رید RAID

زمان تخمینی مطالعه: 15 دقیقه  

RAID به معنای آرایه اضافی از دیسک‌های مستقل (Redundant Array of Independent Disks) است و روشی است که در آن چند درایو سخت (هارد دیسک) به هم متصل می‌شوند تا به صورت ترکیبی و با هدف افزایش عملکرد یا ایمنی داده‌ها عمل کنند. در RAID، درایوها به عنوان یک درایو واحد در اختیار سیستم عامل قرار می‌گیرند و می‌توانند به صورت مجازی به کاربر ارائه شوند.

رِید چه نقشی در مرکز داده دارد؟

RAID نقش مهمی در دیتاسنترها (Data Centers) ایفا می‌کند و به عنوان یک فناوری ذخیره‌سازی داده پرکاربرد در این محیط‌ها استفاده می‌شود. برخی از نقش‌های اصلی RAID در مراکزداده به شرح زیر است:

ایمنی داده‌ها: یکی از نقش‌های اصلی RAID در مرکز داده، ارائه ایمنی برای داده‌ها است. با استفاده از فناوری فوق، امکان تحمل خطا در صورت خرابی یک یا چند درایو فیزیکی و بازسازی داده‌ها از روی اطلاعات موجود در سایر درایوها وجود دارد. این موضوع باعث کاهش احتمال از دست رفتن داده‌ها و افزایش ایمنی سیستم می‌شود.

افزایش سرعت و عملکرد: RAID نه تنها امکان توزیع داده‌ها بین درایوها را فراهم می‌کند، بلکه با استفاده همزمان از چند درایو، سرعت عملیات خواندن و نوشتن را بهبود می‌بخشد. این موضوع برای دیتاسنترها که با حجم بالای داده‌ها و تعداد کاربران همزمان روبه‌رو هستند، مهم است.

مقیاس‌پذیری: رید به مرکز داده امکان گسترش و مقیاس‌پذیری فضای ذخیره‌سازی را می‌دهد. با استفاده از رید می‌توان درایوهای جدید را به آرایه رید اضافه کرده و فضای ذخیره‌سازی را به راحتی گسترش داد. این امکان به مدیران مراکزداده کمک می‌کند تا با افزایش نیازهای ذخیره‌سازی، سیستم را به سادگی بزرگ‌تر کنند.

مدیریت ساده: رید کنترلرها که به‌عنوان بخشی از معماری RAID استفاده می‌شوند، عملیات مدیریت و کنترل آرایه رید را ساده‌تر می‌کنند. این کنترلرها امکاناتی مانند تشخیص خطا، نمایش وضعیت درایوها، تنظیمات رید و مدیریت بار را فراهم می‌کنند. این امر به مدیران مراکزداده کمک می‌کند تا بهبود عملکرد و پایداری سیستم را بهبود دهند و مشکلات را به سرعت تشخیص داده و برطرف کنند.

RAID چگونه کار می‌کند؟

معماری RAID بر اساس ترکیب و توزیع داده‌ها بین درایوها و استفاده از توازن (parity) برای تحمل خطا کار می‌کند. با استفاده از این معماری، اهدافی مانند ایمنی داده‌ها، افزایش سرعت، افزایش فضای ذخیره‌سازی و مقیاس‌پذیری را می‌توان بهبود بخشید. توضیح مراحل اصلی معماری RAID به شرح زیر است:

ترکیب داده‌ها (Data Striping): در معماری رید، داده‌ها به بخش‌های کوچک‌تر تقسیم می‌شوند و به صورت موازی بر روی درایوها ذخیره می‌شوند. به این فرآیند ترکیب داده‌ها یا دیسک استریپینگ (Disk Striping) گفته می‌شود. با این روش، سرعت عملیات خواندن و نوشتن بهبود می‌یابد، زیرا داده‌ها به صورت همزمان بر روی چندین درایو قرار می‌گیرند.

تحمل خطا (Fault Tolerance): برای تحمل خطا، رید از توازن استفاده می‌کند. توازن، یک بیت اضافی است که براساس داده‌های قرار گرفته بر روی سایر درایوها محاسبه می‌شود. در صورت بروز خطا در یکی از درایوها، اطلاعات موجود روی سایر درایوها و توازن برای بازسازی داده‌ها، استفاده می‌شود. این فرآیند باعث افزایش تحمل خطا و بازیابی داده‌ها می‌شود.

توزیع داده‌ها (Data Distribution): در معماری رید داده‌ها بین درایوها توزیع می‌شوند. این توزیع می‌تواند به صورت مساوی (مانند RAID 0) یا بر اساس الگوریتم‌های خاصی (مانند RAID 5 و RAID 6) صورت بگیرد. هدف از توزیع داده‌ها، افزایش سرعت خواندن و نوشتن، افزایش فضای ذخیره‌سازی و توزیع بار میان درایوها است.

رید کنترلر (RAID controller) چیست؟

رید کنترلر (RAID controller) یک دستگاه یا قطعه سخت‌افزاری است که وظیفه مدیریت و کنترل آرایه رید را بر عهده دارد. این کنترلر به عنوان واسط بین سیستم‌عامل و درایوهای فیزیکی در آرایه رید عمل می‌کند. وظایف اصلی یک RAID کنترلر به شرح زیر است:

مدیریت آرایه رید: ریدکنترلر مسئول ترکیب و توزیع داده‌ها بین درایوهای فیزیکی در آرایه رید است. این کنترلر تعیین می‌کند که هر بخش از داده‌ها بر روی کدام درایو ذخیره شوند و چگونه توزیع بار بین درایوها انجام شود.

پشتیبانی از سطوح رید: ریدکنترلر از سطوح مختلفی مثل RAID 0، RAID 1، RAID 5، RAID 6 و غیره پشتیبانی می‌کند. این کنترلر به تنظیمات مربوط به سطوح رید دسترسی دارد و عملیات مربوطه را مدیریت می‌کند.

مدیریت تحمل خطا: رید کنترلر به تشخیص و مدیریت خطاهای مربوط به درایوهای درون آرایه رید می‌پردازد. در صورت بروز خطا در یکی از درایوها، این کنترلر با استفاده از اطلاعات توازن و داده‌های موجود روی سایر درایوها، تحمل خطا و بازسازی داده‌ها را انجام می‌دهد.

ارائه عملکرد بهینه: رید کنترلر برای بهبود عملکرد سیستم، استراتژی‌هایی مانند کش‌سازی (caching)، تسریع خواندن/نوشتن (read/write acceleration) و بهینه‌سازی عملیات I/O را پیاده‌سازی می‌کند.

رید کنترلر می‌تواند در قالب یک قطعه سخت‌افزاری مجزا (به عنوان کنترلر سخت‌افزاری) یا به صورت یک کارت گسترشی (به عنوان کنترلر RAID PCI-E) در سیستم موجود باشد. همچنین، برخی سرورها و ذخیره‌سازهای شبکه (NAS) دارای رید کنترلر داخلی یا مدیریت شده هستند که به صورت یک قطعه سخت‌افزاری در دسترس قرار دارند.

انواع مختلف RAID

رید انواع مختلفی دارد که هرکدام ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود را دارند. برخی از ریدهای پُر کاربرد که به شکل گسترده‌ای در مراکزداده مورد استفاده قرار می‌گیرند به شرح زیر است:

RAID 0

RAID 0  سرنام  (Redundant Array of Independent Disks level 0) یکی از انواع رید است که برای افزایش سرعت عملیات خواندن و نوشتن داده‌ها استفاده می‌شود. در RAID 0، داده‌ها به صورت پارتیشن‌های برابر بین حداقل دو درایو تقسیم می‌شوند و به صورت موازی روی آن‌ها ذخیره می‌شوند. هر بخش از داده‌ها بر روی یک درایو ذخیره می‌شود و به طور موازی با سایر درایوها کار می‌کند. مزیت اصلی RAID 0 افزایش سرعت است. با تقسیم داده‌ها بین چند درایو و همزمانی عملکرد آن‌ها، پهنای باند قابل استفاده بیشتری فراهم می‌شود و سرعت عملیات خواندن و نوشتن داده‌ها افزایش می‌یابد. با افزایش تعداد درایوها، سرعت RAID 0 نیز بیشتر می‌شود. با این حال، RAID 0 به لحاظ امنیتی ضعیف است، زیرا هر چند که سرعت بالا را فراهم می‌کند، اما در صورت خرابی یکی از درایوها، تمام داده‌های ذخیره شده بر روی RAID 0 از دست می‌روند. به عبارت دیگر، RAID 0 از نظر بازیابی و تحمل خطا بسیار ضعیف است. بنابراین، از RAID 0 برای برنامه‌ها و کاربردهایی که نیاز به سرعت بالا دارند و ایمنی داده‌ها مهم نیست، استفاده می‌شود، اما برای مواردی که نیاز به ایمنی و دوام داده‌ها است، توصیه نمی‌شود.

مثالی از استفاده از RAID 0 در برنامه‌هایی است که نیازمند پردازش گرافیکی بالا یا بارگذاری سریع فایل‌های بزرگ هستند، زیرا RAID 0 امکان افزایش سرعت خواندن و نوشتن اطلاعات را ارائه می‌دهد.

RAID 1

RAID 1  نوع دیگری از رید است که برای تکثیر تکرار به شیوه قرینه‌سازی (mirroring) و افزایش ایمنی داده‌ها استفاده می‌شود. در RAID 1، داده‌ها به صورت یکسان روی حداقل دو درایو ذخیره می‌شوند. به عبارت دیگر، هر بیت از داده‌ها به صورت همزمان بر روی هر دو درایو ذخیره می‌شود. مزیت اصلی RAID 1 ایمنی بالا و تحمل خطا است. با داشتن ویژگی تکثیر اطلاعات درایوها، در صورت خرابی یکی از درایوها، داده‌ها همچنان در دسترس خواهند بود، زیرا داده‌ها کامل و یکسان بر روی درایو دیگر وجود دارند. این ویژگی امنیتی به کاربر اجازه می‌دهد تا به راحتی در صورت خرابی یک درایو، از درایو دیگر به داده‌ها دسترسی داشته باشد.

با این حال، RAID 1 هزینه‌برترین نوع رید است، زیرا نیاز به حداقل دو درایو برای تکثیر داده‌ها دارد و فضای ذخیره‌سازی را نصف می‌کند. علاوه بر این، در صورتی که درایوی خراب شود، فقط نصف ظرفیت کلی در دسترس است. از RAID 1 بیشتر در سیستم‌هایی استفاده می‌شود که نیاز به ایمنی و بازیابی سریع داده‌ها دارند، اما سرعت خواندن و نوشتن داده‌ها اولویت اصلی نیست.

مثالی از استفاده از RAID 1 می‌تواند در سرورها، سیستم‌های پایگاه داده حساس و محیط‌های کسب و کار باشد که ایمنی داده‌ها در آن‌ها حرف اول را می‌زند. با RAID 1، در صورت خرابی یک درایو، سیستم همچنان قادر به ادامه کار است و از درایو دیگر برای دسترسی به داده‌ها استفاده می‌کند.

RAID 5

RAID 5 یکی دیگر از انواع رید است که برای ترکیب ویژگی‌های ایمنی، سرعت و فضای ذخیره‌سازی بهینه شده استفاده می‌شود. در RAID 5، داده‌ها به صورت توازن بر روی حداقل سه درایو ذخیره می‌شوند. در RAID 5، برای هر بخش از داده‌ها، بیتی از اطلاعات توازن (parity) نیز محاسبه و ذخیره می‌شود. بیت توازن به صورت ترکیبی از بیت‌های متناظر درایوهای دیگر محاسبه می‌شود. این بیت توازن به عنوان اطلاعات تصحیح خطا (error correction) و بازیابی داده‌ها در صورت خرابی یک درایو استفاده می‌شود. بنابراین، اگر یکی از درایوها خراب شود، داده‌ها می‌توانند با استفاده از بیت‌های توازن و اطلاعات موجود در سایر درایوها بازیابی شوند.

مزیت RAID 5 در ایمنی داده‌ها و استفاده بهینه از فضای ذخیره‌سازی است. با استفاده از فناوری توازن، RAID 5 می‌تواند خرابی یک درایو را تحمل کند، زیرا اطلاعات لازم برای بازیابی داده‌ها در دسترس هستند. همچنین، RAID 5 به صورت ترکیبی اطلاعات را بین درایوها توزیع می‌کند که به معنای استفاده بهینه از فضای ذخیره‌سازی است. در واقع، فضای معادل یک درایو برای ذخیره بیت‌های توازن در نظر گرفته می‌شود.

با این حال، در صورت خرابی بیش از یک درایو در RAID 5، امکان بازیابی داده‌ها با استفاده از بیت‌های توازن وجود ندارد. همچنین، محاسبات توازن می‌توانند بار پردازشی را افزایش دهند. به طور کلی عملکرد خواندن و نوشتن در RAID 5 کمی کندتر از RAID 0 و RAID 1 باشد.

مثالی از استفاده از RAID 5 می‌تواند در سرورهای فایل، سیستم‌های ذخیره‌سازی شبکه و سرورهای پایگاه داده باشد که نیاز به ترکیب ایمنی و سرعت خواندن/نوشتن داده‌ها دارند. RAID 5 توانایی تحمل خطا را دارد و بازیابی داده‌ها در صورت خرابی یکی از درایوها را ارائه می‌دهد، در عین حال می‌تواند سرعت خواندن و نوشتن مناسبی را فراهم کند.

RAID 6

RAID 6  یکی دیگر از انواع رید است که در آن ترکیب ایمنی و تحمل خطا بالا با استفاده از بیت‌های توازن ارائه می‌شود. RAID 6 مشابه RAID 5 است، با این تفاوت که RAID 6 از دو بیت توازن برای هر بخش از داده‌ها استفاده می‌کند.

در RAID 6، برای هر بخش از داده‌ها دو بیت توازن محاسبه و ذخیره می‌شوند. این بیت‌های توازن بر اساس بیت‌های متناظر درایوهای دیگر محاسبه می‌شوند و به عنوان اطلاعات تصحیح خطا و بازیابی داده‌ها در صورت خرابی درایوها استفاده می‌شوند. با داشتن دو بیت توازن، RAID 6 قادر است تا خرابی دو درایو را تحمل کند، به طوری که دسترسی به اطلاعات را تضمین می‌کند.

مزیت اصلی RAID 6 نسبت به RAID 5، توانایی تحمل خطای بیشتر است. با داشتن دو بیت توازن، RAID 6 می‌تواند خرابی دو درایو را همزمان تحمل خطا کند، در حالی که RAID 5 تنها قادر به پشتیبانی از خرابی یک درایو است. این ویژگی باعث افزایش قابلیت اطمینان و ایمنی داده‌ها در RAID 6 می‌شود.

با این حال، همچنان RAID 6 همانند RAID 5 هزینه‌بر است. برای ذخیره بیت‌های توازن اضافی، RAID 6 به فضای ذخیره‌سازی بیشتری نسبت به RAID 5 نیاز دارد. همچنین، محاسبات توازن می‌توانند بار پردازشی را افزایش دهند. عملکرد خواندن و نوشتن در RAID 6 نیز کمی کندتر از RAID 0 و RAID 1 است.

مثالی از استفاده از RAID 6 می‌تواند در سیستم‌های ذخیره‌سازی شبکه، سرورهای پایگاه داده حساس و محیط‌های پرترافیک باشد که نیاز به ایمنی بالا و تحمل خطا دارند. RAID 6 توانایی تحمل خطای بیشتری نسبت به RAID 5 دارد و بازیابی داده‌ها در صورت خرابی یکی یا دو درایو را فراهم می‌کند.

RAID 10

RAID 10 یکی دیگر از انواع رید است که ترکیبی از RAID 1 و RAID 0 است. در RAID 10، داده‌ها به صورت قریانه و همزمان تقسیم و توزیع می‌شوند. در RAID 10، حداقل چهار درایو مورد استفاده قرار می‌گیرند. داده‌ها به دو گروه تقسیم می‌شوند و هر گروه از دو درایو تشکیل می‌شود. در هر گروه، داده‌ها به صورت تکراری بر روی درایوها ذخیره می‌شوند، به این ترتیب که هر داده به صورت تکاملی بر روی یک درایو نوشته می‌شود و سپس به درایو دیگر در همان گروه کپی می‌شود. این کار باعث می‌شود که هر داده دو بار ذخیره شود و در صورت خرابی یکی از درایوها، داده‌ها از درایو دیگر در همان گروه بازیابی شوند.

مزیت اصلی RAID 10 در ایمنی و بازیابی سریع داده‌ها است. با استفاده از تکنیک تکثیر مبتنی بر قرینه‌سازی، RAID 10 توانایی تحمل خطا بالا را دارد، زیرا هر داده‌ها در دو مکان ذخیره‌سازی می‌شوند. در صورت خرابی یکی از درایوها، سیستم می‌تواند از درایو دیگر در همان گروه به سرعت داده‌ها را بازیابی کند. این ویژگی باعث افزایش قابلیت اطمینان و ایمنی داده‌ها می‌شود.

همچنین، RAID 10 سرعت خواندن و نوشتن بالایی را نیز فراهم می‌کند، زیرا داده‌ها به صورت همزمان در دو گروه درایو توزیع می‌شوند و همه درایوها در هر گروه به صورت همزمان کار می‌کنند. این کار باعث می‌شود که عملیات خواندن و نوشتن داده‌ها با سرعت بیشتری انجام شود.

با این حال، RAID 10 به طور معمول نیاز به تعداد درایوهای بیشتری نسبت به سایر انواع رید دارد. زیرا هر داده بر روی دو درایو ذخیره می‌شود و نیاز به تکثیر داده‌ها وجود دارد. همچنین، هزینه فضای ذخیره‌سازی در RAID 10 نیز بیشتر است، زیرا داده‌ها بر روی درایوهای تکراری ذخیره می‌شوند. مثالی از نحوه استفاده از RAID 10 می‌تواند در سرورهای پایگاه داده بزرگ، سرورهای وب با ترافیک بالا یا محیط‌هایی با نیاز به ایمنی بالا و عملکرد قوی باشد. RAID 10 ترکیبی از ایمنی RAID 1 و سرعت RAID 0 را ارائه می‌دهد و قابلیت تحمل خطا و بازیابی سریع را فراهم می‌کند.

علاوه بر موارد یاد شده، ریدهای دیگری نیز وجود دارند که از آن جمله باید به RAID 2، RAID 3، RAID 4 و RAID 7 اشاره کرد که با استفاده از ترکیب‌های مختلف از داده‌ها و بیت‌های تصحیح‌کننده، ایمنی و عملکرد متفاوتی را فراهم می‌کنند. با این حال، این ریدها به طور گسترده‌تری استفاده نمی‌شوند و RAID 0، 1، 5، 6 و 10 بیشتر استفاده می‌شوند.

چه زمانی باید از رید استفاده کنیم؟

استفاده از رید وابستگی به نیازها و محدودیت‌های شما است. به طور معمول، رید در ارتباط با موارد زیر پیشنهاد می‌شود:

ایمنی داده‌ها: اگر برای شما ایمنی و تحمل خطا از اهمیت بالایی برخوردار است، در این صورت رید می‌تواند گزینه مناسبی باشد. رید با استفاده از تکنیک‌های تکثیر داده، توازن و توزیع داده‌ها بین درایوها، قابلیت تحمل خطا بالا و بازیابی داده‌ها در صورت خرابی را فراهم می‌کند.

سرعت و عملکرد: رید می‌تواند سرعت خواندن و نوشتن داده‌ها را بهبود بخشد، به ویژه در ریدهایی مثل  RAID 0 و RAID 10 که توزیع داده‌ها و استفاده از چند درایو به صورت همزمان را فراهم می‌کنند. اگر برنامه‌ها یا سرویس‌های شما نیاز به عملکرد بالا دارند، رید ممکن است برای شما مناسب باشد.

افزایش فضای ذخیره‌سازی: با استفاده از رید می‌توانید فضای ذخیره‌سازی را افزایش دهید. ریدهایی مثل RAID 5 و RAID 6 از فضای توازن برای توزیع داده‌ها و افزایش قابلیت اطمینان استفاده می‌کنند. رویکرد فوق باعث می‌شود با استفاده از چند درایو، فضای ذخیره‌سازی بیشتری در اختیار داشته باشید.

مقیاس‌پذیری: رید می‌تواند به شما امکان مقیاس‌پذیری سیستم را بدهد. با اضافه کردن درایوهای جدید به آرایه رید می‌توانید فضای ذخیره‌سازی را افزایش داده و کارایی سیستم را بهبود ببخشید.

هزینه: در نظر داشته باشید که رید هزینه‌بر است. بسته به نوع رید و تعداد درایوهای مورد استفاده، هزینه‌های سخت‌افزاری و مدیریتی ممکن است افزایش یابد. قبل از انتخاب رید بهتر است هزینه‌های مرتبط با معماری که قصد پیاده‌سازی آن‌را دارید محاسبه کنید تا مطمئن شوید معماری موردنظر با بودجه همخوانی دارد.

بخوانید: صرفه‌ جویی در مصرف انرژی با فیبرنوری