مفاهیم تکنولوژی Raid و انواع آن

مفهوم و عملکرد تکنولوژی Raid

همانطور که گفتیم، تکنولوژی Raid از مجموعه چند هارد دیسک در کنار هم و تشکیل یک منبع اطلاعاتی و ذخیره سازی، به وجود می‌آید. Raid مخفف عبارت Redundant Array of Independent می‌باشد. به طور کلی اگر بخواهیم برای  Raidیک توضیح خلاصه و کلی بیان کنیم، می‌توانیم بگوییم که این تکنولوژی با چند هارد دیسک، یک منبع ذخیره واحد ایجاد می‌کند.همچنین می‌توان آن را نوعی تکنولوژی مجازی ذخیره‌سازی دیتا دانست.برای این که این هارد ها به راحتی قابل شناسایی باشند، باید به روش خاصی به یک دیگر متصل شوند و ارتباط برقرار کنند. اتصال بین آن ها نیز ممکن است به صورت سخت افزاری یا نرم افزاری باشد.

انواع سطح بندی تکنولوژی Raid

در تکنولوژی Raid، بیش از یک سطح بندی قابل پیاده‌سازی می‌باشد. بسته به میزان انتظار ما و نوع بهره برداری از این تکنولوژی، سطح بندی آن نیز متغیر است. البته مزایا، افزایش کارایی و امنیت اطلاعات ما بستگی به سطح بندی سیستم Raid ما دارد. تکنولوژی Raid در کامپیوترهای شخصی، انواع وب سرورها و موارد دیگری که نیاز به افزایش سرعت پردازش در زمینه اطلاعات را دارند، کاربرد دارد. از مهم ترین مزیت‌های این تکنولوژی، افزایش سرعت و کارایی سیستم ما است.

 

روش‌های Raid کردن هارد ها

نحوه Raid کردن، راه و روش های مختلفی دارد. یکی از ساده ترین و بهترین راه‌های Raid کردن هارد، استفاده از ویندوز و قابلیت Disk Management می‌باشد. در این روش با استفاده از کارت HBA می‌توانیم تکنولوژی Raid را بر روی سیستم خود پیاده سازی کنیم. اما مهم ترین مسئله‌ای که در این مورد، حائز اهمیت است، انتظار ما از Raid و کاری که قرار است از هارد بکشیم دارد. یکی از ساده ترین راه های Raid کردن هارد در محیط ویندوز، تغییر حالت هارد ها به حالت داینامیک در محیط Disk Management می‌باشد. حالت داینامیک نیز خود دارای دوحالت Spanned و Strip می‌باشد.

یکی از نکات قابل توجهی که حتما به هنگام Raid کردن باید به آن توجه کرد این است که، به هنگام تغییر Raid مورد نظر هارد، تمام اطلاعاتی که در هارد ذخیره کرده‌اید پاک خواهد شد.

 

اهداف طراحی Raid

تکنولوژی Raid، جهت تحقق دو هدف اصلی طراحی شده‌ است. هدف اول، افزایش ویژگی اطمینان داده و هدف دوم بالا بردن کارایی داده‌های ورودی و خروجی است.

 

مدل های مختلف ذخیره سازی در تکنولوژی Raid

در واقع، تکنولوژی Raid، نوعی آرایه است که توسط دو یا چند دیسک سخت تشکیل شده است و یک واحد را به وجود آورده است. سه مفهوم مهم در این تکنولوژی بیان می‌شود. مفهوم Mirroring، Striping و Error Correction .

در ادامه به تفسیر هر کدام از مفهوم‌ها می‌پردازیم.

مفهوم و خاصیت Mirroring

خاصیت Mirroring باعث می‌شود تا داده‌ها تنها در یک دیسک نوشته نشوند. در این مفهوم داده ها به صورت متقابل بر روی سایر دیسک ها نیز نوشته می‌شود. برای مثال در آرایه Raid1، دو دیسک وجود دارد و از خاصیت Mirroring پیروی می‌کند. در این آرایه از تکنولوژی Raid، محتوای هر دو دیسک برابر و یکسان است. در صورتی که یکی از دیسک ها با مشکل مواجه شود، عملیات Reading از روی دیسک دیگر انجام می‌شود. عملیات خواندن اطلاعات از دیسک در آرایهRaid1 با سرعت بیشتری انجام می‌شود. زیرا این عملیات از دو دیسک و به صورت موازی صورت می‌گیرد. حتی خواندن اطلاعات ازیک دیسک سرعت کمتری دارد.

مفهوم خاصیت Striping

در مفهوم Striping، جداسازی مجموعه داده‌ها از دیسک‌های مختلف صورت می‌گیرد. مثلا در آرایه Raid0  داده های موجود، در دو دیسک متفاوت قرار می‌گیرند. وجود دو دیسک در این آرایه صرفا کارایی سیستم را افزایش می‌دهد. سرعت خواندن و نوشتن این نوع آرایه در تکنولوژی Raid، بیشتر از دیسک‌ های تکی است.

 

 

 

مفهوم خاصیت Error Correction

یکی از بهترین گزینه هایی که می‌توان در مورد خاصیت Error Correction زد، آرایه Raid 5 است. این خاصیت، مکانیزمی از تصحیح خطا را برای ما تمثیل می‌کند. داده‌هایی که به صورت Parity و با روش Raid5 در دیسک ذخیره شده است، اجازه تصحیح مشکلات بر روی دیسک می‌دهد. این نوع از تکنولوژی Raid، در دو دیسک اولیه، سه نوار دارد که داده‌های Parity را در دیسک سوم ذخیره سازی می‌کند. متاسفانه این مکانیزم، موجب کاهش سرعت خواندن و نوشتن در دیسک می‌شود. زیرا علاوه بر داده، Parity نیز باید نوشته شود که این خود، عامل اصلی کاهش سرعت است.

نکته قابل توجه در مورد Raid این است که باید حتما با توجه به انتظاری که از سرور خود دارید، نسبت به پیاده سازی انواع مختلف تکنولوژی Raid در سیستم خود کنید.

 

انواع مختلف تکنولوژی Raid

همانطور که گفتیم، تکنولوژی Raid دارای سطوح مختلفی می‎‌باشد که با توجه به پیکربندی و انتظار شما از سیستم، انواع مختلف آن را پیاده سازی کرد. انواع مختلف این تکنولوژی عبارت است از:

سیستم Raid ترکیبی

سیستم Raid استاندارد

سیستم Raid غیر استاندارد

با ما همراه باشید تا هرکدام را معرفی کنیم و به مزایا و معایب هرکدام بپردازیم.

معرفی Raid 0 و مزیت استفاده از آن

یکی از ابتدایی ترین و ساده ترین انواع تکنولوژی Raid، مدل Raid 0 است. این مدل معمولا به صورت پیشفرض، بر روی سیستم عامل های کامپیوتری امروزی وجود دارد. اگر از قبل، بر روی سیستم کامپیوتری خود در قسمت Disk Management سیستم عامل، هارد های خود را به صورت Strip و Dynamic به هم وصل نموده‌اید، در واقع از این مدل استفاده کرده‌اید. یکی از بهترین مزایایی که مدل Raid 0 دارد این است که سرعت بسیار بالایی دارد. دلیل آن هم، عدم استفاده از هارد جایگزین می‌باشد. در این مدل، صرفا از دو هارد استفاده شده است که به صورت متوالی به یک دیگر متصل شده اند و می‌توان از تمام فضای هر دو هارد دیسک استفاده کرد. برای پیکربندی سیستم خود با این مدل، باید دو عدد هارد داشته باشید.

معرفی Raid 1 و مزیت استفاده از آن

یکی از بهترین و امن ترین مدل های تکنولوژی Raid، مدل Raid 1 است. در صورتی که بخواهیم از این مدل برای Raid کردن سیستم خود استفاده کنیم باید حتما تعداد هارد های مورد استفاده ما عددی زوج باشد. نصف هارد هایی که در این نوع Raid استفاده می‌شوند باید به صورت رزرو آنلاین باشند. دلیل آن هم این است که، هنگام نوشتن داده‌ ها بر روی دیسک، یکی کپی از آن به عنوان نسخه پشتیبان در هارد های رزرو، نگهداری می‌شود. دلیل این که سرعت Raid 1 پایین تر است، این است که عملیات نوشتن دو بار انجام می‌شود. اگر نگران از دست رفتن اطلاعاتتان به هنگام آسیب دیدن هارد اصلی باشید، باید بگوییم که نگرانیتان به جا نیست. زیرا تمام اطلاعاتی که در هارد اصلی شما وجود دارد، نسخه بک آپ آن نیز در هارد دوم موجود است. در بعضی از جا ها که امنیت اطلاعات، ضرورت بسیاری دارد از Raid 1 استفاده می‌شود. پس نتیجه می‌گیریم که از امن ترین مدل های تکنولوژی Raid، Raid 1 است.

معرفی Raid 2 و مزیت استفاده از آن

یکی از مدل های تکنولوژی Raid که هم اکنون منسوخ شده است، مدل Raid 2 می‌باشد. این مدل با استفاده از کد Hamming خطاهای موجود را تصحیح می‌کند. همچنین در این مدل، برای ایجاد امنیت داده‌ ها از ECC استفاده می‌شود. دلیل منسوخ شدن سیستم Raid 2، هزینه بالای ساخت و نگهداری آن و غیر استاندارد بودن آن بود.

معرفی Raid 3 و مزایای استفاده از آن

یکی دیگر از مدل های دیگری که در تکنولوژی Raid مورد استفاده قرار می‌گیرد و به صورت نوار بندی، اطلاعات Parity را برای نگهداری در هارد دیسک ارسال می‌کند. همان گونه که در مدل Raid 2 از سیستم ECC جهت تشخیص خطا استفاده می‌شد، در این مدل نیز استفاده از ECC امکان پذیر است.

معرفی Raid 4 و مزایای استفاده از آن

یکی از مدل های دیگری که در تکنولوژی Raid وجود دارد و همچنین مشابه Raid 3 است، سیستم Raid 4 می‌باشد. البته نحوه به اشتراک گذاری داده در این سیستم کاملا متفاوت با Raid 3 است. ولی در کل، شماتیک آن ها یکی می‌باشد. همچنین در Raid 4 از نوارهای بزرگ جهت انتقال داده ها استفاده شده است. به همین دلیل شما می‌توانید رکورد دلخواه خود را بخوانید. در این سیستم، عملکرد نیز خود به خود افزایش پیدا خواهد کرد. برای اینکه بتوانید Raid 4 را بر روی سیستم خود پیکربندی کنید باید از 3 دیسک استفاده نمایید.

 

معرفی Raid 5 و مزایای استفاده از آن

سیستم Raid 5 شباهت های زیادی به Raid 1 در تکنولوژی Raid دارد. برای مثال، برای پیاده سازی آن به 3 عدد دیسک نیاز داریم. همچنین اطلاعات در این تکنولوژی به صورت Mirroring ذخیره سازی می‌شوند. همچنین برای بازیابی اطلاعات از دست رفته و افزایش کارایی آن از کد Parity استفاده می‌شود. یکی از مشکلات Raid 5 در مقایسه با Raid 1 این است که، سرعت نوشتن اطلاعات در این مدل پایین است. دلیل آن هم، دو بار نوشتن اطلاعات می‌باشد که نسخه دوم آن برای Parity است. در انواع فضا های ذخیره سازی، مدل Raid 5 از میان انواع مدل های تکنولوژی Raid، کاربردی تر است. عده ای از اداره ها و سیستم های خانگی، برای پیاده سازی Raid، از مدل Raid 5 استفاده می‌کنند.

در تکنولوژی Raid دیسک هایی وجود دارد که به عنوان پشتیبان، مورد استفاده قرار می‌گیرد. این دیسک‌ها Hot spare نام دارند. دیسک های Hot spare به صورت اکسترنال نصب می‌شود و تا هنگام از کار افتادن دیسک های فعال، به صورت Unactive باقی می‌ماند. اما زمانی که دیسک‌های فعال از کار بیفتند، با استفاده از کنترلر تکنولوژی Raid، دیسک های Fail از مجموعه خارج شده و دیسک های Hot spare جایگزین آن‌ ها می‌شود. به عنوان مثال، یک آرایه Raid 5 به همراه یک دیسک Hot spare، برابر است با تعداد دیسک های موجود در Raid 6 که به هنگام پیش آمدن مشکل، این دیسک Hot spare محافظ خوبی برای کل آرایه می‌باشد.

 

معرفی Raid 6 و مزایای استفاده از آن

یکی از ویژگی های خوب Raid 6، شباهت زیاد آن به Raid 5 است. فقط در تعداد هارد هایی که به صورت آفلاین رزرو می‌کنند تفاوت دارند. در Raid 6 تعداد این هارد ها دو عدد افزایش پیدا کرده است. یکی از مزایای مهمی که این مدل از تکنولوژی Raid شامل آن می‌شود، این است که باعث افزایش ضریب امنیتی مدل Raid 6 می‌شود. این مدل، دارای سرعت و همچنین امنیت بالایی نسبت به سایر مدل ها می‌باشد که طرفداران زیادی در سراسر دنیا دارد.

 

 

معرفی Raid 10 و مزایای استفاده از آن

در تکنولوژی Raid، و در میان انواع مختلف Raid، مدل دیگری نیز وجود دارد که از ترکیب دو مدل Raid0 و Raid1 تشکیل شده است. در این مدل جمعا 9 عدد هارد دیسک موجود است. 6 هارد اولی با یکدیگر، Raid1 را تشکیل می‌دهند. الباقی هارد ها که جمعا 3 عدد می‌شود، Raid0 را تشکیل می‌دهند. در این مدل Raid، سرعت نوشتن نسبتا بالا است. البته در مقایسه با Raid5 و Raid6، سرعت کمتری دارد.

 

معرفی Raid 50 و مزایای استفاده از آن

این نوع مدل، همانند مدل Raid 10 از ترکیب دو مدل Raid تشکیل می‌شود. Raid های تشکیل دهنده این مدل، Raid 0 و Raid 5 می‌باشد. استفاده از  مدل Raid 5 در تمام سیستم ها امکان پذیر نیست و فقط محدود به بعضی از Storage ها می‌شود. اما با استفاده از Raid 50 این مشکل تا حدودی حل شده است. در مدل Raid 50، تمام قسمت های هارد های موجود در Storage یا حافظه، به قسمت های کوچک تری تقسیم می‌شوند و هر کدام به صورت Raid 5، پیکربندی می‌شوند. سپس این بسته‌ ها، به صورت Raid 0 در می‌آیند و به کاربران این امکان را می‌دهد تا به تمام قسمت های هارد دسترسی داشته باشند. در تکنولوژی Raid اگر از Raid 5 و Raid 6 استفاده کنیم، طبیعتا ظرفیت حافظه کاهش خواهد یافت. به این دلیل که در این هارد ها از هارد رزرو استفاده شده است. برای درک بهتر این موضوع می‌توانیم مثالی بزنیم. فرض کنید که شما تعداد 24 عدد هارد دارید. ظرفیت هارد های شما نیز به میزان 2 ترابایت می‌باشد. میزان Storage شما در حالت Raid 5، 40 ترابایت خواهد بود. اما با یک محاسبه سر انگشتی متوجه خواهید شد که این مقدار باید به میزان 48 ترابایت باشد.

مفهوم Raid ترکیبی یا تو در تو

در تکنولوژی Raid، انواع راید ها وجود دارند که به صورت ترکیبی هستند. این راید ها ترکیبی از راید های عادی اند. در ادامه اقدام به معرفی چند نوع از این راید ها خواهیم کرد.

• Raid10
• Raid50
• Raid01 : این نوع Raid با ترکیب دو راید 0 و 1 ساخته شده است. یعنی ویژگی هر دو را به همراه خود دارد. مثلا سرعت Raid 0 و ایمنی Raid 1 را به صورت ترکیبی به همراه دارد. با ترکیب Raid 0+1 تکنولوژی Raid 0 پیاده سازی می‌شود. در این مدل، ابتدا اطلاعات در Storage کپی می‌شوند و بعد از آن عملیات نوار بندی صورت می‌گیرد. همچنین پیکربندی این نوع Raid (یعنی Riad01) راحت تر از سایر Raid ها می‌باشد. در ضمن، هزینه پیکربندی و نگهداری Ride بسیار بالا است.
• Raid 60 : این نوع از تکنولوژی Raid با ترکیب Raid 0 و Raid 6 تشکیل شده است. در این مدل، ما به 8 هارد نیاز داریم. اطلاعات ما در بین هارد هایی که به صورت Raid 6 پیکربندی شده اند به شکل نواری پخش می‌شوند. از مهم ترین مزایای Raid 06، ادامه دادن به کار خود با وجود بروز ایراد در سیستم است.

 

مهم ترین مزایای استفاده از تکنولوژی Raid

• هزینه ها را می‌کاهد
• با استفاده از چند هارد دیسک، کارایی سیستم را افزایش می‌دهد
• سرعت خواندن و نوشتن را افزایش می‌دهد
• سرعت بازیابی اطلاعات را افزایش می‌دهد
• همچنین افزونگی هارد را تامین می‌کند

مهم ترین معایب استفاده از تکنولوژی Ride

• خراب شدن یکی از درایوها، ممکن است منجر به خرابی سایر درایوها نیز شود
• ممکن است با خراب شدن یکی از درایوها، تمام اطلاعات از دست برود
• سرعت Raid نرم افزاری، بیشتر از نسخه سخت افزاری آن است.

 

شرح Raid Controller

در تکنولوژی Raid، نوعی قطعه ای سخت افزاری یا نرم افزاری وجود دارد که مدیریت و پشتیبانی هارد دیسک ها را بر عهده دارد. در واقع می‌توان گفت که نوعی بهبود کننده عملکرد میان هارد دیسک و سیستم عامل است.

 

بهترین Raid کدام است؟

بسته به نیاز ما، مدل‌های مختلف تکنولوژی Raid بر روی سیستم ما پیاده سازی می‌شود. اما اگر بخواهیم به طور کلی به موضوع نگاه کنیم، Raid 0 به عنوان راید سریع، Raid 1 به عنوان راید مطمئن و Raid 5 نیز ترکیب هر دو راید ذکر شده است.

 

تفاوت SSD و Raid

به دلیل بالا بودن سرعت هارد SSD، این تکنولوژی بیشتر در بین افراد محبوب است. در میان مدل های تکنولوژی Raid نیز، Raid 0 تقریبا سرعتی شبیه به SSD دارد. درست است که پیکربندی Raid 0 شبیه به SSD است، اما هیچوقت از لحاظ سرعت، به SSD نمی‌رسد.