RAID چیست؟
Redundant Array of Independent Disk یا RAID یک فناوری مجازی‌سازی برای ذخیره‌سازی داده است که در آن چندین هارد دیسک با هم ترکیب می‌شوند تا یک یا چند واحد منطقی را برای ایجاد افزونگی (Redundancy)، قابل اطمینان بودن و مقیاس‌پذیری ایجاد کنند. در این مقاله به شما توضیح خواهم داد که RAID چیست و چگونه عمل می‌کند.
داده‌ها به روش‌های مختلفی در بین دیسک‌ها بر اساس سطوح RAID مانند RAID 0، RAID 1، RAID 2، RAID 3، RAID 4، RAID 5، RAID 6 و RAID 10 و غیره توزیع می‌شوند.
همانطور که در بخش های بعدی توضیح داده شده است هر یک از سطوح RAID اهداف متفاوتی را انجام می‌دهند. قبل از درک مزایا و معایب سطوح مختلف RAID، مهم است که بدانید چگونه سطح RAID مناسب خود را انتخاب کنید. دانستن این نکته که عملکرد هر سطح از RAID چیست به شما در انتخاب سطح مناسب کمک زیادی می‌کند.
فاکتورهای اساسی در انتخاب سطح RAID مورد نظر
- مقرون به صرفه بودن
- افزونگی (قابل اطمینان بودن یا امنیت)
- برخورداری از ملزومات مرتبط با عملکرد (کم، متوسط، زیاد)
- ظرفیت ذخیره‌سازی
آشنایی بهتر با سطوح RAID و مزایا و معایب آن
RAID 0 – Striping
RAID 0 از striping استفاده می‌کند، به این معنی که داده‌ها در سطح RAID 0 به طور مساوی در تمام دیسک‌ها تقسیم می شوند. در اینجا، ظرفیت ذخیره سازی معادل با مجموع ظرفیت تمام دیسک‌های موجود در array است، که به یک حجم گسترده شباهت دارد. با استفاده از حداقل 2 دیسک به طور همزمان، RAID 0 عملکرد ورودی و خروجی عالی ارائه می‌دهد. این عملکرد را می‌توان با استفاده از چندین کنترلر افزایش داد. در حالت ایده آل، در هر دیسک یک کنترلر قرار دارد.
RAID 0 افزونگی یا تحمل خطا را برای رسیدگی به خرابی‌های دیسک، مانند یک ولوم گسترده (Spanned Volume)، ارائه نمی‌کند. بنابراین، خرابی یک دیسک باعث از بین رفتن کامل داده‌های RAID می‌شود و امکان بازیابی اطلاعات RAID را در مقایسه با حجم شکسته شده کاهش می‌دهد.
استفاده ایده‌آل: مناسب برای ذخیره‌سازی داده‌های غیرحیاتی که باید با سرعت بالا خوانده شوند، مانند بخش ویرایش video/voice یا محیط‌های بازی.
مزایا و معایب RAID 0
مزایا
- فن آوری آسان برای پیاده سازی دارد؛
- از طرفیت ذخیره‌سازی به خوبی استفاده می‌کند؛
- عملکرد خوب در هر دو عملیات read و write دارد.
معایب
- قابلیت تحمل خطا (fault-tolerance) را ندارد؛
- خرابی یک درایو منجر به از دست رفتن کامل اطلاعات می‌شود؛
- انتخاب ایده آلی برای سیستم‌های حیاتی عملیاتی نیست.
RAID 1 – Mirroring
RAID سطح 1 از mirroring بدون توازن (Parity)، striping یا تقسیم فضای دیسک در چندین دیسک استفاده می‌کند.
این RAID مجموعه‌ای از حداقل دو درایو است که حاوی یک کپی دقیق یا آینه‌ای از داده‌ها است. این نکته به این معنی است که با write آن بر روی دیسک داده و روی دیسک آینه، تمام داده‌ها به صورت redundant هستند. این array زمانی مفید است که عملکرد read در مقایسه با عملکرد write مهمتر باشد. علاوه بر این، تا زمانی که یک دیسک در حالت عملیاتی باشد، به کار خود ادامه خواهد داد. اگر درایو از کار بیفتد، کنترل کننده از دیسک داده یا دیسک آینه‌ای برای به دسترسی به داده‌ها استفاده می‌کند.
استفاده ایده‌آل: محیط‌های ذخیره‌سازی داده‌های حیاتی مانند سرورهای استاندارد نرم‌افزار یا سیستم‌هایی که در آن‌ها به data redundancy، قابلیت اطمینان (در دسترس بودن) و عملکرد بالا نیاز است.
مزایا و معایب RAID 1
مزایا
- این RAID یک فناوری ساده و آسان برای پیاده سازی است؛
- عملیات read بسیار سریع است؛
- تحمل خطای بالا را برای پیکربندی هایی که دارای دو درایو دیسک هستند ارائه می‌دهد؛
- در صورت خرابی درایو، داده‌ها را می‌توان در درایو جایگزین کپی کرد و بنابراین از بازسازی مجدد داده‌ها جلوگیری کرد.
معایب
- ظرفیت ذخیره سازی داده قابل استفاده تنها نیمی از کل ظرفیت درایو است زیرا داده‌ها redundant هستند؛
- اجازه نمی‌دهد درایو خراب در هنگام داغ بودن تعویض شود. این بدان معنی است که درایو خراب تنها پس از خاموش کردن رایانه‌ای که به آن متصل است، قابل تعویض است. بنابراین، برای سروری که توسط بسیاری از کاربران به طور همزمان استفاده می‌شود، این کار همیشه امکان پذیر نیست؛
- هزینه‌های آن بالاتر است و دو برابر مقدار درایو معمولا برای دستیابی به ظرفیت مورد نظر نیاز دارد.
RAID 5 و parity و striping
RAID سطح 5 ترکیبی از stripe های سطح بلوک با توازن توزیع شده (Distributed Parity) بین درایوها است. RAID 5 رایج‌ترین و امن‌ترین سطح RAID است.
RAID 5 به حداقل 3 درایو نیاز دارد و می‌تواند با حداکثر 16 درایو کار کند. بلوک‌های داده (Data block) در سراسر دیسک‌ها به صورت striped هستند و بر روی یک دیسک یک parity checksum برای تمام داده‌های بلوک نوشته می‌شود. داده‌های parity روی یک درایو ثابت نوشته نمی‌شوند، بلکه در تمام درایوها پخش می‌شوند. با این داده‌ها، کامپیوتر می‌تواند داده‌های بلوک‌های دیگر را دوباره محاسبه کند. این بدان معناست که این نوع array می‌تواند در برابر شکست یک درایو بدون از دست دادن اطلاعات مقاومت کند. اگرچه در سطح نرم افزار می‌توان به این نکته دست یافت، اما توصیه می‌شود از کنترلر سخت افزاری استفاده شود. حافظه cache اضافی در این کنترلرها برای بهبود عملکرد write استفاده می‌شود. RAID سطح 5 ذخیره سازی را با امنیت و عملکرد مناسب ترکیب می‌کند.
استفاده ایده آل: ذخیره سازی فایل و سرورهای برنامه، مانند ایمیل، سرورهای ذخیره سازی عمومی، سرورهای اخبار و غیره.
مزایا و معایب RAID 5
مزایا
- تراکنش های داده خواندنی در مقایسه با تراکنش های داده نوشتنی که به دلیل محاسبه parity تا حدودی کند هستند، سریع هستند.
- داده ها حتی پس از خرابی درایو و در حین تعویض هارد دیسک خراب در دسترس باقی می مانند زیرا کنترل کننده ذخیره سازی داده ها را روی درایو جدید بازسازی می‌کند.
معایب
- تکنولوژی پیچیده‌ای دارد؛
- درایوهای ناموفق اثرات نامطلوبی بر توان عملیاتی دارند؛
- اگر یکی از درایوهای با اندازه بزرگ در array خراب شود، بسته به بار array و سرعت کنترلر، تعویض و بازیابی داده‌ها (یا زمان بازسازی) ممکن است یک یا چند روز طول بکشد.
- اگر دیسک دیگری آسیب ببیند یا خراب شود، اطلاعات برای همیشه از بین می‌رود.
RAID 6 با parity دو برابری
RAID Level 6 مشابه RAID 5 با مزیت distributed parity مضاعف است که تحمل خطا تا 2 درایو خراب را فراهم می‌کند. بازسازی این RAID Array ممکن است ساعت‌ها یا روزها طول بکشد. در حین بازسازی RAID 5، اگر دو درایو از کار بیفتند، داده‌ها از بین می‌روند. اما در RAID 6، RAID Array حتی پس از خرابی درایو دوم نیز زنده می‌ماند و در نتیجه RAID 6 را از RAID 5 ایمن‌تر می‌کند.
استفاده ایده آل: اتوماسیون اداری، خدمات آنلاین مشتریان و برنامه‌هایی که نیاز به دسترسی در سطح بالا دارند. همچنین، RAID 6 را می‌توان برای برنامه‌هایی با نرخ درخواست read بالا، اما درخواست‌های write کمتر استفاده کرد.
مزایا و معایب RAID 6
مزایا
- تراکنش‌های خواندن داده‌ها بسیار سریع هستند؛
- دسترسی به داده ها بالاست؛
- افزونگی بیشتر در مقایسه با RAID 5 وجود دارد.
معایب
- به دلیل parity دو برابری، تراکنش‌های write کند هستند؛
- بازسازی RAID Array به دلیل ساختار پیچیده آن زمان بیشتری می‌برد.
RAID 10 (RAID 1+0) – Mirroring و Striping
RAID Level 10 ترکیبی از RAID 0 و RAID 1 است. این بدان معناست که mirroring و striping در یک RAID Array انجام می‌شود. RAID 10 ساختار در هم تنیده یا هیبریدی دارد و گاهی اوقات به عنوان RAID 1 + 0 شناخته می‌شود. این RAID هم امنیت و هم کارایی را با mirroring و striping داده‌ها در چندین درایو فراهم می‌کند. برای ساختن یک سیستم RAID سطح 10 یا (RAID 1+ 0) حداقل به 4 درایو نیاز است.
استفاده ایده‌آل: این سطح RAID برای محیط‌هایی ایده‌آل است که نیاز به عملکرد و امنیت داده در سطح بالا دارند. مانند تراکنش‌های پایگاه‌های داده با اطلاعات حساس.
مزایا و معایب RAID 10
مزایا
- ترکیبی از mirroring و striping آن را سریع و انعطاف پذیر می‌کند؛
- Mirroring باعث امن‌تر شدن RAID می‌شود.
معایب
- گران است؛
- مقیاس پذیری در آن محدود می‌شود.
RAID 50 (RAID 5+0) – Block-level Striping and Distributed ParityRAID 50
RAID 50، درحقیقت RAID 0 و RAID 5 را ترکیب می‌کند. این بدان معناست که توزیع parity و striping در یک RAID Array تکی قابل مشاهده است. RAID 50 یک RAID ترکیبی است و گاهی اوقات به عنوان RAID 5 + 0 نامیده می‌شود.
پیکربندی RAID 50 به حداقل 6 درایو نیاز دارد. این RAID عملکرد و امنیت write بهتری را فراهم می‌کند، مثلا زمان بازسازی سریعتر از RAID 5 در صورت خرابی دیسک از ویژگی‌های آن است. علاوه بر این، این سطح RAID ظرفیت و کارایی بیشتری را با جدا کردن داده‌ها در چندین درایو ارائه می‌دهد.
استفاده ایده آل: برای برنامه‌هایی که به قابلیت اطمینان بالا، ظرفیت بالا و سرعت انتقال داده بالا نیاز دارند؛ مانند برنامه‌های پردازش تراکنش، برنامه‌های آفیس و غیره، این RAID انتخاب مناسبی می‌باشد.
مزایا و معایب RAID 50
مزایا
- عملکرد read عالی ارائه می‌دهد؛
- حفاظت بیشتر بدون هزینه‌های سربار نسبت به آرایه RAID 10 ارائه می‌دهد؛
- توان عملیاتی و افزونگی داده افزایش یافته است.
معایب
- خرابی دو درایو در پیکربندی RAID 5، کل آرایه RAID 50 را غیرقابل استفاده می‌کند؛
- آرایه RAID 50 به دیسک‌های همگام سازی شده برای حداکثر توان عملیاتی نیاز دارد که انتخاب دیسک را محدود می‌کند.
RAID 60 (RAID 6+0) – Striping در سطح بلوک و parity دوگانه
RAID 60 نوع دیگری از RAID به صورت هیبرید است که ترکیبی از بلوک‌بندی سطح RAID 0 با parity دوگانه RAID سطح 6 می‌باشد. این RAID شبیه RAID 50 است اما قابلیت اطمینان داده‌ها را با عملکرد کمتری ارائه می‌دهد. این سطح RAID از حجم‌های بزرگتر نیز پشتیبانی می‌کند.
RAID 60 گاهی اوقات به عنوان RAID 6 + 0 نیز نامیده می‌شود. پیاده سازی RAID 60 به حداقل 8 دیسک (یا یک مجموعه 4 دیسکی RAID 6) برای کار کردن نیاز دارد.
استفاده ایده آل: مناسب برای برنامه‌های مالی و حسابداری، سرورهای database
مزایا و معایب RAID 60
مزایا
- نرخ تراکنش داده read بالایی دارد؛
- افزونگی بالایی دارد.
معایب
- مصرف فضای دیسک بالا است؛
- عملکرد آن در سطح پایین‌تری در مقایسه با RAID 50 قرار دارد.
توجه: اگر قصد اجرای RAID 60 را دارید، به خاطر داشته باشید که 50 درصد فضای ذخیره سازی توسط این RAID در overhead مصرف می‌شود. با این حال، با استفاده از RAID 10، می‌توان به عملکرد read مشابه و عملکرد کلی write و سطوح redundancy بهتر دست پیدا کرد.
حتی اگر سطوح RAID، redundancy داده را فراهم کنند، اما استفاده از آن‌ها برای تهیه نسخه‌ی پشتیبان از اطلاعات حیاتی انتخاب خوبی نیست. این مساله به این دلیل است که در حالی که اکثر پیکربندی‌های RAID از شما در برابر خرابی سخت‌افزار محافظت می‌کنند، محافظتی در برابر خرابی داده‌ها و یا فعالیت‌های مخرب ارائه نمی‌دهند.
برای جلوگیری از فرایند از دست رفتن اطلاعات، باید اطمینان حاصل کرد که یک نسخه پشتیبان از اطلاعات حیاتی در یک هارد دیسک جداگانه ایجاد شود. دانستن اینکه RAID چیست و چه سطوحی دارد و چگونه عمل می‌کند، همواره برای کارشناسان نکته‌ی مهمی به شمار می‌‍آید.