RAID چیست و برسی انواع آن

فناوری RAID چیست ؟

در این مقاله قصد داریم به این سوال ها که، RAID چیست،به طور مثال Raid 1 چیست،Raid 5 چیست و انواع RAID پاسخ دهیدم.

RAID  مخفف Redundant Array of Inexpensive Disks است . درترجمه لغوی، رید به معنای،آرایه ای از دسیک های مجزا میباشد .

در واقع raid، تکنولوژی مجازی سازی ذخیره اطلاعات است . در این تکنولوژی، یک یا چند هارد دیسک فیزیکی با هم ترکیب میشوند، و یک یا چند واحد منطقی یا logical units را تشکیل مدهند . در واقع از رید کردن چند هارد درایو با هم : 1. افزونگی دیتا یا (Data redundancy ) و 2. بهبود عملکرد سیستم است . افزونگی دیتا به این معنی است که یک دیتا در مکان های مختلف ذخیره شود .

به زبان ساده تر، اطلاعات بین چند هارد درایو که با هم رید شده اند توضیع میشود . البته سیستم عامل، هر یک از این رید ها ( شامل چند هارد ) را به عنوان هارد واحد شناسایی میکند .این عمل باعث شد که قابلیت اطمینان بالا با استفاده از چند هارد ، و توزیع اطلاعات بین آنها، محقق شود.

داده ها، از طریق چند روش بین درایو ها توزیع میشود . این روش ها، انواع RAID بندی را تشکل میدهند، که در مقاله ای جداگانه، به طور مفصل به انواع رید بندی، و تفاوت آنها می پردازیم .

تاریخچه RAID :

در سال 1987 میلادی سه دانشمند دانشگاه برکلی کالیفرنبا، به نام های دیوید پترسون،گارث آلن گیبسون و رندی کتز، اصلاح RAID را به دنیای تکنولوژی معرفی کردند . آنها در سال 1988 ،مقاله ای را در کنفرانس SIGMOD ارائه کردند .در این مقاله، ثابت کردند که با داشتن آیه ای از دیسک های ارزان قیمت، میتوان به عملکرد دیسک های با قابلیت بالا دست یافت .

پس از مدتی تولیدکنندگان، واژه Independent را جایگزین Inexpensive، در مخفف RAID کردند .

رید کنترلر  چیست؟

RAID controller دستگاهی برای کنترل و مدیریت هارد ها داخل آرایه رید است .

این قابلیت به صورت سخت افزاری و نرم افزاری وجود دارد .

به عبارت دیگر، رید کنترلر، لایه ای بین سیستم عامل و هارد های فیزکی است که گروه هارد دیسک ها را به صورت واحد های لاجیکال یا منطقی نشان می دهد .رید کنترلر کارایی را افزایش میدهد و در هنگام وجود ایراد در هاد ها ، از اطلاعات، تا حد امکان محافظت می کند .

رید کنترلر در حالت فیزکی میتواند حتی روی مادربرد سرور هم باشد . وظیفه این دستگاه مدیرت آرایه است .

رید کنترلر در حالت نرم افزاری، از منابع سخت افزاری سیستم مانند CPU و رم استفاده می کند.

عملکرد رید کنترلر نرم افزاری مشابه حالت سخت افزارذی است،اما با سرعتی به مراتب پایین تر .

استفاده از رید کنترلر نرم افزاری ممکن است روی دیگر اپلیکیشن های سرور تاثیر گذارد و کارایی را کاهش دهد.

سه دسته کلی برای سطوح رید تعریف شده است که شامل موارد زیر میشود.

1. standard RAID
2. Nested (hybrid) RAID
3. nonstandard RAID

1 .  انواع RAID استاندارد (Standard RAID levels) :

رید استاندارد شامل، RAID 0 تا RAID 6 میشود. در ادامه، هر کدام را به طور مفصل برسی میکنبم.

RAID 0 چیست ؟

RAID 0  از پیکربندی نواری یا striping بهره می‌برد. رید 0 بهترین عملکرد و کارایی را دارد ، میرورینگ (mirroring)، و افزونگی دیتا ندارد و قابلیت Fault Tolerance یا (تحمل خطا) را هم ندارد . Fault Tolerance در واقع به سیستم امکان می‌دهد در صورت وجود خطا، به عملکرد خود، به خوبی ادامه دهد .

برای اجرای raid 0 حداقل به دو هارددیسک نیاز داریم . این رید سریعترین نوع raid محسوب می‌شود.

raid 0 کل اطلاعات را به قسمت های مساوی یا strip تقسیم کرده و بین تمام هارد های موجود در array یا آرایه توزیع می‌کند. این یعنی مقداری مساوی از اطلاعات، روی هر هارددیسک ذخیره می‌شود. در صورت معیوب شدن یک هارد، کل اطلاعات از دست می‌رود.

کاربرد RAID 0:

با توجه به نکاتی که ذکر شد، این رید برای ذخیره اطلاعات مهم و حساس مناسب نیست .

این رید، در مواردی که به سرعت بالا نیاز داریم، مثل ویرایش ویدئو، یا استریم زنده ویدئو (live video streaming)، استفاده می‌شود.

Raid 1 چیست

Raid 1 چیست قابلیت Striping ندارد، اما دارای Mirroringاست .این رید به نام Mirror یا آینه ای هم شناخته می‌شود.

برای اجرای این رید، به حداقل دو هارد نیاز است، تا فرایند duplicating انجام شود .

در واقع، اطلاعات به طور کامل روی همه هارد ها ذخیره می‌شود.  سرعت خواندن اطلاعات در این رید بیشتر از نوشتن است، زیرا همزمان دیتا از روی دو هارد خوانده می‌شود . عمل نوشتن دو بار ،و روی دو هارد انجام می‌شود، که زمان بیشتری می‌برد، و برابر با زمان نوشتن روی یک هارد است.

تعداد هارد ها در RAID 1 ، باید زوج باشد ، و حداقل به دو هارددیسک نیاز است. در این رید، ذخیره اطلاعات روی هر دو هارد انجام می‌شود. در واقع دیتا، روی هارد اول ذخیره شده و سپس به هارد دوم هم منتقل میشود .

کاربرد RAID 1:

کاربرد Raid 1 چیست ؟ در اپلیکیشن هایی که نیاز به دسترسی بالا و کارایی بیستری دارند، مانند سیستم عامل، ایمیل ها ،و بانک های اطلاعاتی تراکنش یا (Transactional databases) استفاده می‌شود.

در واقع در محیط هایی که خواندن سریع تر اطلاعات را نیاز داریم، این رید مورد استفاده قرار می‌گیرد.

RAID 2 چیست ؟

این رید، دارای پیرکربندی stripng است . برخی از دیسک ها اطلاعات ECC یا (error checking and correcting) را ذخیره می‌کنند.

در واقع برای امنیت داده ها از ECC استفاده می‌شود. RAID 2 مزیتی نسبت به RAID 3 ندارد .استفاده از این رید امروزه تقربا منسوخ شده است .

Raid 5 چیست ؟

در RAID 5 اطلاعات بیت توازن یا پریتی (parity) در هر هارد درایو به شکل نواری یا strip در می آید .

به دلیل وجود پریتی در هر هارد، اگر حتی یک درایو FAIL شود ، آرایه RAID درست عمل می کند.

در رید 5 ، عمل خواندن و نوشتن ، از چند هارد درایو، قابل انجام است .

در مقایسه با RAID 0 ، رید 5  کارایی کمتری در عمل خواندن و نوشتن دارد .

البته سرعت خواندن و نوشتن نسبت به RAID 1 بیشتر است .

برای اجرای RAID 5 حداقل به سه هارد نیلز است ، اما توصیه می شود بیشتر 5 هارد در این رید استفاده نشود.

به دلیل وجود Parity، فضای یک هارد را در اختیار نداریم ، اما با معیوب شدن یک هارد، اطلاعات رید، حفظ میشود .

در صورت اشکال در یک هارد، میتوان با هارد جدید جاگزین شود و اطلاعات روی آن ریکاوری می شود.

کاربرد Raid 5 چیست :

Raid 5 چیست ؟ به دلیل وجود پریتی، بیشتر برای کاربرد های خواندن ، مانند بانک اطلاعتی SQL مناسب است .

اصطلاحا، رید 5، Read Intensive است، و بیشتر برای خواندن مناسب است .

در کابرد هایی که محدودیت تعداد هارد باشد این رید مناسب است .

RAID 6 چیست ؟

عملکرد RAID 6، شبیه RAID 5 است، با این تفاوت که بیت توازن دوتایی یا (double parity raid) استفاده میکند.

کارایی نوشتن در رید 6 ، از رید 5 کمتر است، و البته زمان و هزینه بیشتری می برد.

RAID 6 از دو بیت توازن (parity) استفاده میکند، که این موجب می شود، حتی اگر عملکرد دو هارد با مشکل مواجه شود،اطلاعات از دست نمی رود و سیسم کار خود را بدون مشکل ادامه می دهد.

حداقل به 4 هارد نیاز داریم.نیمی از فضای هارد ها، برای ذخیره دیتا، و نیمی دیگر،برای parity استفاده می شود.

با افزایش تعداد هارد ها، ظرفیت قابل استفاده در RAID 6 افزایش پیدا می کند، در صورتی که به طور مثال در RAID 10 ، نیمی از ظرفیت کل هارد ها ، برای حفاظت اطلاعات استفاده می شود و ربطی به تعداد هارد ها ندارد.

کاربرد RAID 6:

به دلیل پریتی (parity) دوتایی، و تحمل خرابی دو هارد ، در کاربرد های حساس و مهم، (Mission critical)

مانند : صنایع نظامی ، پزشکی و بانکداری مورد استفاده قرار می گیرد .

RAID 6 برای محیط های که برای مدت طولانی،اطلاعات را ذخیره میکنند، مثل آرشیو ها، کاربرد دارد .