دیتا استریپینگ روشی برای ذخیره سازی داده

دیتا استریپینگ یا در اصطلاح انگلیسی Data Striping یک روش برای ذخیره‌سازی داده‌ها است که با استفاده از استریپینگ سخت‌افزاری یا نرم‌افزاری قابل پیاده سازی است. در این روش، داده‌ها به قطعات کوچکتر تقسیم می‌شوند و به صورت پوششی روی چندین درایو سخت‌افزاری ذخیره می‌شوند. 

با دانستن این موضوع که دیتا استریپینگ چیست، مزایا و معایب استریپینگ در ذخیره سازی داده و مراحل پیاده سازی استریپینگ می‌توان به مفهوم موازی سازی ورودی و خروجی پی برد. با ما در این مقاله همراه باشید.

دیتا استریپینگ چیست؟
دیتا استریپینگ (Data Striping) تکنیکی در حوزه‌ی ذخیره‌سازی داده است که در آن، داده‌ها به بخش‌های کوچک‌تر تقسیم شده و هر بخش به‌صورت متوالی یا موازی روی چندین دیسک یا واحد ذخیره‌سازی مجزا نوشته می‌شود. هدف از این روش، افزایش کارایی سیستم از طریق دسترسی هم‌زمان به چند دیسک و در نتیجه افزایش سرعت خواندن و نوشتن اطلاعات است. این تکنیک به‌ویژه در سیستم‌های چنددیسکی و ساختارهایی مانند RAID کاربرد گسترده‌ای دارد و از روش‌های پایه در بهینه‌سازی عملکرد سیستم‌های ذخیره‌سازی به شمار می‌آید.

بیشتر بخوانید: تکنولوژی RAID چیست؟ 

نحوه‌ی عملکرد و کاربرد دیتا استریپینگ در سیستم‌های چنددیسکی

در سیستم‌های چنددیسکی، دیتا استریپینگ (Data Striping) داده‌ها را به بخش‌های کوچک‌تر تقسیم کرده و هر بخش را به‌صورت توزیع‌شده میان چندین دیسک ذخیره می‌کند. در این حالت، هر دیسک تنها بخشی از کل داده را نگهداری می‌کند و عملیات خواندن و نوشتن داده‌ها به‌صورت هم‌زمان و موازی میان دیسک‌ها انجام می‌شود. برای مثال، اگر داده‌ای به چهار قسمت تقسیم شود و سیستم چهار دیسک داشته باشد، هر دیسک مسئول ذخیره‌ی یکی از آن بخش‌ها خواهد بود. این ساختار موجب افزایش سرعت دسترسی به اطلاعات، کاهش زمان انتظار پردازنده و بهبود عملکرد کلی سیستم می‌گردد.

علاوه بر این، استفاده از تکنیک دیتا استریپینگ باعث افزایش نرخ انتقال داده‌ها در ورودی/خروجی‌های گسترده می‌شود؛ به‌گونه‌ای که سرعت انتقال اطلاعات در این روش، چندین برابر بیشتر از یک دیسک منفرد است. 

به طور کلی با استفاده از دیتا استریپینگ، می‌توان عملکرد، قابلیت اطمینان و ایمنی سیستم ذخیره‌سازی را بهبود بخشید و در صورت نیاز به ظرفیت بیشتر، فضای ذخیره‌سازی را نیز افزایش داد.

آیا برای سرور خود نیاز به هارد دارید؟

تفاوت دیتا استریپینگ با سایر روش‌های ذخیره‌سازی

دیتا استریپینگ (Data Striping) یکی از روش‌های مدرن ذخیره‌سازی داده است که تمرکز آن بر افزایش سرعت و کارایی سیستم از طریق تقسیم و توزیع داده‌ها میان چندین دیسک می‌باشد. تفاوت اصلی این روش با سایر شیوه‌های ذخیره‌سازی در نحوه‌ی مدیریت داده و هدف عملکردی آن نهفته است.

در روش‌های سنتی، مانند ذخیره‌سازی تک‌دیسکی، تمامی داده‌ها به‌صورت متوالی بر روی یک دیسک ذخیره می‌شوند. این ساختار ساده است اما در حجم‌های بالا، به‌دلیل انجام عملیات ورودی/خروجی (I/O) به‌صورت سری، سرعت خواندن و نوشتن به‌شدت محدود می‌شود. در مقابل، دیتا استریپینگ داده‌ها را به بخش‌های کوچکتری تقسیم کرده و به‌صورت هم‌زمان (Parallel) در چند دیسک توزیع می‌کند، بنابراین دسترسی هم‌زمان به داده‌ها و افزایش چندبرابری سرعت انتقال اطلاعات را فراهم می‌سازد. این روش به‌تنهایی هیچ افزونگی یا مکانیزم حفاظتی در برابر خرابی دیسک‌ها ندارد به همین دلیل معمولاً در کنار سایر تکنیک‌ها مانند Mirroring یا Parity مورد استفاده قرار می‌گیرد.

در مقابل، روش‌هایی مانند Mirroring (همانند‌سازی داده) تمرکز خود را بر افزونگی و اطمینان از حفظ داده‌ها قرار می‌دهند. در این شیوه، یک نسخه‌ی کامل از داده‌ها بر روی چندین هارد دیسک ذخیره می‌شود تا در صورت خرابی یکی از آن‌ها، اطلاعات از نسخه‌ی پشتیبان بازیابی شود. هرچند Mirroring امنیت داده‌ها را افزایش می‌دهد، اما ظرفیت مؤثر ذخیره‌سازی را نصف کرده و هزینه سخت افزاری بیشتری دارد.

اما در روش Parity-based Storage (ذخیره‌سازی مبتنی بر افزونه‌سازی)، برخلاف Mirroring، داده‌ها به‌صورت تکراری ذخیره نمی‌شوند. در این تکنیک، بخشی از فضای هر دیسک به اطلاعات افزونه‌ای (Parity Bits) اختصاص می‌یابد که بر اساس محاسبات ریاضی (معمولاً عملیات XOR) از داده‌های واقعی به‌دست می‌آیند. این اطلاعات افزونه به سیستم اجازه می‌دهند که در صورت خرابی یکی از دیسک‌ها، داده‌های از دست رفته را از طریق سایر دیسک‌ها و بیت‌های Parity بازسازی کند.

به‌عنوان مثال، در RAID 5 داده‌ها به‌صورت استریپ‌شده بین چند دیسک پخش می‌شوند و در کنار آن، بیت‌های Parity نیز به‌صورت توزیع‌شده در میان همان دیسک‌ها ذخیره می‌شوند. این کار موجب می‌شود تا ضمن بهره‌مندی از افزایش سرعت دسترسی به داده‌ها، امنیت و قابلیت بازیابی اطلاعات نیز حفظ شود. در RAID 6، از دو مجموعه اطلاعات Parity استفاده می‌شود تا حتی در صورت خرابی هم‌زمان دو دیسک، داده‌ها قابل بازیابی باشند.

 در مجموع، می‌توان گفت:

• دیتا استریپینگ بر افزایش سرعت و کارایی سیستم تمرکز دارد.
• Mirroring بر افزایش امنیت و افزونگی داده‌ها تأکید می‌کند.
• Parity-based Storage ترکیبی از هر دو هدف است، یعنی هم کارایی قابل قبول دارد و هم اطمینان از حفظ داده‌ها را فراهم می‌کند.

اگر برای داده‌های خود به یک ذخیره‌ساز حرفه‌ای نیاز دارید، می‌توانید از دسته‌بندی استوریج‌ HP دیدن کنید.

مزایا و معایب استریپینگ داده ها چیست؟

حال که با تکنیک دیتا استریپینگ آشنا شدید خوب است که در مورد مزایا و معایب استریپینگ داده اطلاعاتی داشته باشید:

مزایای استریپینگ

یکی از مزایای استریپینگ، توان عملیاتی بالاتر است. با ترکیب متوالی دسترسی‌های داده، ضریب دسترسی به داده‌های هر دستگاه ذخیره‌سازی به طور تجمعی افزایش می‌یابد. این به معنای افزایش سرعت و کارایی در دسترسی به داده‌ها است.

معایب استریپینگ

یکی از معایب دیتا استریپینگ ، درصد خرابی بالا است. زیرا در این روش، بخش‌های مختلف داده در دستگاه‌های ذخیره‌سازی مختلف نگهداری می‌شوند. بنابراین، خرابی یک دستگاه منجر به خراب شدن کامل توالی داده‌ها خواهد شد. به عبارت دیگر، میزان خرابی آرایه دستگاه‌های ذخیره‌سازی برابر است با جمع میزان خرابی هر دستگاه ذخیره‌سازی.

با این حال، با اضافه کردن اطلاعات اضافی مانند بیت توازن یا parity، می‌توان معایب دیتا استریپینگ را بر طرف کرد. در چنین سیستمی، با سرمایه گذاری برای ذخیره‌سازی اطلاعات اضافی، می‌توان از خسارت‌های احتمالی جلوگیری کرد.

چگونه می‌توان اطلاعات اضافی مانند بیت توازن یا parity را به دیتا استریپینگ اضافه کرد؟

برای اضافه کردن اطلاعات اضافی مانند بیت توازن یا parity به دیتا استریپینگ، معمولاً از تکنیک‌هایی مانند RAID (Redundant Array of Independent Disks) استفاده می‌شود. در زیر توضیحاتی درباره دو روش RAID رایج برای اضافه کردن اطلاعات اضافی به دیتا استریپینگ آمده است:

RAID 4 و RAID 5:

در RAID 4، یک دیسک مخصوص به طور اختصاصی برای ذخیره بیت توازن (parity bit) استفاده می‌شود. در این روش، دیتا بر روی دیسک‌های دیگر قسمت‌بندی و استریپ می‌شود، و بیت توازن بر روی دیسک مخصوص ذخیره می‌شود. این بیت توازن می‌تواند برای بازیابی اطلاعات در صورت خرابی یکی از دیسک‌ها استفاده شود.

در RAID 5، بیت توازن به طور توزیع شده بین تمام دیسک‌ها ذخیره می‌شود. به عبارت دیگر، بیت توازن بر روی دیسک‌های مختلف قرار می‌گیرد. این روش از RAID 4 کارایی بهتری دارد و از خرابی یک دیسک در هر زمان پشتیبانی می‌کند.

RAID 6:

در RAID 6، برخلاف RAID 4 و RAID 5 که از یک بیت توازن استفاده می‌کنند، از دو بیت توازن برای اطلاعات اضافی استفاده می‌شود. این روش به اطلاعات، توانایی بازیابی پس از خرابی همزمان دو دیسک را می‌دهد. بدین ترتیب، در صورت خرابی همزمان دو دیسک، اطلاعات قابل بازیابی هستند.

استفاده از این تکنیک‌ها، با ایجاد اطلاعات اضافی و استفاده از الگوریتم‌های خاص برای حساب کردن و بازیابی بیت توازن، امکان بازیابی داده‌ها در صورت خرابی دیسک‌ها را فراهم می‌کند و از معایب دیتا استریپینگ مانند خطر از دست دادن داده‌ها جلوگیری می‌کند.

مراحل دیتا استریپینگ

استریپینگ در دو سطح، یعنی سخت‌افزاری و نرم‌افزاری، استفاده می‌شود. که در زیر به توضیح هر سطح می‌پردازیم:

استریپینگ سخت‌افزاری (Hardware Stripping):

در استریپینگ سخت‌افزاری، تقسیم و جداسازی داده‌ها بر روی سطح سخت‌افزار انجام می‌شود. این روش معمولاً در سطح دیسک‌های سخت (Hard Disk Drives) استفاده می‌شود. در این روش، داده‌ها به بخش‌های کوچکتر تقسیم می‌شوند و هر بخش بر روی یک دیسک سخت جداگانه قرار می‌گیرد. این امر بهبود سرعت دسترسی به داده‌ها و همچنین افزایش توانایی همزمانی در عملیات‌ها را فراهم می‌کند.

استریپینگ نرم‌افزاری (Software Stripping):

در استریپینگ نرم‌افزاری، تقسیم و جداسازی داده‌ها بر روی سطح نرم‌افزار انجام می‌شود. این روش معمولاً در سطح سیستم‌عامل یا برنامه‌های کاربردی استفاده می‌شود. در این روش، داده‌ها به بخش‌های کوچکتر تقسیم می‌شوند و هر بخش روی منابع ذخیره‌سازی مجزا قرار می‌گیرد. این روش بهبود مقیاس‌پذیری سیستم، توانایی اجرای همزمان عملیات‌ها و بهبود عملکرد سیستم را فراهم می‌کند.

در هر دو سطح استریپینگ، هدف اصلی تقسیم و جداسازی داده‌ها و توزیع آنها بر روی منابع ذخیره‌سازی مختلف است. این کار باعث افزایش کارایی و بهره‌وری سیستم می‌شود و می‌تواند در برخی موارد بهبود قابل توجهی در سرعت دسترسی به داده‌ها و عملکرد سیستم را به همراه داشته باشد.

سخن پایانی

در پایان می توان گفت که دیتا استریپینگ به عنوان یکی از روش‌های کارآمد در زمینه‌ی ذخیره‌سازی داده، نقش مهمی در افزایش کارایی و سرعت دسترسی به اطلاعات ایفا می‌کند. با تقسیم داده‌ها به بخش‌های کوچک‌تر و توزیع آن‌ها میان چندین دیسک، امکان پردازش هم‌زمان و بهره‌وری بالاتر فراهم می‌شود. با این حال، طراحی صحیح سیستم و در نظر گرفتن مکانیزم‌های افزونگی و امنیت داده، برای جلوگیری از از دست رفتن اطلاعات ضروری است. در آینده، با رشد حجم داده‌ها و نیاز به پردازش سریع‌تر، انتظار می‌رود که تکنیک‌های مبتنی بر دیتا استریپینگ جایگاه مهم‌تری در سامانه‌های ذخیره‌سازی نوین پیدا کنند.

نویسنده: اسما دادرس محبوب