تکنولوژی RAID چیست و بررسی انواع آن

ما در این مقاله به بررسی تکنولوژی RAID می پردازیم. همچنین مزایا و معایب RAID و انواع آن را بررسی کرده و در مورد هر کدام اطلاعاتی ارائه می دهیم.

آشنایی با تکنولوژی RAID

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 رید 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 رید 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.

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.

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: 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: 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: 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: 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: 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: 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: 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: 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 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 :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: 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: 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 :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: اینRAID 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: 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: 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.

نویسنده: محبوبه سردشتیان