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\documentclass[12pt,a4paper]{article}
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\usepackage[spanish]{babel}
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\usepackage{hyperref}
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\usepackage{graphicx}
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\title{Tema IV Ejercicio II: Sistemas RAID}
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\author{Nicolás A. Ortega Froysa}
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\begin{document}
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\maketitle
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\tableofcontents
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\section{Introducción: ¿Qué es RAID?}
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En la informática, aumentar las capacidades de una unidad suele ser más difícil
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que simplemente usar varias unidades. Por ejemplo, es más fácil que un ordenador
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use varios procesadores, que no construir un procesador más rápido. Esto es lo
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que lleva a que en el almacenamiento de información a largo plazo (i.e.\ en
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discos duros), para almacenar mucha información se suelen tener muchos discos.
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La dificultad con este modelo está en que se complica la organización de datos,
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ya que cada unidad se trata de forma separada. En esto, se han inventado varios
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sistemas lógicos de almacenamiento para gestionar el espacio en varios discos,
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como LVM. Pero la más conocida para almacenamiento masivo es {\bf Redundant
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Array of Independent Disks}, o RAID.
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El objetivo del almacenamiento con RAID es por seguridad, rendimiento, y
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capacidad de almacenamiento.
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\begin{itemize}
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\item {\bf Seguridad}: se pueden hacer escrituras paralelas a dos discos de
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la misma información para poder tener copia de seguridad.
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\item {\bf Rendimiento}: al distribuir información entre varios discos se
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puede paralelizar la transferencia de datos.
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\item {\bf Capacidad de almacenamiento}: permite tratar a varios discos como
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si fueran un solo disco.
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\end{itemize}
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Aunque éstos son algunas de las ventajas de usar RAID, realmente depende del
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tipo de {\em nivel} que tenga.
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\section{Niveles RAID}
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Los sistemas configurados con RAID no funcionan todos igual, sino que se pueden
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configurar de forma distinta, usando distintos niveles, e incluso combinando
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éstos dependiendo de las necesidades. Dependiendo del nivel que sea, se explota
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una o más de las ventajas expuestas anteriormente.
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\subsection{RAID 0}
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\begin{figure}[!htb]
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\begin{center}
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\includegraphics[width=0.5\linewidth]{imgs/striping.png}
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\caption{Striping con tres discos.}
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\label{fig:striping}
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\end{center}
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\end{figure}
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Para poder aprovechar tanto la mejora en rendimiento de tener varios discos,
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como su aumentada capacidad de almacenamiento, este nivel implementa una técnica
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que se denomina {\em striping}, tal que los segmentos consecutivos de un archivo
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se distribuyen entre los discos configurados (ver figura \ref{fig:striping}).
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Al usar varios discos, esto significa que la capacidad máxima de esta
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configuración RAID sería la suma del espacio de almacenamiento de todos sus
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discos. También mejora la transferencia de datos, al poder paralelizar su
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transferencia entre varios discos.
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\subsection{RAID 1}
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Para poder asegurarse de la seguridad de los datos guardados, este nivel
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automáticamente copia la información a los demás discos haciendo {\em
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mirroring}. Lo que hace es que mientras se escribe a un disco, se va escribiendo
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los mismos datos en el disco de copia. Esto no causa demasiado retraso, ya que
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las transmisiones son a dos discos distintos, lo cual se puede hacer en
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paralelo.
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\subsection{RAID 2}
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\begin{figure}[!htb]
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\begin{center}
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\includegraphics[width=0.5\linewidth]{imgs/raid2.png}
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\caption{Diagram of RAID 2 setup.}
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\label{fig:raid2}
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\end{center}
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\end{figure}
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Al igual que el RAID 0, hace {\em striping}, mas en vez de hacerlo a nivel de
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bloques, lo hace a nivel de bits. También se suma un método de corrección de
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errores con un {\em hamming code}. Mas debida a su complejidad comparada con un
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sistema de paridad, apenas se usa este nivel en la práctica. Esto hace que sea
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el único nivel original de RAID que no se usa actualmente. También es imposible
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de hacer varias peticiones a la vez por la distribución a nivel de bit en vez de
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ser por bloque, lo cual significa generalmente que para leer tan sólo un bloque
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ya debe de usar todos los discos.
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\subsection{RAID 3}
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\begin{figure}[!htb]
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\begin{center}
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\includegraphics[width=0.5\linewidth]{imgs/raid3.png}
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\caption{Diagram of RAID 3 setup.}
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\label{fig:raid3}
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\end{center}
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\end{figure}
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Muy similar al nivel anterior, RAID 3 implemente {\em striping} a nivel de
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bytes, y un disco dedicado a guardar la paridad para la detección de errores. El
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hecho de que su {\em striping} sea a nivel de byte significa que, al igual que
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en el nivel 2, no se pueden hacer varias peticiones a la vez. Esto significa que
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puede ser muy útil si se precisa una alta velocidad de transferencia de datos
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consecutivos de un mismo bloque. Mas este nivel ya casi no se usa en la
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práctica.
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\subsection{RAID 4}
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\begin{figure}[!htb]
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\begin{center}
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\includegraphics[width=0.5\linewidth]{imgs/raid4.png}
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\caption{Diagram of RAID 4 setup.}
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\label{fig:raid4}
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\end{center}
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\end{figure}
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Al igual que RAID 3, este nivel implementa {\em striping} y un disco dedicado a
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la paridad, pero a este nivel el {\em striping} sí que es a nivel de bloque, lo
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cual permite un acceso a datos más veloz, aunque la escritura pueda ser más
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lenta debido a la escritura al disco de paridad. Su ventaja es que puede ser
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fácilmente extendida siempre y cuando los nuevos discos estén completamente
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limpios (sólo bytes de ceros).
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\subsection{RAID 5}
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\begin{figure}[!htb]
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\begin{center}
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\includegraphics[width=0.5\linewidth]{imgs/raid5.png}
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\caption{Diagram of RAID 5 setup.}
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\label{fig:raid5}
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\end{center}
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\end{figure}
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Funciona de manera igual que RAID 4, mas distribuye la información de paridad
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entre todos los discos, lo cual para funcionar tan sólo hace falta que funcionen
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todos los discos menos uno. Al faltar un solo disco, se pueden calcular los
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errores a partir de la información de paridad. Dicho lo cual, este nivel precisa
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de un mínimo de tres discos. Esto también mejora la velocidad de escritura
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respecto al RAID 4, ya que la información de paridad se encuentra también
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distribuida.
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\subsection{RAID 6}
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\begin{figure}[!htb]
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\begin{center}
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\includegraphics[width=0.5\linewidth]{imgs/raid6.png}
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\caption{Diagram of RAID 6 setup.}
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\label{fig:raid6}
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\end{center}
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\end{figure}
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Finalmente existe el nivel RAID 6. Se parece al RAID 5, en que también usa {\em
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striping} a nivel de bloques, y también usa paridad, pero en vez de ser sólo un
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bloque de paridad, son dos. Esto hace que haya más penalización al escribir
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debido a las paridades, pero aumenta la seguridad de los datos, ya que pueden
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fallar hasta dos discos.
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\subsection{RAID 5E y 6E}
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Las variaciones 5E y 6E son de los RAID 5 y 6 que hacen uso de un disco aparte
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que sirve de {\em backup} o, mejor dicho, {\em hot-spare}. Esto permite mejor
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rendimiento, para que la carga sea más distribuida, y a la vez más tolerancia a
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fallos.
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\section{RAID Híbrido (Nested)}
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Además de los niveles anteriores, también se pueden hacer combinaciones, que
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normalmente se denominan por {\em RAID X+Y}. Lo que significa esto es que a
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nivel más bajo está usando el nivel X, y a nivel más alto usa Y. De los más
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comunes, podríamos decir que existen:
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\begin{itemize}
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\item RAID 0+1 (01)
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\item RAID 0+3 (03)
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\item RAID 1+0 (10)
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\item RAID 5+0 (50)
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\item RAID 6+0 (60)
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\item RAID 10+0 (100)
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\end{itemize}
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\subsection{RAID 01}
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\begin{figure}[!htb]
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\centering
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\includegraphics[width=0.75\linewidth]{imgs/RAID-01.png}
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\caption{RAID 0+1.}
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\label{fig:raid-01}
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\end{figure}
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El RAID 01 (o RAID 0+1) consta de un RAID híbrido donde son varios RAID 0
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juntados en un RAID 1. De este modo cada subdivisión hace {\em striping}
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mientras que entre ellas son copias.
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\subsection{RAID 10}
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\begin{figure}[!htb]
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\centering
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\includegraphics[width=0.35\linewidth]{imgs/RAID-10.png}
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\caption{RAID 1+0.}
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\label{fig:raid-10}
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\end{figure}
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El RAID 10 (o RAID 1+0) es igual que el RAID anterior, pero a la inversa.
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\subsection{RAID 30}
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Este RAID híbrido consta de varios RAID 3, como vimos en la sección anterior,
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juntado con el {\em striping} del RAID 0.
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\subsection{RAID 100}
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\begin{figure}[!htb]
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\centering
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\includegraphics[width=0.75\linewidth]{imgs/RAID-100.png}
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\caption{RAID 1+0+0.}
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\label{fig:raid-100}
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\end{figure}
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Este RAID es igual que el RAID 10 que vimos anteriormente, pero con un nivel más
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de RAID 0. De este modo hace el {\em striping} de dos maneras.
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\section{Derechos de Autor}
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Copyright \textcopyright\ \the\year\ Ortega Froysa, Nicolás <nicolas@ortegas.org> \\
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Este documento está licenciado con la licencia Creative Commons Attribution No
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Derivatives 4.0 International.\\
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Creado con \LaTeX.
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