در این مقاله قصد داریم در رابطه با تعریف Raid، انواع، مزایا و کاربردهای آن صحبت کنیم. پس در ادامه همراه ما باشید.

تاریخچه Raid:

تاریخچه ریدها به سال 1978 برمی گرده و توسط سه دانشمند با نام های دیوید پترسون و رندی کتز و گارث آلن گیبسون برای اولین بار مطرح شد. Gus German و Ted Grunau از شرکت Geac Computer Corp برای اولین بار به چنین ایده‌ای تحت عنوان MF-100 اشاره کرده بودند. البته Norman Ken Ouchi از IBM هم در سال ۱۹۷۷، تکنولوژی که بعدها به عنوان RAID 4 شناخته شد، به ثبت رسانده بود.

در سال ۱۹۸۳ شرکت Digital Equipment Corp درایوهایی را وارد بازار کرد که RAID 1 بودند و در سال ۱۹۸۶، IBM بار دیگر اختراعی را به ثبت رساند که عنوان RAID 5 را پیدا کرد. و در نهایت پترسون و کتز و گیبسون با توجه به آنچه که شرکت‌هایی چون Tandem Computers و Thinking Machines و Maxstor انجام داده بودند، موفق به ارایه رده‌بندی RAID خود شدند.

زمانی که در سال ۱۹۸۸ سطوح و انواع RAID لیست شد و بر تکنولوژی‌هایی که قبلا هم استفاده شده بود نامی نهاده شد، تکنولوژی محبوبی ایجاد شد که دست تولیدکنندگان عرصه ذخیره سازی داده را برای تولید محصولات بیشتری در زمینه RAID باز گذاشت.

Raid چیست؟

RAID فن آوری است که برای افزایش کارایی و قابلیت اطمینان در ذخیره سازی داده ها استفاده می شود. RAID مخفف (Redundant Array of Inexpensive Disks) و یا (Redundant Array of Independent Drives) می باشد. یک سیستم RAID از دو یا چند درایو که به صورت موازی کار می کنند تشکیل می شود. این درایوها می توانند به صورت هارد دیسک بوده و یا از SSD ها تشکیل شوند. به طور کلی سطوح مختلفی از RAID وجود دارد که هر یک از سطوح RAID ویژگی های خاص خود را دارد که شامل:

1ـ تحمل خطا: ادامه فعالیت با یک یا دو خرابی دیسک

2ـ کارایی: که تغییر در سرعت خواندن و نوشتن کل آرایه را در مقایسه با یک دیسک واحد نشان می دهد.

3ـ ظرفیت: ظرفیت آرایه بستگی به سطح RAID دارد و همیشه به اندازه دیسک های عضو RAID مطابقت ندارد. برای محاسبه ظرفیت نوع RAID خاص و مجموعه ای از دیسک های عضو می توانید از یک ماشین حساب آنلاین RAID استفاده کنید.

مزایای RAID بندی: 

ریدبندی مزایایی دارد که به شرح زیر است:

• صرفه‌جویی در هزینه: امکان استفاده از هارد دیسک های ارزان وجود دارد.
• استفاده از چند هارد در قالب یک RAID: سبب افزایش عملکرد خواهد شد.
• افزایش سرعت و قابلیت اطمینان

رید کنترلر (RAID controller) چیست؟

در واقع رید کنترلر یک کارت و یا تراشه است که بین سیستم عامل و درایوهای ذخیره سازی که معمولا هارد دیسک ها می باشند، قرار می گیرند. این رید ها می توانند حجم زیاد داده را مدیریت کرده و یا عملکرد هارد دیسک را بهبود بخشند. البته لازم به ذکر است اکثر رید کنترلر ها توانایی انجام هر دو کار را دارند.

رید کنترلر های معمولی سبب redundancy در SSD ها می شود اما عملکرد آن را بهبود نمی بخشند. اما رید کنترل هایی که مخصصوص SSD ها می باشند سبب بهبود عملکرد redundancy و عملکرد می شوند. Raid controller ها می توانند یک هارد درایو را به چندین هارد درایو تقسیم کنند. این کار سبب حفاظت از داده و همچنین redundancy خواهد شد. برای ارتباط بین سرورها و تجهیزات ذخیره سازی مانند ATA, SCSI, SATA, SAS و کانال های فیبر در سرور ها از کارت HBA استفاده می کنند.

رید کنترلر ها بر اساس نوع درایو SAS یا SATA، تعداد پورت، تعداد درایوهایی که می تواند پشتیبانی کنند، سطح RAID، سبک معماری رابط و مقدار حافظه طبقه بندی می شوند. به عنوان مثال ، این بدان معنی است که یک رید کنترلر SATA روی یک SAS کار نمی کند و یک کنترلر Raid 1 نمی تواند به یک Raid 10 تغییر یابد.

روش های ذخیره سازی رید:

روش های اصلی ذخیره داده در Array عبارتند از: 

ـ Striping :

 تقسیم جریان داده به بلوک های (Blocks) با اندازه مشخص (به نام اندازه بلوک سایز (Block size)) و سپس نوشتن این بلوک ها در یک RAID یک به یک. این روش ذخیره سازی داده ها روی عملکرد تأثیر می گذارد.

ـ Mirroring:

Mirroring یک روش ذخیره سازی است که در آن نسخه های یکسان داده به طور همزمان در اعضای RAID ذخیره می شوند. این نوع قرارگیری داده ها روی تحمل خطا و همچنین عملکرد تأثیر می گذارد.

ـ Parity:

یک روش ذخیره سازی است که از روش های نواری و کنترل استفاده می شود. در این تکنیک از تابعی استفاده می‌شود که هنگام بروز خرابی در یک هارد، بلاک از بین رفته را به کمک چکسام دوباره محاسبه می‌کند. البته لازم به ذکر است امکان ترکیب این سه روش ذخیره سازی در رید وجود دارد و می‌توانید بر اساس نیازتان در رابطه با امنیت و کارایی، از ترکیب آنها استفاده کنید.

انواع سطوح RAID:

هفت سطح مختلف RAID وجود دارد که از RAID 0 تا RAID 6 را شامل می‌شود:

ـ RAID 0 چیست؟

در سیستم RAID 0 که دارای پیکربندی Striping یا نواری است داده ها به بلوک هایی تقسیم می شوند که در تمام درایوهای موجود در Array نوشته می شوند. با استفاده از چندین دیسک (حداقل 2) به طور همزمان، عملکرد عالی را در I/O (ورود و خروج داده) ارائه می دهد. در حالت ایده آل می توان با استفاده از چندین کنترلر و یک کنترل کننده در هر دیسک عملکرد را افزایش داد.

RAID 0 برای ذخیره داده‌هایی که حساس و مهم نیستند و و برای مواردی که به سرعت بالا در خواندن و نوشتن نیاز دارند، مناسب است مثل live streaming video و ادیت ویدئو که کارایی و سرعت مطرح است.

یکی دیگر از کاربردهای RAID 0 این است که Striping بدون ریداندنسی برای داده‌های موقتی، فضای چرک نویس فراهم می‌کند. همچنین در مواردی که کپی اصلی از داده موجود است و به راحتی از دستگاه‌های استوریج دیگر قابل ریکاوری است می‌توان از RAID 0 را استفاده کرد.

مزایا:

1ـ RAID 0 هم در کارهای خواندن و هم در نوشتن عملکرد عالی دارد.

2ـ از تمام ظرفیت ذخیره سازی استفاده می شود.

3ـ اجرای این فناوری آسان است.

مضرات:

1ـ RAID 0 تحمل خطا را ندارد. برای مثال اگر یک درایو خراب شود، تمام داده های موجود در RAID 0 از بین می روند. نباید از آن برای سیستم های مهم استفاده کرد.

موارد استفاده:

RAID 0 برای ذخیره سازی داده هایی کم اهمیت که باید با سرعت بالا خوانده و یا نوشته شوند، مانند ایستگاه روتوش تصویر یا ویرایش فیلم ایده آل است.

ـ RAID 1 چیست؟

داده ها در دو درایو به صورت آینه ای ذخیره می شوند یعنی دارای پیکربندی Mirroring است که این عامل سبب می شود، اگر یک درایو از کار بیافتد، کنترلر از درایو داده یا درایو آینه برای بازیابی داده استفاده می کند و به کار خود ادامه می دهد. برای ایجاد RAID1 حداقل به دو درایو نیازمند هستید.

RAID 1 برای محیط‌هایی مناسب است که به کارایی و دسترس پذیری بالا نیاز دارند مانند اپلیکیشن‌های Transactional و سیستم عامل ها و ایمیل ها. RAID 1 همچنین در اپلیکیشن هایی که به سرعت خواندن بسیار سریعی نیاز دارند مناسب است. اگر درایوهای اصلی آرایه خراب شود، ترافیک به درایوهای ثانویه یا میرور شده و بکاپ شده سوییچ می‌کند.

یکی دیگر از کاربردهای RAID 1 استفاده در آرشیو داده است یعنی جایی که از دست رفتن اطلاعات، غیرقابل قبول است.

مزایا:

1ـ RAID1 سرعت خواندن و نوشتن عالی را ارائه می دهد که قابل مقایسه با یک درایو منفرد است.

2ـ در صورت خرابی درایو، داده ها باید در درایو تعویض کپی شوند.

3ـ RAID1 یک فناوری بسیار ساده است.

مضرات:

1ـ نقطه ضعف اصلی این است که ظرفیت ذخیره سازی مؤثر تنها نیمی از کل ظرفیت درایو است زیرا همه داده ها دو بار نوشته می شوند.

2ـ راه حل های نرم افزاری RAID1 همیشه اجازه تعویض درایو خراب را نمی دهد. این بدان معناست که تعویض درایو خراب تنها پس از خاموش کردن رایانه ای که به آن وصل شده است امکان پذیر می باشد.

3ـ برای سرورهایی که به طور هم زمان به چند کاربر متصل است، ممکن است مناسب نباشد. زیرا چنین سرورهایی باید از قابلیت Hot swapping پشتیبانی کنند.

موارد استفاده:

RAID1 برای ذخیره سازی اطلاعات بحرانی به عنوان مثال سیستم های حسابداری ایده آل است. همچنین برای سرورهای کوچک که در آن فقط از دو درایو داده استفاده می شود نیز مناسب می باشد.

ـ RAID 2 چیست؟

RAID 2 که استفاده از آن امروزه منسوخ شده است دارای پیکربندی Striping است و برخی دیسک ها اطلاعات ECC یا Error Checking and Correcting را ذخیره می‌کنند. یعنی برای تامین امنیت داده از ECC استفاده می‌کند. همچنین از Hamming Code Parity استفاده می‌کند که فرم خطی از کد اصلاح خطاست.

ـ RAID 3 چیست؟

RAID 3 نیز امروزه کاربرد زیادی ندارد و از Byte Level striping  استفاده می کند و یک هارد دیسک را برای ذخیره اطلاعت parity اختصاص می دهد. رید ۳ نمی‌تواند پاسخگوی چندین درخواست همزمان باشد چون اطلاعات پریتی روی دیسک جداگانه قرار می‌گیرد و بلاک داده بین تمام هاردها تقسیم شده و روی هر هارد، روی مکان فیزیکی یکسان قرار می‌گیرد. پس در هر عملیات I/O باید روی همه دیسک ها کار انجام شود و معمولا هم نیاز به همگام سازی Spindle است.

اطلاعات ECC یه صورتی تعبیه شده است تا خطاها را تشخیص دهد. فرآیند دیتا ریکاوری با محاسبه اطلاعات ثبت شده روی دیگر درایوها انجام می‌شود. عملیات I/O همزمان روی همه درایوها انجام می‌شود و RAID 3 نمی‌تواند I/O را به صورت Overlap و هم پوشی انجام دهد و دقیقا به همین دلیل از این رو RAID 3 بهترین انتخاب برای سیستم ­­های تک کاربره با برنامه هایی است که نیاز به نواربندی بلند دارند.

RAID 3 و RAID 4 به سرعت با RAID 5 جایگزین شدند که در ادامه درباره آن توضیح خواهیم داد.

ـ RAID 4 چیست؟

این نوع رید هم مانند RAID 3 از استرایپ داده استفاده می‌کند و مشابه RAID 5 است یعنی دارای پیکربندی Parity Block-Level Striping است اما این نوارها بزرگ هستند. بدین معنی که می توان رکوردها یا نوارها را تنها از یک هارد خواند. این باعث می شود که بتوان عملیات I/O را با همپوشانی انجام داد. از آنجایی که عملیات نوشتن مجبور است هر بار درایو parity را به روز رسانی کند هیچ تداخلی در عملیات خواندن و نوشتن اتفاق نمی افتد. RAID 4 هیچ مزیتی نسبت به RAID 5 ندارد.

این رید در Random Read کارایی بالایی دارد و در Random Write کارایی به دلیل اینکه همه پریتی ها باید از یک دیسک خوانده شوند، کمتر می‌شود.

ـ RAID 5 چیست؟

RAID5 رایج ترین سطح RAID با امنیت بالا می باشد. این رید حداقل به 3 درایو نیاز دارد اما می تواند با حداکثر 16 درایو نیز کار کند.داده ها در تمامی درایو ها ذخیره می شوند. به این صورت که داده ها به صورت یکسان بین تمامی درایوها پخش و سپس ذخیره نمی شوند. بنابراین در صورتی که یکی از دستگاه ‌های ذخیره ‌سازی خراب شود، با اطلاعات موجود در هارد و اطلاعات parity ذخیره شده می‌توان اطلاعات سایر دستگاه ها را دوباره تولید نمود، در این نوع Raid استفاده از کنترلرهای سخت افزاری Raid توصیه می شود. معمولا در کنترلرهای سخت افزاری Raid در این نوع یک حافظه cache جهت افزایش بهره وری استفاده می شود.

مزایا:

1ـ ذخیره سازی داده کند اما بازخوانی داده ها سریع صورت می گیرد.

2ـ اگر درایو خراب شود، شما هنوز هم به همه داده ها دسترسی دارید، حتی در حالی که درایو خراب جایگزین شده است، کنترلر ذخیره سازی داده های موجود در درایو جدید را دوباره بازسازی می کند.

مضرات:

1ـ خرابی بر روی توان کاری تأثیر گذار خواهد بود.

2ـ این یک فناوری پیچیده است. اگر یکی از دیسک های موجود در یک Array با استفاده از دیسک های 4TB از کار بیفتد و جایگزین شود، بسته به بار روی Array و سرعت کنترلر، بازیابی اطلاعات (زمان بازسازی) ممکن است یک روز یا بیشتر طول بکشد. البته اگر در همین زمان درایو دیگری خراب شود کل داده از بین خواهد رفت.

موارد استفاده:

RAID5 یک سیستم همه جانبه خوب است که با ذخیره سازی کارآمد، امنیت عالی و عملکرد مناسب همراه است. این برای سرورهای که تعداد محدودی از درایوهای داده را دارند ایده آل می باشد.

ـ RAID 6 چیست؟

RAID6 مانند RAID5 بوده اما داده برابر بر روی دو درایو نوشته می شود. این بدان معناست که حداقل به 4 درایو نیاز دارد و می تواند 2 درایو را که از کار افتاده اند را تحمل کند. البته احتمال خرابی دو درایو به صورت همزمان بسیار اندک است. اما اگر درایو در سیستم های RAID5 از بین برود و درایو جدیدی جایگزین آن شود، بازسازی درایو تعویض شده ساعت ها یا حتی بیشتر از روز طول می کشد.

اگر در این مدت نیز رید دیگری از بین برود، داده های شما نیز از بین خواهد رفت. اما در RAID6 این مشکل کاملا حل شده است. پس تعجب نکنید اگر RAID 6 را به نام RAID با بیت افزونه دوتایی (Double Parity RAID) ببینید که این نام، برگرفته از ساختار آن است. طبیعی است که کارایی نوشتن در RAID 6 در مقایسه با RAID 5 کمتر است و البته که هزینه بیشتری هم برای آن باید بپردازیم. RAID 6 را در SSD ها هم می‌توان استفاده کرد.

مزایا:

1ـ مانند RAID5، پردازش و انتقال داده بسیار سریع صورت می گیرد.

2ـ اگر دو درایو خراب شوند، شما هنوز هم به همه داده ها دسترسی دارید، حتی اگر درایوهای خراب جایگزین شوند. بنابراین RAID6 نسبت به RAID5 از امنیت بیشتری برخوردار است.

مضرات:

1ـ ذخیره اطلاعات نسبت به RAID5 کندتر صورت می گیرد به طوری در برخی مقالات آمده است که حدوداً 20% کندتر صورت می گیرد.

2ـ خرابی درایو بر روی عملکرد تأثیر گذار می باشد اما باز هم قابل قبول است.

3ـ این یک فناوری پیچیده است. بازسازی Array ای که در آن یک درایو شکست خورده باشد می تواند مدت زیادی طول بکشد.

موارد استفاده:

RAID6  یک سیستم همه جانبه خوب است که با ذخیره سازی کارآمد، امنیت عالی و عملکرد مناسب همراه است. در سرورهایی و برنامه هایی که از بسیاری از درایوهای بزرگ برای ذخیره سازی داده استفاده می کنند، نسبت به RAID5 ارجحیت بیشتری دارد.

منبع : انواع مختلف رید