RAID چیست و لایه های مختلف آن چگونه کار میکنند؟

RAID چیست؟

RAID (redundant array of independent disks) (آرایه اضافی از دیسک‌های مستقل ) راه‌اندازی متشکل از چندین دیسک برای ذخیره‌سازی داده است.

آنها برای جلوگیری از از دست دادن داده ها و/یا سرعت بخشیدن به عملکرد به یکدیگر متصل شده اند. داشتن چند دیسک امکان استفاده از تکنیک‌های مختلف مانند نوار دیسک، آینه‌سازی دیسک و برابری را فراهم می‌کند.

در این مقاله با انواع RAID، مزایا و معایب آنها و موارد استفاده از آنها آشنا شوید.

سطوح و انواع RAID

سطوح RAID به دسته های زیر دسته بندی می شوند:

سطوح استاندارد RAID
سطوح غیر استاندارد RAID
سطوح RAID تو در تو/هیبریدی
علاوه بر این، می توانید نحوه پیاده سازی RAID را در سیستم خود انتخاب کنید. بنابراین می توانید بین RAID سخت افزاری، RAID نرم افزاری و RAID سیستم عامل یکی را انتخاب کنید.

لیست زیر سطوح استاندارد RAID (0، 1، 2، 3، 4، 5، 6) و گزینه های محبوب غیر استاندارد و هیبریدی (RAID 10) را توضیح می دهد.

RAID 0: Striping

RAID 0 که به عنوان مجموعه راه راه یا حجم راه راه نیز شناخته می شود، به حداقل دو دیسک نیاز دارد. دیسک ها در یک حجم بزرگ ادغام می شوند که در آن داده ها به طور مساوی در تعداد دیسک های موجود در آرایه ذخیره می شوند.

این فرآیند، نوار دیسک نامیده می‌شود و شامل تقسیم داده‌ها به بلوک‌ها و نوشتن آن‌ها به طور همزمان/متوالی بر روی چندین دیسک است. پیکربندی دیسک های راه راه به عنوان یک پارتیشن واحد، عملکرد را افزایش می دهد، زیرا چندین دیسک به طور همزمان عملیات خواندن و نوشتن را انجام می دهند. بنابراین، RAID 0 به طور کلی برای بهبود سرعت و کارایی پیاده سازی می شود.

توجه به این نکته ضروری است که اگر آرایه ای از دیسک هایی با اندازه های مختلف تشکیل شده باشد، هر یک به کوچکترین اندازه دیسک در تنظیمات محدود می شود. این بدان معناست که آرایه ای متشکل از دو دیسک، که یکی 320 گیگابایت و دیگری 120 گیگابایت است، در واقع ظرفیت 2×120 گیگابایت (یا در مجموع 240 گیگابایت) دارد.

برخی از پیاده‌سازی‌ها به شما امکان می‌دهند از 200 گیگابایت باقیمانده برای استفاده‌های مختلف استفاده کنید. علاوه بر این، توسعه دهندگان می توانند چندین کنترلر (یا حتی یک کنترلر در هر دیسک) را برای بهبود عملکرد پیاده سازی کنند.

RAID 0 مقرون به صرفه ترین نوع پیکربندی دیسک اضافی است و تنظیم نسبتاً آسانی دارد. با این حال، هیچ افزونگی، تحمل خطا یا طرفی را در ترکیب خود شامل نمی شود. از این رو، مشکلات روی هر یک از دیسک های موجود در آرایه می تواند منجر به از دست دادن کامل داده ها شود. به همین دلیل است که باید از آن فقط برای ذخیره سازی غیر بحرانی، مانند فایل های موقتی که در جای دیگری نسخه پشتیبان تهیه شده اند، استفاده شود.

مزایای RAID 0
مقرون به صرفه و ساده برای اجرا.
افزایش عملکرد خواندن و نوشتن.
بدون سربار (استفاده از ظرفیت کل).
معایب RAID 0
تحمل خطا یا افزونگی را ارائه نمی دهد.
زمانی که Raid 0 باید استفاده شود
RAID 0 زمانی استفاده می شود که کارایی در اولویت باشد و قابلیت اطمینان نباشد. اگر می‌خواهید از درایوهای خود نهایت استفاده را ببرید و از دست دادن اطلاعات مهم نیست، RAID 0 را انتخاب کنید.

از سوی دیگر، چنین پیکربندی لزوماً نباید غیرقابل اعتماد باشد. می توانید نوار دیسک را به همراه آرایه RAID دیگری که حفاظت از داده ها و افزونگی را تضمین می کند، روی سیستم خود تنظیم کنید.

RAID 1: Mirroring

RAID 1 آرایه‌ای متشکل از حداقل دو دیسک است که در آن داده‌های یکسان روی هر یک ذخیره می‌شود تا از افزونگی اطمینان حاصل شود. رایج ترین استفاده از RAID 1 راه اندازی یک جفت آینه ای متشکل از دو دیسک است که در آن محتویات دیسک اول در دیسک دوم منعکس می شود. به همین دلیل است که چنین پیکربندی را آینه‌کاری نیز می‌گویند.

بر خلاف RAID 0، که در آن تمرکز فقط بر روی سرعت و عملکرد است، هدف اصلی RAID 1 ارائه افزونگی است. با جایگزین کردن یک درایو خراب با ماکت آن، احتمال از دست دادن اطلاعات و خرابی را از بین می برد.

در چنین تنظیماتی، حجم آرایه به اندازه کوچکترین دیسک است و تا زمانی که یک درایو کار می کند کار می کند. جدا از قابلیت اطمینان، آینه‌سازی عملکرد خواندن را افزایش می‌دهد زیرا درخواست می‌تواند توسط هر یک از درایوهای آرایه مدیریت شود. از طرف دیگر، عملکرد نوشتن مانند یک دیسک باقی می ماند و برابر با کندترین دیسک در پیکربندی است.

مزایای RAID 1
افزایش عملکرد خواندن
افزونگی و تحمل خطا را فراهم می کند.
ساده برای پیکربندی و آسان برای استفاده.
معایب RAID 1
فقط از نیمی از ظرفیت ذخیره سازی استفاده می کند.
گران تر (نیاز به دو برابر راننده).
برای جایگزینی درایو خراب به خاموش کردن رایانه نیاز دارد.
هنگامی که Raid 1 باید استفاده شود
RAID 1 برای ذخیره سازی ماموریت حیاتی استفاده می شود که به حداقل خطر از دست دادن داده نیاز دارد. سیستم های حسابداری اغلب RAID 1 را انتخاب می کنند زیرا با داده های حیاتی سروکار دارند و به قابلیت اطمینان بالایی نیاز دارند.

همچنین برای سرورهای کوچکتر با تنها دو دیسک مناسب است، و همچنین اگر به دنبال یک پیکربندی ساده هستید، می توانید به راحتی آن را راه اندازی کنید (حتی در خانه).

Raid 2: Bit-Level Striping با Dedicated Hamming-Code Parity

RAID 2 امروزه به ندرت در عمل استفاده می شود. این خط‌بندی سطح بیت را با بررسی خطا و تصحیح اطلاعات ترکیب می‌کند. این پیاده سازی RAID به دو گروه دیسک نیاز دارد – یکی برای نوشتن داده ها و دیگری برای نوشتن کدهای تصحیح خطا. RAID 2 همچنین به یک کنترلر مخصوص برای چرخش همزمان همه دیسک ها نیاز دارد.

به جای بلوک های داده، RAID 2 داده ها را در سطح بیت در چندین دیسک نواری می کند. علاوه بر این، از تصحیح قصیده خطای Humming (ECC) استفاده می کند و این اطلاعات را روی دیسک افزونگی ذخیره می کند.

آرایه تصحیح کد خطا را در لحظه محاسبه می کند. در حین نوشتن داده ها، آن را بر روی دیسک داده نوار می کند و کد را روی دیسک افزونگی می نویسد. از سوی دیگر، هنگام خواندن داده ها از دیسک، از دیسک افزونگی نیز می خواند تا داده ها را تأیید کند و در صورت نیاز اصلاحات را انجام دهد.

مزایای RAID 2
قابلیت اطمینان.
امکان تصحیح اطلاعات ذخیره شده
معایب RAID 2
گران.
اجرای آن مشکل است.
نیاز به کل دیسک برای ECC.
هنگامی که Raid 2 باید استفاده شود
RAID 2 امروزه یک روش معمول نیست زیرا اکثر ویژگی های آن اکنون در هارد دیسک های مدرن موجود است. به دلیل هزینه و الزامات پیاده سازی، این سطح RAID هرگز در بین توسعه دهندگان محبوب نشد.

Raid 3: Bit-Level Striping with Dedicated Parity

مانند RAID 2، RAID 3 به ندرت در عمل استفاده می شود. این پیاده‌سازی RAID از خط‌بندی سطح بیت و یک دیسک برابری اختصاصی استفاده می‌کند. به همین دلیل، حداقل به سه درایو نیاز دارد که دو درایو برای ذخیره نوار داده و یکی برای برابری استفاده می شود.

برای اجازه دادن به چرخش همزمان، RAID 3 به یک کنترلر خاص نیز نیاز دارد. به دلیل پیکربندی و چرخش همزمان دیسک، نرخ عملکرد بهتری را با عملیات متوالی نسبت به عملیات خواندن/نوشتن تصادفی به دست می‌آورد.

مزایای RAID 3
توان عملیاتی خوب هنگام انتقال حجم زیاد داده
راندمان بالا با عملیات متوالی.
انعطاف پذیری خرابی دیسک
معایب RAID 3
برای انتقال فایل های کوچک مناسب نیست.
پیچیده برای اجرا
راه اندازی به عنوان RAID نرم افزاری مشکل است.
هنگامی که Raid 3 باید استفاده شود
امروزه از RAID 3 معمولا استفاده نمی شود. ویژگی‌های آن برای تعداد محدودی از موارد استفاده مفید است که به نرخ انتقال بالا برای خواندن و نوشتن طولانی‌مدت متوالی (مانند ویرایش و تولید ویدیو) نیاز دارند.

Raid 4: Block-Level Striping با Dedicated Parity

RAID 4 یکی دیگر از سطوح RAID استاندارد غیرمحبوب است. این شامل داده‌های سطح بلوک است که روی دو یا چند دیسک مستقل و یک دیسک برابری اختصاص داده شده است.

پیاده سازی حداقل به سه دیسک نیاز دارد – دو دیسک برای ذخیره نوارهای داده و یکی برای ذخیره برابری و ایجاد افزونگی اختصاص داده شده است. از آنجایی که هر دیسک مستقل است و هیچ چرخش همزمان وجود ندارد، نیازی به کنترلر نیست.

پیکربندی RAID 4 در هنگام ذخیره بیت های برابری برای هر بلوک داده در یک درایو، مستعد گلوگاه است. چنین تنگناهای سیستمی تأثیر زیادی بر عملکرد سیستم دارند.

مزایای RAID 4
عملیات خواندن سریع
سربار ذخیره سازی کم
درخواست های I/O همزمان.
معایب RAID 4
تنگناهایی که تأثیر زیادی بر عملکرد کلی دارند.
عملیات نوشتن آهسته
اگر دیسک برابری خراب شود، افزونگی از بین می رود.
هنگامی که Raid 4 باید استفاده شود
با توجه به پیکربندی آن، RAID 4 با موارد استفاده که نیازمند خواندن و نوشتن متوالی فرآیندهای داده فایل‌های بزرگ هستند، بهترین کار را انجام می‌دهد. با این حال، درست مانند RAID 3، در اکثر راه حل ها، RAID 4 با RAID 5 جایگزین شده است.

Raid 5: Striping with Parity

RAID 5 امن ترین و رایج ترین پیاده سازی RAID در نظر گرفته می شود. این خط کشی و برابری را برای ارائه یک راه اندازی سریع و قابل اعتماد ترکیب می کند. چنین پیکربندی قابلیت استفاده از فضای ذخیره سازی کاربر را مانند RAID 1 و کارایی عملکرد RAID 0 می دهد.

این سطح RAID حداقل از سه هارد دیسک (و حداکثر 16) تشکیل شده است. داده ها به نوارهای داده تقسیم می شوند و در دیسک های مختلف در آرایه توزیع می شوند. این به دلیل خواندن سریع تراکنش های داده که می تواند به طور همزمان توسط درایوهای مختلف در آرایه انجام شود، نرخ های عملکرد بالا را امکان پذیر می کند.

بیت های برابری پس از ذخیره شدن هر دنباله ای از داده ها به طور یکنواخت در همه دیسک ها توزیع می شوند. این ویژگی تضمین می‌کند که در صورت خرابی درایو، همچنان به داده‌های بیت‌های برابری دسترسی دارید. بنابراین، RAID 5 افزونگی را از طریق بیت های برابری به جای mirroring فراهم می کند.

مزایای RAID 5
کارایی و ظرفیت بالا.
سرعت خواندن سریع و قابل اعتماد.
خرابی تک درایو را تحمل می کند.
معایب RAID 5
زمان بازسازی طولانی تر
از نیمی از ظرفیت ذخیره سازی (به دلیل برابری) استفاده می کند.
اگر بیش از یک دیسک خراب شود، داده ها از بین می روند.
پیچیده تر برای پیاده سازی.
هنگامی که Raid 5 باید استفاده شود
RAID 5 اغلب برای سرورهای فایل و برنامه به دلیل کارایی بالا و ذخیره سازی بهینه آن استفاده می شود. علاوه بر این، اگر دسترسی مداوم به داده ها در اولویت باشد و/یا نیاز به نصب یک سیستم عامل روی آرایه داشته باشید، بهترین راه حل مقرون به صرفه است.

Raid 6: Striping with Double Parity

RAID 6 آرایه ای شبیه به RAID 5 با اضافه شدن ویژگی برابری دوگانه آن است. به همین دلیل از آن به عنوان RAID دو برابری نیز یاد می شود.

این تنظیمات به حداقل چهار درایو نیاز دارد. راه اندازی شبیه RAID 5 است اما شامل دو بلوک برابری اضافی است که در سراسر دیسک توزیع شده است. بنابراین، از نوارگذاری در سطح بلوک برای توزیع داده ها در سراسر آرایه استفاده می کند و دو بلوک برابری را برای هر بلوک داده ذخیره می کند.

striping سطح بلوک با دو بلوک برابری اجازه می دهد تا قبل از از بین رفتن هر گونه داده، دو دیسک خراب شود. این بدان معنی است که در رویدادی که دو دیسک از کار می افتند، RAID همچنان می تواند داده های مورد نیاز را بازسازی کند.

عملکرد آن به نحوه پیاده سازی آرایه و همچنین تعداد کل درایوها بستگی دارد. به دلیل ویژگی برابری مضاعف، عملیات نوشتن در مقایسه با پیکربندی های دیگر کندتر است.

مزایای RAID 6
تحمل خطا و خرابی درایو بالا.
کارایی ذخیره سازی (زمانی که بیش از چهار درایو استفاده می شود).
عملیات خواندن سریع
معایب RAID 6
زمان بازسازی می تواند تا 24 ساعت طول بکشد.
عملکرد نوشتن آهسته
پیچیده برای اجرا
گران تر.
هنگامی که Raid 6 باید استفاده شود
RAID 6 راه حل خوبی برای برنامه های کاربردی است که از دست دادن داده ها قابل تحمل نیست. بنابراین، اغلب برای مدیریت داده ها در بخش های دفاعی، مراقبت های بهداشتی و بانکی استفاده می شود.

Raid 10: Mirroring with Striping

RAID 10 بخشی از گروهی به نام RAID تو در تو یا ترکیبی است، به این معنی که ترکیبی از دو سطح مختلف RAID است. در مورد RAID 10، آرایه ترکیبی از انعکاس سطح 1 و خط کشی سطح 0 است. این آرایه RAID با نام RAID 1+0 نیز شناخته می شود.

RAID 10 از انعکاس منطقی برای نوشتن داده های مشابه بر روی دو یا چند درایو برای ایجاد افزونگی استفاده می کند. اگر یک دیسک خراب شود، یک تصویر آینه ای از داده های ذخیره شده در دیسک دیگر وجود دارد. علاوه بر این، آرایه از نوارگذاری در سطح بلوک برای توزیع تکه‌های داده در درایوهای مختلف استفاده می‌کند. این عملکرد و سرعت خواندن و نوشتن را بهبود می بخشد زیرا داده ها به طور همزمان از چندین دیسک قابل دسترسی هستند.

برای اجرای چنین پیکربندی، آرایه به حداقل چهار درایو و همچنین یک کنترلر دیسک نیاز دارد.

مزایای RAID 10
عملکرد بالا.
تحمل خطا بالا
عملیات خواندن و نوشتن سریع
زمان بازسازی سریع
معایب RAID 10
مقیاس پذیری محدود
پرهزینه (در مقایسه با سایر سطوح RAID).
از نیمی از ظرفیت فضای دیسک استفاده می کند.
راه اندازی پیچیده تر است.
زمانی که Raid 10 باید استفاده شود
RAID 10 اغلب در موارد استفاده ای استفاده می شود که نیاز به ذخیره حجم بالای داده، زمان خواندن و نوشتن سریع و تحمل خطا بالا دارد. بر این اساس، این سطح RAID اغلب برای سرورهای ایمیل، سرورهای میزبانی وب و پایگاه های داده پیاده سازی می شود.

RAID غیر استاندارد
سطوح RAID ذکر شده در بالا به عنوان پیاده سازی RAID استاندارد یا رایج در نظر گرفته می شوند. با این حال، راه های بی شماری وجود دارد که می توانید آرایه های اضافی از دیسک های مستقل را راه اندازی کنید.

بر این اساس، بسیاری از پروژه‌ها و شرکت‌های منبع باز پیکربندی‌های خود را برای رعایت نیازهای خود ایجاد کرده‌اند. در نتیجه، بسیاری از پیاده سازی های غیر استاندارد RAID وجود دارد، مانند:

RAID-DP
Linux MD RAID 10
RAID-Z
Drive Extender
RAID جدا شده
RAID تو در تو (هیبرید).
شما می توانید دو یا چند سطح استاندارد RAID را برای اطمینان از عملکرد بهتر و افزونگی ترکیب کنید. چنین ترکیباتی سطوح RAID تو در تو (یا ترکیبی) نامیده می شوند.

پیاده سازی های ترکیبی RAID بر اساس سطوح RAID که در خود دارند نام گذاری می شوند. در بیشتر موارد، آنها شامل دو عدد هستند که ترتیب آنها طرح لایه بندی را نشان می دهد.

سطوح RAID هیبریدی محبوب عبارتند از:

RAID 01 (راه‌راهی و آینه‌بندی؛ همچنین به عنوان آینه راه راه شناخته می‌شود)
RAID 03 (سطوح بایت و برابری اختصاصی)
RAID 10 (آینه‌کاری دیسک و خط‌بندی مستقیم در سطح بلوک)
RAID 50 (تعادل توزیع شده و خط کشی در سطح بلوک مستقیم)
RAID 60 (تعادل دوگانه و خط کشی در سطح بلوک مستقیم)
RAID 100 (یک نوار از RAID 10)
انواع پیاده سازی RAID
سه راه برای استفاده از RAID وجود دارد که با توجه به محل انجام پردازش متفاوت است.

RAID مبتنی بر سخت افزار
هنگام نصب تنظیمات سخت افزاری، یک کارت کنترلر RAID را در یک اسلات سریع PCI-Express روی مادربرد قرار داده و آن را به درایوها متصل می کنید. محفظه های درایو RAID خارجی با کارت کنترل داخلی نیز موجود است.

RAID مبتنی بر نرم افزار
برای تنظیم نرم افزار، درایوها را مستقیماً بدون استفاده از کنترلر RAID به رایانه متصل می کنید. در این صورت، دیسک ها را از طریق نرم افزارهای کاربردی در سیستم عامل مدیریت می کنید.

RAID مبتنی بر سیستم عامل/درایور
RAID مبتنی بر سیستم عامل (همچنین به عنوان RAID مبتنی بر درایور شناخته می شود) سیستم های RAID هستند که اغلب مستقیماً روی مادربرد ذخیره می شوند. تمام عملیات آن توسط CPU کامپیوتر انجام می شود نه توسط یک پردازنده اختصاصی.

توجه: اگر RAID سخت افزاری را راه اندازی می کنید، باید MegaCLI را برای مدیریت و برقراری ارتباط با کنترلرهای RAID نصب کنید.

نتیجه

RAID یک راه مفید و کاربردی برای سرعت بخشیدن به عملکرد سرور و اطمینان از از بین رفتن هیچ داده ای است. تصمیم گیری اینکه چه نوع راه اندازی برای کسب و کار شما بهترین است تا حد زیادی به اولویت های شما بستگی دارد. تمام گزینه ها را کاوش کنید و تمام مزایای این ابزار و تکنیک قدرتمند را به دست آورید و با کمک phoenixNAP Free Raid Calculator، میزان ظرفیت آرایه مورد نیاز خود را برای پیکربندی RAID خود محاسبه کنید.