RAID Storage چیست؟ معنی، انواع، و کار استوریج رید چگونه است؟ RAID واحدهای دیسک سخت افزاری را در یک واحد منطقی مجازی ترکیب می کند تا عملکرد و قابلیت اطمینان ذخیره سازی را بهبود بخشد. رید یک فناوری ذخیره‌سازی است که چندین واحد دیسک سخت‌افزاری را در یک واحد منطقی مجازی ترکیب می‌کند تا عملکرد، قابلیت اطمینان و سهولت دسترسی ذخیره‌سازی داده را بهبود بخشد. این مقاله نحوه کار و انواع ذخیره سازی داده های RAID را توضیح می دهد.
RAID Storage چیست؟
Redundant array of independent disks – که به اختصار RAID نامیده می شود – به عنوان یک فناوری ذخیره سازی تعریف می شود که چندین واحد دیسک سخت افزاری را در یک واحد منطقی مجازی سازی شده برای بهبود عملکرد، قابلیت اطمینان و دسترسی آسان به ذخیره سازی داده ها ترکیب می کند.
رید شکلی از ذخیره‌سازی است که داده‌ها را روی بسیاری از دیسک‌ها در یک سیستم می‌نویسد. پیکربندی های مختلف از جمله RAID 0، RAID 1 و RAID 5 وجود دارد. با توجه به نحوه ضبط و توزیع داده های شما، هر نوع RAID مزایای منحصر به فردی را برای مشتریان خود ارائه می دهد، از جمله عملکرد بهبود یافته، تحمل خطای بالاتر یا ترکیبی از هر دو.
اگرچه RAID ممکن است ذخیره سازی داده های شرکت را قوی تر و قابل اعتمادتر کند، اما مانند پشتیبان گیری از داده ها نیست. آرایه‌های RAID عملیات ورودی/خروجی را روی دیسک‌های متعدد توزیع می‌کنند تا سریع‌تر به داده‌ها دسترسی پیدا کرده و ذخیره کنند یا اطلاعات روی یک دیسک را روی دیسک‌های دیگر تکرار کنند، و به سیستم اجازه می‌دهند در صورت خرابی یکی از درایوها بدون از دست دادن اطلاعات به کار خود ادامه دهد.
در مقابل، پشتیبان گیری از اطلاعات به شما امکان بازیابی فایل های از دست رفته را می دهد. بنابراین، در حالی که راه‌حل‌های پشتیبان‌گیری و بازیابی برای راه‌اندازی سیستم‌های شما در صورت از دست دادن فاجعه‌بار داده‌ها طراحی شده‌اند، RAID برای جلوگیری از وقوع چنین فقدانی در نظر گرفته شده است. به طور مشابه، اگرچه RAID کل سیستم ذخیره سازی شما را قوی تر می کند، اما هنوز فقط یک کپی از داده های شما است.
مفاهیم زیر اغلب با RAID مرتبط هستند:
- Striping: داده ها در بسیاری از درایوها تقسیم می شوند.
- Mirroring: داده ها بین چندین درایو تکثیر می شوند.
- Parity: این عدد تعیین شده ای است که برای بازآفرینی داده ها به صورت ریاضی استفاده می شود.
RAID Groups چیست؟
RAID Groups مجموعه‌ای از دیسک‌ها، اغلب دو یا چند واحد مشابه را در یک واحد منطقی ترکیب می‌کنند. اگر دیسک‌هایی با اندازه‌های مختلف به یک RAID Groups مشترک متصل شوند، همه دیسک‌های آن گروه در اندازه دیسک با کمترین ظرفیت کار خواهند کرد. به همین ترتیب، اگر یک RAID Groups دارای انواع مختلفی از درایوها (SSD، HHD، SAS) باشد، گروه بر اساس ضعیف ترین دیسک کار خواهد کرد. حتی اگر گروه های RAID به طور قابل توجهی در دسترس بودن و عملکرد حافظه را بهبود می بخشند، ساخت آنها بسته به ظرفیت هر گروه و نوع دیسک ضروری است.
برای فعال کردن ارتباط بین سرورها و دستگاه‌های ذخیره‌سازی در قالب دستورالعمل‌های ورودی/خروجی (I/O)، از LUN (شماره واحد منطقی) برای شناسایی دستگاه‌های ذخیره‌سازی داخل RAID Groups استفاده می‌شود. یک واحد منطقی ممکن است از یک درایو واحد، دستگاه های ذخیره سازی متعدد، یک آرایه RAID کامل یا یک بخش فرعی از یک دیسک تشکیل شده باشد. حقوق دسترسی و کنترل ممکن است از طریق این هویت های منطقی تخصیص داده شود که مدیریت منابع ذخیره سازی را ساده می کند.
بنابراین، RAID Groups برای تشکیل استخرهای ذخیره‌سازی برای بهبود عملکرد و سادگی مدیریت یکپارچه شده‌اند. این امر به شرکت‌ها امکان می‌دهد تا با نصب دیسک‌ها یا گروه‌های RAID و در عین حال افزایش فضای ذخیره‌سازی LUN، به راحتی مقیاس‌شان را برآورده کنند.
استخرهای ذخیره‌سازی یک یا چند آرایه RAID یا گروه‌های RAID را ادغام می‌کنند که انواع و اندازه‌های هارد دیسک را در یک واحد منطقی با ظرفیت کل ذخیره‌سازی بیشتر ادغام می‌کنند. Pool ها یا استخرها فقط یک سطح RAID دیگر هستند که طراحی RAID زیرین را مجازی می کنند. استخرها داده ها و حجم کار را به طور یکنواخت در سراسر استخر توزیع می کنند در حالی که حفاظت RAID را به استخر گسترش می دهند.
اگر درایو خراب شود یا درایوهای جدیدی مورد نیاز باشد، مدیر زیرساخت فناوری اطلاعات می‌تواند به راحتی دیسک‌ها را به گروه RAID مربوطه جایگزین یا اضافه کند . پس از آن، آنها می توانند به صورت پویا داده ها را بین درایوهای فعلی استخر توزیع کنند.
برای دستیابی به سطح مورد نیاز از تحمل خطا، شرکت ها اغلب تنظیمات منحصر به فردی را برای هر گروه RAID در معماری کلی ذخیره سازی RAID خود می خواهند. این ترکیبات RAID به سطوح RAID یا دسته های مختلف RAID گفته می شود.
چرا استوریج RAID ضروری است؟
در صورتی که شما یا سازمانتان برای آپ تایم و قابلیت دسترسی امتیازی قائل شوید، RAID سودمند است. پشتیبان گیری به عنوان یک بیمه نامه در برابر از دست دادن فاجعه بار داده ها عمل می کند. با این حال، بازیابی حجم وسیعی از داده ها، مانند زمانی که هارد دیسک از کار می افتد، ممکن است چندین ساعت طول بکشد. این پشتیبان‌گیری‌ها ممکن است ساعت‌ها یا حتی چند روز ارزش داشته باشند و تمام داده‌های ذخیره‌شده یا اصلاح‌شده از پشتیبان‌گیری قبلی را از دست بدهند. RAID شما را قادر می سازد تا خرابی یک یا چند دیسک سخت را بدون از دست دادن اطلاعات و در بسیاری از موارد بدون خرابی تحمل کنید.
اگر با مشکلات IO دیسک مواجه هستید، RAID راحت است، که در آن برنامه‌ها منتظر می‌مانند تا دیسک کارها را کامل کند. RAID با امکان دسترسی به اطلاعات و نوشتن اطلاعات از چندین درایو به جای یک دیسک واحد، عملکرد را افزایش می دهد. علاوه بر این، وقتی RAID سخت‌افزاری را انتخاب می‌کنید، رم اضافی برای استفاده به‌عنوان حافظه پنهان خواهد داشت که فشار روی ماشین فیزیکی را کاهش می‌دهد و عملکرد کلی را بهبود می‌بخشد.
انواع استوریج RAID چیست؟
تنظیمات RAID معمولی به عنوان سطوح نامیده می شوند. در ابتدا پنج مورد از این موارد وجود داشت، اما اکنون تعداد بیشتری وجود دارد، از جمله بسیاری از سطوح تودرتو و چندین سطح غیر استاندارد (اغلب اختصاصی).
همانطور که قبلاً گفته شد، Mirroring عبارت است از تکرار داده ها بر روی چندین دیسک، striping توزیع داده ها در چندین دیسک و تصحیح خطا ذخیره داده های اضافی است تا امکان تشخیص و تعمیر احتمالی خطاها را فراهم کند (که به آن تحمل خطا نیز می گویند). بسته به نیاز سیستم، می توان از هر یک یا همه این رویکردها در پیکربندی های مختلف RAID استفاده کرد.
سطوح مختلف انواع افزونگی خاص خود را دارند. بنابراین، بسته به کاربرد، سازش شامل تحمل خطا و سرعت اغلب ضروری است. RAID 0، RAID 1، RAID 5، RAID 6، و RAID 10 سطوح RAID اولیه هستند (مثلا RAID 3 وجود دارد که زیاد استفاده نمی شود). بیایید ابتدا این پنج نوع RAID را بررسی کنیم:
RAID 0 چیست؟
RAID 0 که گاهی اوقات به عنوان Striped Set یا Striped Volume شناخته می شود، حداقل به دو درایو نیاز دارد. دیسک ها در یک ولوم یا پارتیشن بزرگ ترکیب می شوند که در آن داده ها به طور یکنواخت در سراسر دیسک های آرایه توزیع می شوند.
Disk striping تکنیک تقسیم داده ها به تکه ها و نوشتن آنها به صورت همزمان یا متوالی بر روی چندین درایو است. پیکربندی دیسک های استریپینگ به عنوان یک پارتیشن منفرد سرعت را بهبود می بخشد زیرا درایوهای متعددی عملیات خواندن و نوشتن را به طور همزمان انجام می دهند. در نتیجه، RAID 0 اغلب برای افزایش عملکرد استفاده می شود.
این ساده ترین و مقرون به صرفه ترین طراحی دیسک اضافی موجود است. با این وجود، تحمل خطا، افزونگی یا برابری را در ساختار خود لحاظ نمی کند. در نتیجه، مشکلات مربوط به هر یک از دیسک‌های موجود در آرایه ممکن است منجر به از دست رفتن کلی داده شود. بنابراین، فقط باید برای ذخیره سازی غیر ضروری، مانند فایل های موقت پشتیبان گیری شده، استفاده شود.
RAID 1 چیست؟
زمانی که هدف اصلی حفاظت از داده ها و افزونگی باشد، RAID 1 یک گزینه ایده آل است. این نوع RAID داده های شما را روی یک دیسک و یک کپی جداگانه در سایر درایوهای موجود ذخیره می کند. این بدان معناست که شما همچنان به داده های خود دسترسی خواهید داشت حتی اگر یکی از درایوها از کار بیفتد. این روش فضای ذخیره سازی و عملکرد نوشتن یک درایو را فراهم می کند و در عین حال امنیت داده ها را قوی می کند.
این پایین‌ترین نرخ افزونگی RAID است و به عنوان Mirroring نیز شناخته می‌شود زیرا داده‌های یکسان در دو درایو کپی می‌شوند. این درایو تقریباً دو برابر راندمان خواندن یک درایو را پشتیبانی می کند، اما هیچ افزایشی در توان نوشتن ندارد. تا زمانی که حداقل یک دیسک فعال باشد، داده ها همیشه در دسترس هستند.
RAID 5 چیست؟
رید 5 یک راه‌اندازی محبوب است که به طور موثر امنیت و عملکرد را متعادل می‌کند. حداقل به سه دیسک نیاز دارد و سرعت خواندن سریع‌تر اما نرخ نوشتن بدون تغییر را ارائه می‌کند. RAID 5 به آرایه‌هایی که فضای یک دیسک را اشغال می‌کنند، ثبات می‌بخشد. علاوه بر این، این سطح می تواند یک نقص عملکرد دیسک را تحمل کند.
نقطه ضعف RAID 5 ناتوانی آن در تحمل یک درایو دیسک خراب است. RAID 5 قابل تعویض است، به این معنی که یک درایو دیسک ممکن است در زمانی تعویض شود که بقیه آرایه به طور عادی به کار خود ادامه می دهد. از آنجایی که جمع‌های کنترلی برابری فضای یک درایو دیسک را اشغال می‌کنند، ظرفیت کلی ذخیره‌سازی آرایه به میزان یک درایو در استقرار RAID 5 کاهش می‌یابد. RAID 5 در تحمل خطا از RAID 1 و RAID 0 پیشی می گیرد و ظرفیت ذخیره سازی کلی بالاتری نسبت به آرایه های RAID 1 ارائه می دهد.
RAID 6 چیست؟
RAID 6 با RAID 5 فقط با اضافه کردن پریتی دابل (Double Parity) قابل مقایسه است. در نتیجه، به عنوان RAID دابل نیز شناخته می شود. این پیکربندی حداقل به چهار درایو نیاز دارد. پیکربندی مشابه RAID 5 است، با این تفاوت که دو بلوک پریتی اضافی در بین دیسک ها پراکنده شده اند. بنابراین، داده ها بر روی آرایه با استفاده از استریپینگ در سطح بلوک توزیع می شوند و دو بلوک پریتی برای هر بلوک داده ذخیره می شود.
استریپینگ در سطح بلوک با استفاده از دو بلوک پریتی اجازه می دهد تا قبل از از بین رفتن داده ها، دو دیسک خراب شود. این بدان معناست که RAID همچنان می تواند داده های مورد نیاز را در صورت خرابی دو درایو دوباره جمع کند. عملکرد آن به پیاده سازی آرایه و تعداد دیسک ها بستگی دارد. به دلیل پریتی دابل ، فرآیندهای نوشتن در مقایسه با سایر تنظیمات کندتر هستند.
RAID 10 چیست؟
حداقل دو مجموعه RAID 1 درون یک راه اندازی RAID 0 در RAID 10 قرار گرفته اند. این ترکیبی از عملکرد با افزایش تحمل خطا است. Mirroring افزونگی بیشتری را فراهم می کند و به شما امکان می دهد بدون توجه به اینکه آیا 50٪ از دیسک های خود را از دست می دهید یا خیر، محتوا را حفظ کنید – با این فرض که کپی میرورینگ شده شما خراب نیست. هنگامی که قابلیت اطمینان و ثبات برای فرآیندهای فشرده بسیار مهم است، شرکت ها و سایر واحدهای جانبی از RAID 10 استفاده می کنند.
RAID 10 از انعکاس منطقی برای کپی کردن داده ها در دو یا چند دیسک برای افزونگی استفاده می کند. اگر یک دیسک از کار بیفتد، داده ها تکرار شده و در درایو دیگری ذخیره می شوند. علاوه بر این، آرایه از استریپینگ در سطح بلوک برای پراکندگی بلوک های داده در چندین دیسک استفاده می کند. از آنجایی که داده ها به طور همزمان از چندین درایو قابل دسترسی هستند، کارایی و سرعت خواندن و نوشتن افزایش یافته است.
روش دیگر برای طبقه بندی RAID نحوه نصب آن است. هم RAID نرم افزاری و هم RAID سخت افزاری برای نصب و همچنین نصب بر اساس سیستم عامل در دسترس هستند:
RAID مبتنی بر سخت افزار
RAID مبتنی بر سخت افزار مستلزم نصب یک کنترلر تخصصی بر روی سرور است. کارت‌های RAID مبتنی بر سخت‌افزار، آرایه(های) RAID را مدیریت می‌کنند و دیسک‌های منطقی را بدون دخالت خود سیستم به سیستم ارائه می‌کنند. علاوه بر این، RAID سخت افزاری ممکن است پیکربندی های RAID زیادی را به طور همزمان به سیستم ارائه دهد. این شامل آرایه‌های RAID 1 برای درایوهای راه‌اندازی و برنامه‌ها و آرایه RAID 5 برای آرایه‌های ذخیره‌سازی بزرگ‌تر است.
RAID مبتنی بر نرم افزار
RAID مبتنی بر نرم افزار یک ویژگی استاندارد تقریباً در تمام سرورهای اختصاصی است. این نشان می‌دهد که برای استفاده از نرم‌افزار RAID 1 هزینه‌ای دریافت نمی‌شود، که اگر از فضای ذخیره‌سازی محلی در دستگاه خود استفاده می‌کنید اکیداً توصیه می‌شود. توصیه می شود که همه دیسک های موجود در آرایه های RAID دارای دسته و ظرفیت یکسانی باشند. RAID مبتنی بر نرم افزار از بخشی از منابع پردازشی سیستم برای مدیریت راه اندازی RAID استفاده می کند. اگر قصد بهینه‌سازی کارایی یک سیستم را دارید، مانند پیکربندی‌های RAID 5 یا 6، کاربران باید از کارت سخت‌افزاری RAID با هارد دیسک‌های معمولی استفاده کنند.
RAID مبتنی بر سیستم عامل
RAID پیاده‌سازی شده توسط نرم‌افزار به ندرت با رویه بوت دستگاه مطابقت دارد و برای نسخه‌های ویندوز دسکتاپ غیرممکن است. در طول راه‌اندازی اولیه، فریم ویر ممکن است RAID را پیاده‌سازی کند و درایورهای دستگاه پس از نصب کامل سیستم عامل راه‌اندازی می‌شوند.
این تکنیک اغلب به عنوان “RAID نرم افزاری به کمک سخت افزار” یا “RAID مدل ترکیبی یا هیبریدی” شناخته می شود زیرا به کمک سخت افزاری کمی نیاز دارد. این معماری نسبت به RAID نرم افزار سنتی مزیتی دارد، زیرا در حالت افزونگی، دیسک بوت در هنگام بوت شدن در برابر خرابی (به دلیل سیستم عامل) محافظت می شود.
RAID چگونه کار می کند؟
RAID سرعت را با توزیع داده ها روی چندین درایو و فعال کردن فرآیندهای ورودی/خروجی (I/O) برای تلاقی اندازه گیری شده بهبود می بخشد. از آنجایی که استفاده از درایوهای متعدد، میانگین زمان ثبت‌شده بین خرابی‌های سیستم را بهبود می‌بخشد، ذخیره‌سازی اضافی داده‌ها نیز تحمل خطا را بهبود می‌بخشد. هر سیستم عامل آرایه های RAID را به عنوان یک دیسک منسجم واحد درک می کند.
RAID از روش‌های Disk Mirroring یا Disk striping استفاده می‌کند. Mirroring داده های یکسان را روی بسیاری از درایوها کپی می کند. پارتیشن های استریپینگ به توزیع داده ها در چندین دستگاه دیسک کمک می کند. ظرفیت ذخیره سازی هر دیسک به قطعاتی از 512 بایت تا چندین گیگابایت تقسیم می شود. استریپینگ هر دیسک به هم پیوسته و به صورت متوالی آدرس دهی می شوند. در یک آرایه RAID، انعکاس دیسک و striping نیز ممکن است ترکیب شوند.
یک کنترلر RAID دیسک های سخت را در آرایه های متمرکز بر ذخیره سازی مدیریت می کند. این لایه به عنوان یک لایه انتزاعی (یکی از اجزای حیاتی محاسبات و برنامه نویسی شی گرا ) بین سیستم عامل و دیسک های واقعی ایجاد می شود و گروه هایی از دیسک ها را به عنوان واحدهای منطقی ارائه می دهد. یک کنترلر RAID ممکن است بر اساس سخت افزار یا نرم افزار باشد. بر اساس نحوه ساخت یک RAID، ممکن است عملکرد سیستم شما را بهبود دهد و یک “درایو” منحصر به فرد در اختیار کاربران قرار دهد که می تواند به اندازه کل مجموعه درایوها با هم داده ذخیره کند. از طرف دیگر، ممکن است از RAID برای افزایش قابلیت اطمینان استفاده کنید تا اطمینان حاصل کنید که رایانه شما پس از خرابی هارد دیسک به کار خود ادامه می دهد. RAID های ترکیبی هر دو عملکرد را فعال می کنند.
استوریج RAID پدیده جدیدی نیست، اما اهمیت آن با توجه به اینکه سازمان ها به دنبال قدرت، افزونگی و انعطاف پذیری هستند، افزایش یافته است. با تجزیه و تحلیل گزینه‌های مختلف RAID و مزایای احتمالی آنها، می‌توانید گزینه‌ای را انتخاب کنید که بهتر با نیازهای شما مطابقت داشته باشد و رویکرد بازیابی فاجعه شما را بهبود بخشد.
