Raid چيست و انواع آن

در اين مقاله قصد داريم در رابطه با تعريف Raid، انواع، مزايا و كاربردهاي آن صحبت كنيم. پس در ادامه همراه ما باشيد.

تاريخچه Raid:

تاريخچه ريدها به سال 1978 برمي گرده و توسط سه دانشمند با نام هاي ديويد پترسون و رندي كتز و گارث آلن گيبسون براي اولين بار مطرح شد. Gus German و Ted Grunau از شركت Geac Computer Corp براي اولين بار به چنين ايده‌اي تحت عنوان MF-100 اشاره كرده بودند. البته Norman Ken Ouchi از IBM هم در سال ۱۹۷۷، تكنولوژي كه بعدها به عنوان RAID 4 شناخته شد، به ثبت رسانده بود.

در سال ۱۹۸۳ شركت Digital Equipment Corp درايوهايي را وارد بازار كرد كه RAID 1 بودند و در سال ۱۹۸۶، IBM بار ديگر اختراعي را به ثبت رساند كه عنوان RAID 5 را پيدا كرد. و در نهايت پترسون و كتز و گيبسون با توجه به آنچه كه شركت‌هايي چون Tandem Computers و Thinking Machines و Maxstor انجام داده بودند، موفق به ارايه رده‌بندي RAID خود شدند.

زماني كه در سال ۱۹۸۸ سطوح و انواع RAID ليست شد و بر تكنولوژي‌هايي كه قبلا هم استفاده شده بود نامي نهاده شد، تكنولوژي محبوبي ايجاد شد كه دست توليدكنندگان عرصه ذخيره سازي داده را براي توليد محصولات بيشتري در زمينه RAID باز گذاشت.

Raid چيست؟

RAID فن آوري است كه براي افزايش كارايي و قابليت اطمينان در ذخيره سازي داده ها استفاده مي شود. RAID مخفف (Redundant Array of Inexpensive Disks) و يا (Redundant Array of Independent Drives) مي باشد. يك سيستم RAID از دو يا چند درايو كه به صورت موازي كار مي كنند تشكيل مي شود. اين درايوها مي توانند به صورت هارد ديسك بوده و يا از SSD ها تشكيل شوند. به طور كلي سطوح مختلفي از RAID وجود دارد كه هر يك از سطوح RAID ويژگي هاي خاص خود را دارد كه شامل:

1ـ تحمل خطا: ادامه فعاليت با يك يا دو خرابي ديسك

2ـ كارايي: كه تغيير در سرعت خواندن و نوشتن كل آرايه را در مقايسه با يك ديسك واحد نشان مي دهد.

3ـ ظرفيت: ظرفيت آرايه بستگي به سطح RAID دارد و هميشه به اندازه ديسك هاي عضو RAID مطابقت ندارد. براي محاسبه ظرفيت نوع RAID خاص و مجموعه اي از ديسك هاي عضو مي توانيد از يك ماشين حساب آنلاين RAID استفاده كنيد.

مزاياي RAID بندي: 

ريدبندي مزايايي دارد كه به شرح زير است:

• صرفه‌جويي در هزينه: امكان استفاده از هارد ديسك هاي ارزان وجود دارد.
• استفاده از چند هارد در قالب يك RAID: سبب افزايش عملكرد خواهد شد.
• افزايش سرعت و قابليت اطمينان

ريد كنترلر (RAID controller) چيست؟

در واقع ريد كنترلر يك كارت و يا تراشه است كه بين سيستم عامل و درايوهاي ذخيره سازي كه معمولا هارد ديسك ها مي باشند، قرار مي گيرند. اين ريد ها مي توانند حجم زياد داده را مديريت كرده و يا عملكرد هارد ديسك را بهبود بخشند. البته لازم به ذكر است اكثر ريد كنترلر ها توانايي انجام هر دو كار را دارند.

ريد كنترلر هاي معمولي سبب redundancy در SSD ها مي شود اما عملكرد آن را بهبود نمي بخشند. اما ريد كنترل هايي كه مخصصوص SSD ها مي باشند سبب بهبود عملكرد redundancy و عملكرد مي شوند. Raid controller ها مي توانند يك هارد درايو را به چندين هارد درايو تقسيم كنند. اين كار سبب حفاظت از داده و همچنين redundancy خواهد شد. براي ارتباط بين سرورها و تجهيزات ذخيره سازي مانند ATA, SCSI, SATA, SAS و كانال هاي فيبر در سرور ها از كارت HBA استفاده مي كنند.

ريد كنترلر ها بر اساس نوع درايو SAS يا SATA، تعداد پورت، تعداد درايوهايي كه مي تواند پشتيباني كنند، سطح RAID، سبك معماري رابط و مقدار حافظه طبقه بندي مي شوند. به عنوان مثال ، اين بدان معني است كه يك ريد كنترلر SATA روي يك SAS كار نمي كند و يك كنترلر Raid 1 نمي تواند به يك Raid 10 تغيير يابد.

روش هاي ذخيره سازي ريد:

روش هاي اصلي ذخيره داده در Array عبارتند از: 

ـ Striping :

 تقسيم جريان داده به بلوك هاي (Blocks) با اندازه مشخص (به نام اندازه بلوك سايز (Block size)) و سپس نوشتن اين بلوك ها در يك RAID يك به يك. اين روش ذخيره سازي داده ها روي عملكرد تأثير مي گذارد.

ـ Mirroring:

Mirroring يك روش ذخيره سازي است كه در آن نسخه هاي يكسان داده به طور همزمان در اعضاي RAID ذخيره مي شوند. اين نوع قرارگيري داده ها روي تحمل خطا و همچنين عملكرد تأثير مي گذارد.

ـ Parity:

يك روش ذخيره سازي است كه از روش هاي نواري و كنترل استفاده مي شود. در اين تكنيك از تابعي استفاده مي‌شود كه هنگام بروز خرابي در يك هارد، بلاك از بين رفته را به كمك چكسام دوباره محاسبه مي‌كند. البته لازم به ذكر است امكان تركيب اين سه روش ذخيره سازي در ريد وجود دارد و مي‌توانيد بر اساس نيازتان در رابطه با امنيت و كارايي، از تركيب آنها استفاده كنيد.

انواع سطوح RAID:

هفت سطح مختلف RAID وجود دارد كه از RAID 0 تا RAID 6 را شامل مي‌شود:

ـ RAID 0 چيست؟

در سيستم RAID 0 كه داراي پيكربندي Striping يا نواري است داده ها به بلوك هايي تقسيم مي شوند كه در تمام درايوهاي موجود در Array نوشته مي شوند. با استفاده از چندين ديسك (حداقل 2) به طور همزمان، عملكرد عالي را در I/O (ورود و خروج داده) ارائه مي دهد. در حالت ايده آل مي توان با استفاده از چندين كنترلر و يك كنترل كننده در هر ديسك عملكرد را افزايش داد.

RAID 0 براي ذخيره داده‌هايي كه حساس و مهم نيستند و و براي مواردي كه به سرعت بالا در خواندن و نوشتن نياز دارند، مناسب است مثل live streaming video و اديت ويدئو كه كارايي و سرعت مطرح است.

يكي ديگر از كاربردهاي RAID 0 اين است كه Striping بدون ريداندنسي براي داده‌هاي موقتي، فضاي چرك نويس فراهم مي‌كند. همچنين در مواردي كه كپي اصلي از داده موجود است و به راحتي از دستگاه‌هاي استوريج ديگر قابل ريكاوري است مي‌توان از RAID 0 را استفاده كرد.

مزايا:

1ـ RAID 0 هم در كارهاي خواندن و هم در نوشتن عملكرد عالي دارد.

2ـ از تمام ظرفيت ذخيره سازي استفاده مي شود.

3ـ اجراي اين فناوري آسان است.

مضرات:

1ـ RAID 0 تحمل خطا را ندارد. براي مثال اگر يك درايو خراب شود، تمام داده هاي موجود در RAID 0 از بين مي روند. نبايد از آن براي سيستم هاي مهم استفاده كرد.

موارد استفاده:

RAID 0 براي ذخيره سازي داده هايي كم اهميت كه بايد با سرعت بالا خوانده و يا نوشته شوند، مانند ايستگاه روتوش تصوير يا ويرايش فيلم ايده آل است.

ـ RAID 1 چيست؟

داده ها در دو درايو به صورت آينه اي ذخيره مي شوند يعني داراي پيكربندي Mirroring است كه اين عامل سبب مي شود، اگر يك درايو از كار بيافتد، كنترلر از درايو داده يا درايو آينه براي بازيابي داده استفاده مي كند و به كار خود ادامه مي دهد. براي ايجاد RAID1 حداقل به دو درايو نيازمند هستيد.

RAID 1 براي محيط‌هايي مناسب است كه به كارايي و دسترس پذيري بالا نياز دارند مانند اپليكيشن‌هاي Transactional و سيستم عامل ها و ايميل ها. RAID 1 همچنين در اپليكيشن هايي كه به سرعت خواندن بسيار سريعي نياز دارند مناسب است. اگر درايوهاي اصلي آرايه خراب شود، ترافيك به درايوهاي ثانويه يا ميرور شده و بكاپ شده سوييچ مي‌كند.

يكي ديگر از كاربردهاي RAID 1 استفاده در آرشيو داده است يعني جايي كه از دست رفتن اطلاعات، غيرقابل قبول است.

مزايا:

1ـ RAID1 سرعت خواندن و نوشتن عالي را ارائه مي دهد كه قابل مقايسه با يك درايو منفرد است.

2ـ در صورت خرابي درايو، داده ها بايد در درايو تعويض كپي شوند.

3ـ RAID1 يك فناوري بسيار ساده است.

مضرات:

1ـ نقطه ضعف اصلي اين است كه ظرفيت ذخيره سازي مؤثر تنها نيمي از كل ظرفيت درايو است زيرا همه داده ها دو بار نوشته مي شوند.

2ـ راه حل هاي نرم افزاري RAID1 هميشه اجازه تعويض درايو خراب را نمي دهد. اين بدان معناست كه تعويض درايو خراب تنها پس از خاموش كردن رايانه اي كه به آن وصل شده است امكان پذير مي باشد.

3ـ براي سرورهايي كه به طور هم زمان به چند كاربر متصل است، ممكن است مناسب نباشد. زيرا چنين سرورهايي بايد از قابليت Hot swapping پشتيباني كنند.

موارد استفاده:

RAID1 براي ذخيره سازي اطلاعات بحراني به عنوان مثال سيستم هاي حسابداري ايده آل است. همچنين براي سرورهاي كوچك كه در آن فقط از دو درايو داده استفاده مي شود نيز مناسب مي باشد.

ـ RAID 2 چيست؟

RAID 2 كه استفاده از آن امروزه منسوخ شده است داراي پيكربندي Striping است و برخي ديسك ها اطلاعات ECC يا Error Checking and Correcting را ذخيره مي‌كنند. يعني براي تامين امنيت داده از ECC استفاده مي‌كند. همچنين از Hamming Code Parity استفاده مي‌كند كه فرم خطي از كد اصلاح خطاست.

ـ RAID 3 چيست؟

RAID 3 نيز امروزه كاربرد زيادي ندارد و از Byte Level striping  استفاده مي كند و يك هارد ديسك را براي ذخيره اطلاعت parity اختصاص مي دهد. ريد ۳ نمي‌تواند پاسخگوي چندين درخواست همزمان باشد چون اطلاعات پريتي روي ديسك جداگانه قرار مي‌گيرد و بلاك داده بين تمام هاردها تقسيم شده و روي هر هارد، روي مكان فيزيكي يكسان قرار مي‌گيرد. پس در هر عمليات I/O بايد روي همه ديسك ها كار انجام شود و معمولا هم نياز به همگام سازي Spindle است.

اطلاعات ECC يه صورتي تعبيه شده است تا خطاها را تشخيص دهد. فرآيند ديتا ريكاوري با محاسبه اطلاعات ثبت شده روي ديگر درايوها انجام مي‌شود. عمليات I/O همزمان روي همه درايوها انجام مي‌شود و RAID 3 نمي‌تواند I/O را به صورت Overlap و هم پوشي انجام دهد و دقيقا به همين دليل از اين رو RAID 3 بهترين انتخاب براي سيستم ­­هاي تك كاربره با برنامه هايي است كه نياز به نواربندي بلند دارند.

RAID 3 و RAID 4 به سرعت با RAID 5 جايگزين شدند كه در ادامه درباره آن توضيح خواهيم داد.

ـ RAID 4 چيست؟

اين نوع ريد هم مانند RAID 3 از استرايپ داده استفاده مي‌كند و مشابه RAID 5 است يعني داراي پيكربندي Parity Block-Level Striping است اما اين نوارها بزرگ هستند. بدين معني كه مي توان ركوردها يا نوارها را تنها از يك هارد خواند. اين باعث مي شود كه بتوان عمليات I/O را با همپوشاني انجام داد. از آنجايي كه عمليات نوشتن مجبور است هر بار درايو parity را به روز رساني كند هيچ تداخلي در عمليات خواندن و نوشتن اتفاق نمي افتد. RAID 4 هيچ مزيتي نسبت به RAID 5 ندارد.

اين ريد در Random Read كارايي بالايي دارد و در Random Write كارايي به دليل اينكه همه پريتي ها بايد از يك ديسك خوانده شوند، كمتر مي‌شود.

ـ RAID 5 چيست؟

RAID5 رايج ترين سطح RAID با امنيت بالا مي باشد. اين ريد حداقل به 3 درايو نياز دارد اما مي تواند با حداكثر 16 درايو نيز كار كند.داده ها در تمامي درايو ها ذخيره مي شوند. به اين صورت كه داده ها به صورت يكسان بين تمامي درايوها پخش و سپس ذخيره نمي شوند. بنابراين در صورتي كه يكي از دستگاه ‌هاي ذخيره ‌سازي خراب شود، با اطلاعات موجود در هارد و اطلاعات parity ذخيره شده مي‌توان اطلاعات ساير دستگاه ها را دوباره توليد نمود، در اين نوع Raid استفاده از كنترلرهاي سخت افزاري Raid توصيه مي شود. معمولا در كنترلرهاي سخت افزاري Raid در اين نوع يك حافظه cache جهت افزايش بهره وري استفاده مي شود.

مزايا:

1ـ ذخيره سازي داده كند اما بازخواني داده ها سريع صورت مي گيرد.

2ـ اگر درايو خراب شود، شما هنوز هم به همه داده ها دسترسي داريد، حتي در حالي كه درايو خراب جايگزين شده است، كنترلر ذخيره سازي داده هاي موجود در درايو جديد را دوباره بازسازي مي كند.

مضرات:

1ـ خرابي بر روي توان كاري تأثير گذار خواهد بود.

2ـ اين يك فناوري پيچيده است. اگر يكي از ديسك هاي موجود در يك Array با استفاده از ديسك هاي 4TB از كار بيفتد و جايگزين شود، بسته به بار روي Array و سرعت كنترلر، بازيابي اطلاعات (زمان بازسازي) ممكن است يك روز يا بيشتر طول بكشد. البته اگر در همين زمان درايو ديگري خراب شود كل داده از بين خواهد رفت.

موارد استفاده:

RAID5 يك سيستم همه جانبه خوب است كه با ذخيره سازي كارآمد، امنيت عالي و عملكرد مناسب همراه است. اين براي سرورهاي كه تعداد محدودي از درايوهاي داده را دارند ايده آل مي باشد.

ـ RAID 6 چيست؟

RAID6 مانند RAID5 بوده اما داده برابر بر روي دو درايو نوشته مي شود. اين بدان معناست كه حداقل به 4 درايو نياز دارد و مي تواند 2 درايو را كه از كار افتاده اند را تحمل كند. البته احتمال خرابي دو درايو به صورت همزمان بسيار اندك است. اما اگر درايو در سيستم هاي RAID5 از بين برود و درايو جديدي جايگزين آن شود، بازسازي درايو تعويض شده ساعت ها يا حتي بيشتر از روز طول مي كشد.

اگر در اين مدت نيز ريد ديگري از بين برود، داده هاي شما نيز از بين خواهد رفت. اما در RAID6 اين مشكل كاملا حل شده است. پس تعجب نكنيد اگر RAID 6 را به نام RAID با بيت افزونه دوتايي (Double Parity RAID) ببينيد كه اين نام، برگرفته از ساختار آن است. طبيعي است كه كارايي نوشتن در RAID 6 در مقايسه با RAID 5 كمتر است و البته كه هزينه بيشتري هم براي آن بايد بپردازيم. RAID 6 را در SSD ها هم مي‌توان استفاده كرد.

مزايا:

1ـ مانند RAID5، پردازش و انتقال داده بسيار سريع صورت مي گيرد.

2ـ اگر دو درايو خراب شوند، شما هنوز هم به همه داده ها دسترسي داريد، حتي اگر درايوهاي خراب جايگزين شوند. بنابراين RAID6 نسبت به RAID5 از امنيت بيشتري برخوردار است.

مضرات:

1ـ ذخيره اطلاعات نسبت به RAID5 كندتر صورت مي گيرد به طوري در برخي مقالات آمده است كه حدوداً 20% كندتر صورت مي گيرد.

2ـ خرابي درايو بر روي عملكرد تأثير گذار مي باشد اما باز هم قابل قبول است.

3ـ اين يك فناوري پيچيده است. بازسازي Array اي كه در آن يك درايو شكست خورده باشد مي تواند مدت زيادي طول بكشد.

موارد استفاده:

RAID6  يك سيستم همه جانبه خوب است كه با ذخيره سازي كارآمد، امنيت عالي و عملكرد مناسب همراه است. در سرورهايي و برنامه هايي كه از بسياري از درايوهاي بزرگ براي ذخيره سازي داده استفاده مي كنند، نسبت به RAID5 ارجحيت بيشتري دارد.

منبع : انواع مختلف ريد