la somma dei dischi meno due. In cambio l’array sopravvive al guasto di due dischi contemporaneamente: puoi perdere un’unità, avviare il rebuild e reggere anche un secondo cedimento a ricostruzione in corso.

RAID 5 o RAID 6: come scegliere

La domanda ci arriva spesso e la risposta dipende da due numeri: quanti dischi e quanto grandi. Con tre o quattro dischi di taglia contenuta, e un backup serio accanto, il RAID 5 resta una scelta ragionevole. Quando le unità superano gli 8 TB, o l’array cresce oltre le quattro o cinque unità, la doppia parità del RAID 6 vale il disco in più che ti costa: il rebuild di dischi grandi dura giorni, e proprio durante il rebuild il RAID 5 è scoperto. Il RAID 6 scrive un po’ più lentamente, perché calcola due parità invece di una, ma su un NAS di archiviazione la differenza si nota raramente.

RAID 10: mirror e striping insieme

Il RAID 10, o RAID 1+0, prende coppie di dischi in mirror e le unisce in striping. Servono almeno 4 dischi, sempre in numero pari. Le prestazioni sono ottime, in scrittura superiori al RAID 5 perché non c’è parità da calcolare, e il rebuild è rapido e a basso rischio: si copia il contenuto del gemello sano, senza rileggere l’intero array.

Tollera un guasto per coppia: con quattro dischi può sopravvivere anche a due guasti, purché non colpiscano la stessa coppia. Se muoiono i due gemelli, il volume è perso. Il prezzo è lo spazio, perché metà della capacità totale se ne va in mirror. Per database e macchine virtuali, dove contano le scritture veloci, è spesso la scelta giusta; per archiviare tanti terabyte costa caro.

Le altre configurazioni: RAID 2, 3, 4, JBOD e i livelli annidati

RAID 2, 3 e 4: i livelli storici

Condividono l’idea dei dischi di controllo dedicati invece della parità distribuita: il RAID 2 lavorava a livello di bit con codici di Hamming su più dischi dedicati, il RAID 3 a livello di byte e il RAID 4 a livello di blocchi, entrambi con un singolo disco di parità. Il problema è sempre lo stesso: il disco di parità diventa il collo di bottiglia di ogni scrittura. Il RAID 5, distribuendo la parità su tutti i dischi, li ha mandati in pensione. Li citiamo perché ogni tanto qualche vecchio sistema li usa ancora, non perché convenga sceglierli oggi.

JBOD: quando i dischi sono solo messi in fila

JBOD (“just a bunch of disks”) non è un vero RAID: i dischi vengono concatenati in un unico volume, senza ridondanza e senza striping. Quando un disco muore, i file che stavano lì sono compromessi, e se il filesystem era distribuito sul volume intero può diventare illeggibile anche il resto. Va bene per dati rimpiazzabili, non per l’unica copia di qualcosa che conta.

RAID 50 e RAID 60: per gli array grandi

Sono livelli annidati come il RAID 10: il RAID 50 fa striping su due o più gruppi RAID 5 (minimo 6 dischi), il RAID 60 su gruppi RAID 6 (minimo 8). Si usano su server e NAS aziendali con molti dischi, dove un singolo RAID 5 o 6 diventerebbe troppo lento da ricostruire. Ogni gruppo tollera i suoi guasti: un RAID 60 da otto dischi può sopravvivere anche a quattro dischi rotti, purché non più di due per gruppo.

Tabella comparativa dei livelli RAID

Uno schema per confrontare a colpo d’occhio i livelli visti finora.

Le differenze che contano, in breve

RAID 0, RAID 1 e RAID 5: tre filosofie

Il RAID 0 somma velocità e capacità ma moltiplica il rischio: un disco rotto e l’array è perso. Il RAID 1 fa l’opposto: dimezza lo spazio per avere una copia speculare sempre pronta. Il RAID 5 sta nel mezzo: sacrifica un solo disco di capacità e tollera un guasto. È per questo che il RAID 0 vive nelle workstation dove i dati sono altrove, il RAID 1 nei NAS a due dischi e il RAID 5 negli array da tre o quattro.

RAID 5 vs RAID 10: spazio o velocità di ripresa

A parità di quattro dischi, il RAID 5 ti dà più spazio utile (tre dischi su quattro contro due). Il RAID 10 in cambio scrive più veloce, regge meglio i carichi da database e macchine virtuali e si ricostruisce in una frazione del tempo: il rebuild copia un mirror invece di ricalcolare la parità leggendo l’intero array. Ed è proprio durante i rebuild lunghi che i RAID 5 vivono il loro momento più fragile.

RAID 1 vs RAID 10

Stessa logica di mirroring, scala diversa. Il RAID 1 si ferma a due dischi (più eventuali copie aggiuntive), il RAID 10 parte da quattro e cresce a coppie, sommando la velocità dello striping. Se un NAS a due baie ti sta stretto, il passaggio naturale è il 10, non il 5, quando il carico di lavoro è fatto di tante piccole scritture.

Quale RAID scegliere in base all’uso

RAID hardware o RAID software?

Il livello RAID dice come sono organizzati i dati; chi fa il lavoro è un’altra scelta. Il RAID hardware usa un controller dedicato con il suo processore e spesso una cache con batteria: prestazioni costanti, ma l’array dipende da quella scheda e dai suoi metadati. Il RAID software lo gestisce il sistema operativo (mdadm su Linux, Storage Spaces su Windows, SHR sui Synology, RAID-Z su ZFS): più flessibile ed economico, con i metadati scritti sui dischi stessi. I “RAID” integrati nelle schede madri consumer sono in realtà una via di mezzo, con i difetti di entrambi.

Per il recupero cambia il punto di partenza, non il risultato: in laboratorio l’array si ricostruisce leggendo i metadati (dal controller o dai dischi) oppure, quando sono danneggiati, deducendo ordine dei dischi, dimensione dei blocchi e rotazione della parità dalle copie forensi. Vale per l’uno e per l’altro: dischi clonati prima, ricostruzione sulle copie poi.

Il RAID non è un backup

Vale la pena scriverlo in una riga sola: il RAID protegge dal guasto di un disco, il backup protegge i tuoi dati. Sono due cose diverse e nessuna delle due sostituisce l’altra.

Una cancellazione sbagliata viene replicata all’istante su tutto l’array. Un ransomware cifra il volume logico e ignora quanti dischi ci sono sotto. E contro un fulmine sull’alimentatore, un furto, un incendio o un bug del firmware il RAID non può nulla: sono eventi che colpiscono tutti i dischi nello stesso momento e nello stesso posto. Come abbiamo visto, anche il guasto multiplo resta sempre possibile.

Un NAS in RAID 5 con una copia periodica su un supporto separato, meglio se fuori sede o su cloud, è una configurazione solida. Un NAS in RAID 5 senza backup è una perdita di dati in attesa di succedere. La regola classica dei numeri aiuta: tre copie dei dati, su due supporti diversi, di cui una conservata altrove.

Come si perdono i dati su un RAID

Dal 2009 di array rotti ne abbiamo aperti parecchi, e le cause si ripetono. Le più frequenti:

• Guasti multipli ravvicinati. Dischi gemelli invecchiano insieme. Ci capita di ricevere NAS dove il primo disco risultava guasto da mesi, ignorato perché “tanto funziona tutto”, finché non è caduto anche il secondo.
• Rebuild fallito. Secondo guasto o settori illeggibili durante la ricostruzione: l’array si ferma a metà strada, con i dati in uno stato incoerente.
• Errore umano. Si estrae a caldo il disco sano invece di quello guasto. Oppure, davanti a un volume sparito, si clicca su “inizializza” o “crea nuovo volume” sopra i dati esistenti.
• Controller o NAS guasto. I dischi stanno benissimo, ma la scheda che li orchestrava è morta e nessun altro sistema riconosce il volume. Un parente stretto dell’hard disk non riconosciuto: dati presenti, accesso negato.
• Aggiornamento firmware andato male. Un update del NAS che si interrompe o riscrive la configurazione può rendere l’array irriconoscibile, pur lasciando i dati fisicamente intatti sui dischi.

Discorso a parte per gli array di unità a stato solido, sempre più comuni: lì i guasti sono elettronici, i controller cedono senza preavviso e il recupero dati da SSD segue strade sue, tra laboratorio di microelettronica in ambiente ESD e lettura chip-off delle memorie. La camera bianca, in quel caso, non serve a nulla.

RAID degradato o rotto: cosa fare (e cosa evitare)

Se l’array è degradato ma i dati si vedono ancora, la priorità è una sola: copiare subito quello che conta su un altro supporto, prima di qualsiasi tentativo di riparazione. Se invece il volume è già sparito, o un secondo disco dà segni di cedimento, fermati. Da qui in avanti ogni mossa può ridurre le probabilità di recupero.

In pratica:

• Spegni il NAS o il server e non riaccenderlo “per vedere se riparte”. Ogni avvio scrive sui dischi.
• Non forzare il rebuild, soprattutto se un disco ticchetta o ronza in modo strano: sotto sforzo, un guasto meccanico peggiora in fretta. Quei suoni hanno un significato preciso, ne parliamo nella pagina sui rumori insoliti dell’hard disk.
• Non reinizializzare l’array e non accettare le proposte di “riparazione” automatica del NAS: spesso riscrivono metadati che servivano al recupero.
• Non estrarre i dischi alla rinfusa: se devi rimuoverli, etichetta ogni unità con il numero della sua baia. L’ordine originale è un’informazione preziosa.
• Niente software di recupero fai da te sui singoli dischi: su un array anche una scrittura minima può costare cara.

Il recupero di un RAID è un lavoro di ricostruzione, più vicino a un puzzle che a una riparazione. In laboratorio ogni disco viene prima clonato settore per settore, poi si lavora solo sulle copie: si determinano ordine dei dischi, dimensione dello stripe, rotazione della parità e offset di partenza, spesso senza alcuna documentazione, e da lì si rimonta il volume in modo virtuale. Se uno dei dischi membri ha un guasto meccanico, testine o motore, l’apertura avviene nella nostra camera bianca certificata classe 100 / ISO 5, lo stesso ambiente che usiamo per il recupero dati da hard disk singoli. Per la procedura completa e i casi che trattiamo, la pagina dedicata al recupero dati da NAS e RAID spiega come lavoriamo passo per passo.

Domande frequenti sul RAID

Quanti dischi servono per il RAID 5?

Minimo tre. Lo spazio utile è la somma di tutti i dischi meno uno: tre unità da 4 TB danno 8 TB utilizzabili. Puoi aggiungerne altre per aumentare capacità e percentuale di spazio utile, ma la tolleranza resta ferma a un guasto, per quanti dischi metti.

RAID 5 o RAID 6: quale scegliere?

Dipende da dimensione e numero delle unità. Fino a quattro dischi di taglia media, RAID 5 più un backup serio è un equilibrio accettabile. Con dischi da 8 TB in su, o array da cinque unità in avanti, il RAID 6 è la scelta prudente: la doppia parità copre il rischio di un secondo guasto durante rebuild che possono durare giorni.

Il RAID sostituisce il backup?

No. Il RAID tiene il sistema in funzione quando un disco si rompe, tutto qui. Cancellazioni, ransomware, sbalzi elettrici, furti e guasti multipli passano indisturbati. Serve sempre una copia separata dei dati, aggiornata e possibilmente conservata in un luogo diverso.

Si possono recuperare i dati da un RAID rotto?

Nella maggior parte dei casi sì. Anche dopo un rebuild fallito o con un controller morto, i dati restano scritti sui dischi membri: il lavoro consiste nel clonarli e nel ricostruire i parametri dell’array sulle copie. Il nostro tasso di successo è del 95%, e la diagnosi gratuita ti dice prima cosa è recuperabile. I casi difficili esistono, ma vanno valutati disco per disco, non liquidati al telefono.

Un disco del NAS fa rumore: cosa faccio?

Spegnilo. Un disco che ticchetta o gratta ha quasi sempre un problema meccanico alle testine, e ogni minuto di rotazione in più rischia di graffiare i piatti. Non avviare rebuild né test di superficie: annota in quale baia si trova l’unità e contatta un laboratorio specializzato. Aperto in camera bianca, quel disco ha ancora buone probabilità di restituire i suoi dati.

Quanti livelli di RAID esistono?

Sette standard (da 0 a 6), ma quelli usati davvero sono cinque: 0, 1, 5, 6 e il 10 tra gli annidati. A questi si aggiungono le combinazioni per array grandi (50, 60) e le varianti non standard come SHR di Synology e RAID-Z di ZFS, che applicano gli stessi principi con nomi diversi.

Qual è il miglior RAID per un NAS?

Dipende dalle baie e dall’uso. Con due dischi la scelta obbligata e sensata è il RAID 1. Con quattro, il RAID 5 (o SHR) offre il miglior compromesso tra spazio e protezione. Da cinque dischi in su, o con unità molto capienti, conviene il RAID 6. Se il NAS ospita database o macchine virtuali, il RAID 10 ripaga in prestazioni. In ogni caso, affianca sempre un backup: il RAID da solo non protegge da cancellazioni e ransomware.

Che differenza c’è tra RAID hardware e RAID software?

Nel RAID hardware l’array è gestito da un controller dedicato, nel RAID software dal sistema operativo del server o del NAS. Cambiano prestazioni, costi e dove vivono i metadati della configurazione. Ai fini del recupero sono entrambi ricostruibili: si clonano i dischi e si rimonta l’array sulle copie, con o senza il controller originale.

Se il tuo NAS non parte più, l’array è degradato o un rebuild si è fermato a metà, non insistere con i tentativi. Chiama il numero verde 800.032302 oppure richiedi un preventivo di recupero dati: diagnosi e preventivo sono gratuiti, il ritiro con corriere è gratuito in tutta Italia entro 24 ore e paghi solo a recupero riuscito, senza anticipi. Per orientarti sui costi c’è la pagina dei prezzi. Su richiesta lavoriamo con NDA e in piena conformità GDPR.

A cura di Giulio Cesaroni, SOS Dati. Recupero dati professionale dal 2009: hard disk, SSD, NAS e RAID, con camera bianca certificata classe 100 / ISO 5 e laboratorio di microelettronica. Diagnosi gratuita, si paga solo a recupero riuscito.