آشنایی با RAID و نحوه استفاده از آن

آشنایی با RAID و نحوه استفاده از آن RAID نخستین بار در سال ۱۹۸۷ توسط دیوید پترسون، رندی کتز و گارث گیبسون مطرح شد. این افراد ۶ حالت RAID با ویژگی‌های متفاوت (که از ۰ تا ۵ نام‌گذاری شدند) در نظر داشتند که البته امروزه تعداد حالات RAID افزایش یافته‌ است.

البته استفاده از دیسک‌های افزونه پیش از این هم مورد بحث قرار گرفته بود. IBM در سال ۱۹۷۷ پتنتی در این زمینه ثبت کرد که بعدها RAID 4 نام گرفت. در سال ۱۹۸۳ شرکت Digital Equipment درایوهایی با قابلیت RAID 1 را به بازار عرضه کرد. در سال ۱۹۸۶ ، IBM پتنت دیگری ثبت نمود که امروزه RAID 5 شناخته می‌شود.

RAID مخفف و برگرفته از عبارت Redundant Array of Independent Disks و به معنای آرایه‌ای افزونه از دیسک‌های مستقل و مجزا است. تکنولوژی RAID در واقع تکنولوژی مجازی سازی ذخیره دیتا است. عملکرد رید چگونه است؟ در رید، چند هارد درایو فیزیکی با هم ترکیب می‌شوند و یک یا چند واحد لاجیکال و منطقی ایجاد می‌کنند. جمله ساده تر تعریف رید این می‌شود که داده و اطلاعات را بین چند هاردی که با هم رید بسته شده‌اند توزیع کنیم که البته سیستم عامل‌، این هاردهای RAID شده را به عنوان یک هاردِ واحد شناسایی خواهد کرد.

پس RAID یعنی روشی برای گروه بندی درایوهای فیزیکی مجزا در یک درایو بزرگتر که در مجموع RAID نامیده می‌شود. در این شرایط، سرور می‌تواند همزمان بین چندین درایو، خواندن و نوشتن را انجام دهد و کارایی در درایوهای رید شده بهتر است.

به مجموعه ای از هاردها که با الگوریتم ها و روش های خاصی یک دیتا را ذخیره می کنند. هدف از ساخت و ایجاد RAID را میتوان به شرح زیر مطرح کرد :

1. امنیت دیتا یا همان تحمل خطا (Fault tolerance)
2. افزایش سرعت Read/Write و در نتیجه افزایش Performance

انواع RAID و مقایسه سطوح مختلف رید بندی

برای توزیع داده روی هارد دیسک ها چندین روش وجود دارد که هر یک افزونگی و کارایی خاص خودش را دارد. شما بر اساس سطح نیازتان به کارایی و Redundancy، سطح رید یا RAID Level ای که مناسبتان است را انتخاب و پیاده سازی کنید.

RAID با قرار دادن داده درون چندین دیسک کار می‌کند. با اجازه ورود و خروج اطلاعات از تمامی این دیسک‌ها عملکرد و سرعت افزایش پیدا می‌کند. با استفاده از چند دیسک، خطاپذیری افزایش یافته و از دست دادن اطلاعات کمتر رخ می‌دهد.

آرایه‌های RAID نزد سیستم عامل به‌صورت یک دیسک منطقی در نظر گرفته می‌شود و شما هر دیسک را به‌طور مستقل مشاهده نمی‌کنید. محدوده‌ی حجم واحدهای تقسیم اطلاعات در RAID از ۵۱۲ بایت شروع شده و به چند مگابایت می‌رسد.

استفاده از RAID به روش‌های متنوعی امکان پذیر است. هرکدام از این روش‌ها کارایی و حفاظت از اطلاعات مخصوص به خود را به ارمغان می‌آورد. انواع زیر پراستفاده‌تر و مطرح‌ترند:

• RAID 0

دارای پیکربندی Striping یا نواری است به همین دلیل RAID 0 به نام Striping یا نواری نیز شناخته می‌شود. بهترین کارایی را دارد، افزونگی دیتا ندارد و Fault Tolerance هم ندارد و ضریب خطای آن صفر است. برای تنظیم این نوع RAID به حداقل ۲ هارددیسک نیاز است. در بین تمام RAID ها سریع‌ترین نوع محسوب می‌شود.RAID 0 اطلاعات را به قسمت‌های مساوی به نام Stripe یا Chunk (نواری و قطعه قطعه) تقسیم کرده و هر قسمت را روی یک هارد ذخیره می‌کند یعنی بین مجموعه هاردهای موجود در آرایه توزیع و ذخیره می‌کند که این دستگاه‌ها می‌تواند SSD یا هارددیسک های آرایه رید باشد.

• RAID 1

در این حالت اطلاعات در دیسک‌های شما مانند هم نوشته می‌شوند و دیسک‌های شما دقیقاً حاوی اطلاعات مشابه‌اند. برای مثال داده‌ی «۱۰۰۱» در این حالت، به‌صورت «۱۰۰۱» در همه‌ی دیسک‌ها ذخیره خواهد شد.

۱ دارای پیکربندی Mirroring است و Striping ندارد به همین دلیل RAID 1 به نام Mirror یا آینه‌ای نیز شناخته می‌شود. حداقل دو هارد دیسک لازم دارد تا داپلیکیت دیتا را فراهم کند. کارایی خواندن بالاست زیرا از هر دو دیسک همزمان می‌تواند بخواند. کارایی نوشتن همانند نوشتن روی یک هارد دیسک است: توجه دارید که نوشتن، دو بار و روی دو دیسک انجام می‌شود و در نتیجه کارایی نوشتن از کارایی خواندن پایین تر است.RAID 1 حداقل به ۲ هارددیسک برای راه‌اندازی نیاز دارد و تعداد هارددیسک‌ها باید زوج باشد. در این مدل، ثبت اطلاعات روی هر دو دیسک انجام می‌شود بدین گونه که دیتا روی یک هارددیسک ذخیره می‌شود و سپس همان دیتا روی هارددیسک دیگری نوشته می‌شود. به عنوان مثال اگر ۴ هارددیسک را با این روش RAID کنیم، دو هارددیسک، کپی دیتای دو هارددیسک دیگر می‌شود.RAID 1 را در SSD ها هم می‌توان استفاده کرد.

• RAID 5

این حالت از RAID تلاش می‌‌کند تا بهترین‌های RAID 0 و RAID 1 را برای شما فراهم کند؛ افزایش سرعت بدون افزایش ریسک از دست‌دادن اطلاعات. برای استفاده از این حالت باید حداقل سه دیسک داشته باشید. دو دیسک مانند RAID 0 نوشته شده و داده‌ها بین این دو تقسیم می‌شوند. سپس در دیسک سوم بیت‌های توازن (parity) نوشته می‌شود. بیت توازن بیتی است برای نشان‌دادن زوج یا فرد بودن تعداد یک و به کمک این داده، در صورت از دست دادن هرکدام از دیسک‌ها سیستم می‌تواند با داده‌های دو دیسک دیگر دیسک جدید را ایجاد کند و اطلاعات بدون آسیب باقی می‌مانند.

• RAID 6

تکنیک به کار رفته در RAID 6 مشابه RAID 5 است اما پریتی دومی هم روی درایوهای آرایه رید، توزیع می‌شود. پس تعجب نکنید اگر RAID 6 را به نام RAID با بیت افزونه دوتایی (Double Parity RAID) ببینید که این نام، برگرفته از ساختار آن است. طبیعی است که کارایی نوشتن در RAID 6 در مقایسه با RAID 5 کمتر است و البته که هزینه بیشتری هم برای آن باید بپردازیم.

نحوه ذخیره‌سازی اطلاعات در RAID 6 مانند RAID 5 است با این تفاوت که رید ۶ از دو بیت افزونه استفاده می‌کند یعنی Parity را دو بار و با دو شیوه مختلف محاسبه کرده و روی دو هارد دیسک مختلف پراکنده می‌کند. مزیت این پریتی اضافه این است که حتی اگر دو درایو هم همزمان خراب شوند یا دو هارددیسک از بین برود سیستم بدون وقفه می‌تواند به ادامه کار خود بپردازد. در واقع قابلیت تحمل خطای این RAID، عدد ۲ است بدان معنا که اگر دو هارد به طور کامل Fail شوند، باز هم قابلیت بازیابی اطلاعات در آن وجود دارد. در صورتی که ۳ هارددیسک دچار مشکل شود دیتا از دسترس خارج خواهد شد.

در صورت از بین رفتن یک یا دو هارد دیسک یک مقدار افت کارایی خواهیم داشت و به همین دلیل می توان هارد Hot Spare قرار داد تا سریعا جایگزین هارد Fail شده شود. در RAID 6 حداقل ۴ هارد دیسک مورد نیاز است. نیمی از ظرفیت این ۴ هارد، برای ذخیره داده و نیمی برای Parity استفاده می‌شود.

درصد ظرفیت قابل استفاده در RAID 6 با افزودن دیسک به آرایه افزوده می‌شود. مثلا اگر ۸ درایو در RIAD 6 استفاده شود، پریتی تنها ۲۵ درصد ظرفیت دیسک را می‌گیرد. ولی در RAID 10 نیمی از ظرفیت برای حفاظت از داده استفاده می‌شود و کاری با تعداد هاردهای مورد استفاده ندارد و RAID 6 را در SSD ها هم می‌توان استفاده کرد.

• RAID 10

این حالت در واقع RAID 1+0 است. در این حالت ابتدا داده‌ها بین یک جفت دیسک مانند RAID 0 تقسیم شده و سپس این جفت دیسک مانند RAID 1 روی یک جفت دیسک دیگر نوشته می‌شوند. البته ممکن است این عمل به ترتیب معکوس انجام شود که در نتیجه تغییری حاصل نمی‎شود. در این حالت حداقل به چهار دیسک نیاز است.