تکنولوژی raid

raid چیست؟

RAID مخفف Redundant Array of Independent Disks به معنای آرایه‌ای افزونه از هارد‌ دیسک‌های مستقل و جدا از هم است.حال اگر بخواهیم به زبان ساده بگوییم تکنولوژی raid از چندین هارد دیسک کنار هم تشکیل شده که اطلاعات روی این هارد دیسک‌ها طبق یک ترتیب و اصول از قبل تعیین شده ذخیره و کپی می‌شوند و با اجازه ورود و خروج اطلاعات از روی این هارد دیسک‌ها سرعت خواندن و نوشتن اطلاعات نیز افزایش می‌یابد. در این تکنولوژی همه هارد دیسک‌ها به صورت یک هارد دیسک منطقی در نظر گرفته شده و سیستم عامل، همه آن‌ها را به عنوان یک منبع واحد در نظر می‌گیرد.

تکنولوژی raid دارای سطح بندی‌های مختلفی است، با توجه به اینکه چه سطحی از RAID پیاده سازی شده باشد، می‌توان از مزایای آن که افزایش کارایی، امنیت اطلاعات و یا تلفیقی از این دو است استفاده نمود. از کاربرد‌های این فناوری می‌توان در انواع وب سرور‌ها، کامپیوتر‌های شخصی و ... نام برد که نیاز به افزایش کارایی و سرعت پردازش بالا و امنیت دارند.

رید یک تکنولوژی استفاده شده در سیستم‌های ذخیره‌سازی داده است که امکان ترکیب چندین هارد دیسک فیزیکی به عنوان یک واحد ذخیره‌سازی قابل مشاهده را فراهم می‌کند. از RAID برای افزایش سرعت عملکرد، ایمنی داده و/یا افزایش ظرفیت ذخیره‌سازی استفاده می‌شود.

انواع raid بندی هارد

تکنولوژی raid از مدل‌های مختلفی برای توزیع داده‌ها بین دیسک‌ها استفاده می‌کند. مدل‌های معروف RAID شامل RAID 0، RAID 1، RAID 5، و RAID 6 است. هر یک از این مدل‌ها ویژگی‌ها و مزایای متفاوتی دارند. به عنوان مثال، RAID 0 برای افزایش سرعت عملکرد استفاده می‌شود، در حالی که RAID 1 برای افزایش قابلیت اطمینان و بازیابی اطلاعات در صورت خرابی یکی از دیسک‌ها استفاده می‌شود. در ادامه با هر یک از این مدل ها آشنا می شویم.

تکنیک‌های ذخیره‌سازی در RAID

روش striping یا نواری در RAID: در این روش اطلاعات به بلوک‌هایی مساوی تقسیم شده و سپس یک به یک روی RAID قرار داده می‌شوند.

روش mirroring یا آیینه ای درRAID: با استفاده از این روش یک کپی از داده‌ها به طور همزمان بر روی چندین هارد دیسک ذخیره می‌شوند.(داده‌ها علاوه بر این که روی یک درایو نوشته می‌شوند همزمان یک کپی از آن بر روی یک یا چند درایو دیگر نیز نوشته می‌شود.)

تکنیک parity یا افزونه در RAID: داده‌ها در این روش به بلوک‌هایی مساوی تقسیم شده و به طور همزمان با استفاده از تکنیک checksum در RAID ذخیره می‌شوند (یک کد parity (توازن) تولید و در یک یا چند هارد دیسک ذخیره می‌گردد) که در صورت بروز مشکل در هارد، اطلاعات شناسایی و بازسازی شوند.

بیشتر بخوانید: افزونگی سرور یا Redundancy چیست؟ | انواع + مزایا

روش های اجرای RAID

برای ساخت یک رید می‌توان از دو روش نرم افزاری و سخت افزاری استفاده نمود.

روش سخت افزاری:

در روش سخت افزاری، از یک سخت افزار برای آرایه کردن هارد دیسک‌ها استفاده می‌شود. در واقع از یک کنترلر سخت افزاری استفاده می‌شود.

معایب:

• در این روش هزینه بیشتری برای خرید سخت افزار باید پرداخت شود.
• اگر قطعه کنترلر دچار مشکل شود تا زمان رفع مشکل، دسترسی به اطلاعت متوقف شده و برای برگرداندن اطلاعات باید قطعه‌ای مشابه قبلی استفاده شود.

مزایا:

• در این روش از پردازنده استفاده نمی‌شود.
• به دلیل داشتن محلی برای قرار دادن باتری، در زمان قطع برق، به صورت اضطراری برق سخت افزار را تامین کرده تا در فرایند ذخیره‌سازی اطلاعات مشکلی بوجود نیاید.
• در روش سخت افزاری میتوان ظرفیت هارد دیسک‌ها را به صورت آنلاین افزایش داد.

روش نرم افزاری:

در روش نرم افزاری از یک سیستم عامل و نرم افزار برای اجرای RAID استفاده می‌شود.

مزایا:

• در صورت بروز خرابی می‌توان هارد دیسک‌ها را به سیستم دیگر انتقال داد.
• کم شدن هزینه به دلیل نخریدن قطعه سخت افزاری مخصوص
• پشتیبانی از دیسک های Hot-swappable

معایب:

• به دلیل استفاده از نرم افزار سرعت و کارایی کاهش می‌یابد.
• در این روش فرآیند محدود به سیستم عاملی است که استفاده می‌شود.
• تقریبا همه سیستم عامل‌ها قابلیت ایجاد یک RAID را دارند. 
• به دلیل قرار گرفتن روی سیستم عامل برای اجرا از CPU سیستم میزبان استفاده می‌کند.

 
انواع raid

به طور کلی سه دسته مختلف برای انواع raid تعریف می شود:

• Standard RAID (رید استاندارد)
• Nested RAID (رید ترکیبی یا تو در تو)
• Nonstandard RAID (رید غیر استاندارد)

Standard RAID (رید استاندارد):

در RAID استاندارد، هفت سطح مختلف وجود دارد.(RAID0 …. RAID7) عدد بعد از RAID نشان دهنده نسخه و نوع RAID است.

• raid 0 چیست؟ در این سطح اطلاعات به بلوک‌های مساوی تقسیم شده و  هر بلوک را روی یک هارد ذخیره می‌کند.(از روش Striping استفاده می‌کند) از ویژگی‌های این حالت افزایش سرعت خواندن و نوشتن است. این روش بالاترین کارایی را دارد، افزونگی داده ندارد و ضریب خطای آن صفر است. همچنین در بین تمام RAIDها سریع‌ترین نوع به حساب می آید.

• raid 1 چیست؟ در این حالت اطلاعات به صورت یکسان روی هارد دیسک‌ها قرار می گیرد. در این روش حداقل به 2 عدد هارد دیسک نیاز است تا فرآیند ریدبندی انجام شود.(تعدادهاردها باید زوج باشند). در این مدل، اطلاعات روی هر دو دیسک ثبت می‌شود. به صورتی که داده ها روی یک هارد دیسک ذخیره می‌شود و سپس همان داده ها روی هارد دیسک دیگری نوشته می‌شود. یعنی دارای پیکربندی Mirroring است. در صورت خرابی یک هارد، اپلیکیشن ها و سیستم عامل به نسخه پشتیبان، ریپلیکیت (Replicate) می‌شوند که این خود مزیت اصلی آن است.مهمترین عیب آن کم شدن فضای ذخیره سازی و هزینه بر بودن آن است.

• raid 2 چیست؟ در این روش اطلاعات با استفاده از تکنیک Striping به دو قسمت تقسیم شده و روی 2 هارد دیسک ذخیره می‌شود. بخش کنترل خطا نیز روی یک هارد دیسک دیگر انجام می‌شود و در هنگام خواندن و نوشتن اطلاعات، به دقت این فرایند را مورد بررسی قرار می دهد.استفاده از RAID 2 منسوخ شده است.

• raid 3 چیست؟ یکی دیگر از انواع رید استاندارد است که در آن از Striping اطلاعات استفاده می‌شود، و یک هارد دیسک را برای ذخیره اطلاعات parity اختصاص داده است. با استفاده از ECC امکان تشخیص خطاها در این RAID امکان پذیر می‌باشد RAID 3. عملا کاربرد زیادی ندارد.

• raid 4 چیست؟ این RAID شباهت زیادی به RAID 3 دارد. تفاوت اصلی آن، روش به اشتراک گذاشتن داده ها‌ست. این Raid از Strip‌های بزرگ استفاده می‌کند. بدین معنی که شما می‌توانید هر رکوردی را از هر درایوی بخوانید. در این حالت از حداقل 3 هارد دیسک استفاده میشود. در این حالت هارد دیسک سوم برای بازگردانی اطلاعات در مواقع ضروری استفاده می‌شود.

• raid 5 چیست؟ رایج ترین نوع رید استاندارد با امنیت بالا است که در آن حداقل به 3 هارد دیسک نیاز است. در این حالت اطلاعات به صورت Mirroring روی دیسک ها ذخیره می‌شود. به طوریکه داده ها، روی دو هارددیسک اول و دوم ذخیره می‌شود و سپس محاسباتی روی آنها انجام داده و با نام بیت افزونه یا Parity آن را روی هارد سوم ذخیره می‌کند در دفعات بعدی Parity را روی هارد دیسک‌ها می‌چرخاند. پس دیسک جداگانه برای Parity نداریم. مزیت اصلی این رید سرعت خواندن بالای آن است و کارایی بیشتری نسبت به بقیه دارد. مهمترین عیب آن سرعت پایین در بازیابی اطلاعات است.به طوریکه اگر هاردی دچار مشکل شود بازسازی (Rebuild) آن ممکن است یک یا چند روز طول بکشد. بیشترین استفاده از این حالت در سرور‌ها و شبکه‌ها و SQL است.

• raid 6 چیست؟ این نوع شبیه RAID5 است ولی اطلاعات parity در دو دستگاه ذخیره می‌شود بنابراین در این نوع RAID حداقل ۴ دستگاه ذخیره سازی لازم است و در صورتی که 2 دستگاه دچار مشکل شود، باز می‌تواند به کار خود ادامه دهد. با توجه به اینکه احتمال خرابی دو هارد در یک زمان پایین است این روش قابلیت اطمینان بالایی دارد.

      رایج ترین سطوح رید، RAID 0 و RAID 1 و RAID 5 و RAID 6 است.

Nested RAID (رید ترکیبی یا تو در تو)

RAID Nested از ترکیب چند نوعRAID استاندارد بدست می آید.

• raid 10 چیست؟ در این روش اطلاعات به قسمت های کوچک تقسیم شده و هر کدام در دو هارددیسک به صورت موازی و کپی هم ذخیره می شوند. در واقع در این روش از ترکیب 0 Raid و 1 Raid استفاده شده است. در این روش تکنولوژی raid قابلیت اطمینان از طریق نگهداری کپی اطلاعات به سرعت و با تقسیم اطلاعات به دو بخش و نوشتن آن حاصل می شود. از مزایای آن سرعت نوشتن و خواندن بالاست  همچنین سرعت بازسازی اطلاعات بسیار سریع است و 1TB اطلاعات در عرض نیم ساعت باسازی می‌شود. مهمترین عیب آن این است که نصف فضای ذخیره سازی جهت Mirroring استفاده می شود و کل فضا استفاده نمی شود. اگر یکی از هاردها، خراب شوند، اطلاعات از روی هارد دوم قابل بازیابی است ولی اگر هر دو هارد از یک جفت Mirroring دچار مشکل شوند، اطلاعات به دلیل عدم وجود بیت افزونه (Parity) دیگر قابل دسترس نخواهد بود.

• raid 01 چیست؟ RAID 01 یا RAID 0+1 مشابه RAID 10 از ترکیب RAID 1 و RAID 0 به دست آمده است. تفاوت RAID 10 و RAID 01 در روش سازماندهی داده ها است. داده ها در  RAID 10 ابتدا Mirror و سپس Stirpe می‌شود ولی داده ها در RAID 01 ابتدا Stirpe و سپس Mirror می‌شود. برای راه‌اندازی این RAID حداقل ۴ هارددیسک لازم است و به این صورت که داده‌ها بین هاردها به صورت نواری توزیع می‌شود و سپس به صورت آینه‌ای ذخیره می‌شود.

• raid 03 چیست؟ این RAID را به صورت RAID 53 یا RAID 5+3 هم می‌شناسند. در آن Striping در RAID 0 روی بلاک های RAID 3 استفاده می‌شود.(برای بلاک های مجازی RAID 3 از نواربندی استفاده می کند) هرچند که کارایی بالاتری نسبت به RAID 3 دارد اما هزینه بیشتری هم نسبت به آن دارد.

• raid 50 چیست؟ در این مدل نیز از ترکیب دو حالت RAID 0 و RAID 5 استفاده می شود. در بعضی از Storage ذخیره سازهای معمول، تنها تعداد کمی از هارد را می‌توان RAID 5 نمود. این مشکل با معرفی حالت RAID 50 تا حدی برطرف می شود. امروزه در این ذخیره سازها، در ابتدا تمام هاردها به بخش ‌های کوچک‌ تر تقسیم شده و هر قسمت به صورت RAID 5 تنظیم می‌ شوند. در پایان تمام بسته‌ های RAID 5 با هم به صورت RAID 0 تنظیم می‌شود تا امکان دسترسی به تمام هاردها و حجم آنها برای کاربران وجود داشته باشد. حداقل ۶ هارد دیسک و کنترلر پیشرفته نیاز دارد و امنیت بسیار بالایی فراهم می‌کند.

• raid 60 چیست؟ RAID 60 ترکیبی از RAID 0 و RAID 6 است. در RAID 60 اطلاعات بین دو دسته هارد که RAID 6 شده‌اند Striping می شوند. برای راه‌اندازی RAID 60 حداقل به ۸ عدد هارد نیاز خواهد بود. یکی از مزایای این نوع از رید ترکیبی آن است که اگر سیستم نیز دچار مشکلی شود باز هم می‌تواند بدون وقفه به کار خود ادامه دهد.

Nonstandard RAID (رید غیر استاندارد)

یکی دیگر از انواع رید ها،نوع ریدهای غیر استاندارد هستند. اغلب سازمان‌ها و شرکت‌های بزرگ برای کاربردهای ویژه، از RAIDهای غیر استاندارد استفاده می‌کنند. بعضی از انواع مختلف Nonstandard RAID شامل موارد زیر است:

 
raid 7 چیست؟ این raid عمدتاً شامل عملکردهای RAID سطوح 3 و 4 است. RAID 7 دارای حافظه پنهان یکپارچه و پردازنده های اختصاصی برای مدیریت آرایه است که عملیات خواندن/نوشتن داده‌ها سریعتر انجام می‌شود. همچنین به دلیل اضافه شدن سخت افزار کنترلر (کش و پردازنده) کمتر به دیسک‌های parity وابسته است. به عنوان یک فناوری اختصاصی، برای خواندن/نوشتن داده ها به یک کنترلر اختصاصی نیاز دارد. 

Adaptive RAID چیست؟ این رید به کنترلر اجازه می دهد تا مشخص کند که parity چگونه روی دیسک ذخیره شود. کنترلر بسته به اینکه کدام رید برای عملیات نوشتن روی هارد دیسک ها بالاترین کارایی را خواهد داشت، بین RAID 3 و RAID 5 یکی را انتخاب می کند.

Linux MD RAID 10 چیست؟ این RAID توسط نرم افزاری به نام md (این نرم افزار توسط هسته لینوکس ارائه شده است) ایجاد می‌شود و از RAID 01 و برخی ویژگی‌های RAID 0 و RAID 1 و RAID 4 و RAID 5 و RAID 6 پشتیبانی می‌کند.

تشخیص raid سرور

برای تشخیص نوع raid در یک سرور، می‌توانید از روش‌های زیر استفاده کنید:

مشاهده مستندات سرور: یکی از راه‌های ساده برای تشخیص raid سرور، مطالعه مستندات و مشخصات فنی سرور است. این اطلاعات معمولاً در دفترچه راهنما یا سند‌های فنی سرور در دسترس قرار می‌گیرد. در این مستندات، نوع raid مورد استفاده در سرور به طور صریح ذکر شده است.

استفاده از نرم‌افزارهای مدیریت سرور: برخی سرورها نرم‌افزارهای مدیریت خاص خود را دارند که امکان مشاهده و پیکربندی RAID را فراهم می‌کنند. با ورود به رابط کاربری نرم‌افزار مدیریت سرور، می‌توانید اطلاعات RAID را ببینید و نوع رید مورد استفاده را تشخیص دهید.

استفاده از ابزارهای سیستم عامل: در برخی سیستم‌عامل‌ها، مانند Windows و Linux، ابزارهایی برای مدیریت و تشخیص رید وجود دارد. در ویندوز، می‌توانید از ابزار "Disk Management" استفاده کنید تا اطلاعات RAID را ببینید. در لینوکس، دستوراتی مانند "mdadm" برای مدیریت و تشخیص رید استفاده می‌شوند.

مشاهده BIOS/UEFI سرور: در برخی موارد، اطلاعات RAID در BIOS یا UEFI سرور قابل مشاهده است. با ورود به تنظیمات BIOS/UEFI سرور، ممکن است بتوانید این اطلاعات را پیدا کنید و نوع RAID را تشخیص دهید.

مشاهده نشانگرهای فیزیکی: در برخی سرورها، روی هارد دیسک‌ها نشانگرهای فیزیکی قرار دارد که وضعیت RAID را نشان می‌دهند. این نشانگرها ممکن است به شکل چراغ‌های LED باشند که رنگ یا الگوی خاصی نشان می‌دهند. با مشاهده این نشانگرها، می‌توانید نوع raid را تشخیص دهید.

توجه داشته باشید که این روش‌ها ممکن است بسته به سرور و تنظیمات آن متفاوت باشند. همچنین، در بعضی موارد، نوع raid ممکن است به صورت سخت‌افزاری مشخص شده باشد و در این صورت باید به مستندات و سخت‌افزار مرتبط با سرور مراجعه کنید.

سخن پایانی

به طور خلاصه RAID (Redundant Array of Independent Disks) یک تکنولوژی است که در ذخیره‌سازی داده‌ها استفاده می‌شود. هدف اصلی آن، افزایش قابلیت اطمینان، سرعت عملکرد و/یا ظرفیت ذخیره‌سازی در سیستم‌های ذخیره‌سازی است.

در تکنولوژی raid، چندین دیسک سخت به هم متصل شده و به عنوان یک واحد ذخیره‌سازی تشکیل می‌دهند. این دیسک‌ها به صورت همزمان عمل می‌کنند و داده‌ها بین آن‌ها تقسیم می‌شوند. وجود چندین دیسک و توزیع داده‌ها بین آن‌ها، به سیستم امکان می‌دهد تا در صورت خرابی یکی از دیسک‌ها، اطلاعات را از دیسک‌های دیگر بازیابی کند.

استفاده از تکنولوژی raid در سرورها و سیستم‌های ذخیره‌سازی، به کاربران امکان می‌دهد تا از قابلیت اطمینان بالا، سرعت بیشتر و/یا ظرفیت ذخیره‌سازی بیشتری برخوردار شوند.

نویسنده: محبوبه سردشتیان