Raid چیست؟

کوتاه شده عبارت Redundant Array of Inexpensive Disks میباشد و کار آن ایجاد یک واحد از مجموع چند هارد دیسک میباشد. در واقع با قرار دادن چند هارد دیسک در کنار هم و پیاده سازی RAID همه هارد دیسکهای ما به یک واحد تبدیل میشوند و سیستم همه آنها را فقط به عنوان یک منبع واحد میبیند که بسته به اینکه چه سطحی از RAID پیاده سازی شده باشد میتواند باعث افزایش کارایی و یا امنیت اطلاعات و یا تلفیقی از این دو شود.

پیاده سازی RAID همچون بسیاری دیگر از تکنولوژی ها هم بصورت سخت افزاری و هم نرم افزاری امکان پذیر است که مسلماً مدل سخت افزاری دارای سرعت و پایداری بیشتری است و مدل نرم افزاری فقط در شرایطی پیشنهاد میشود که با کمبود امکانات و بودجه مواجه هستیم و یا اینکه قرار است بر روی یک سیستم پشتیبان و نه مادر پیاده سازی شود. اما فارغ از اینکه RAID بصورت نرم افزاری و یا سخت افزاری پیاده سازی میشود، تکنولوژی RAIDدارای سطوح گوناگون است که در ادامه به ذکر عمده ترین آنها می پردازم:

اما قبل از آن مفهوم striping که زیاد استفاده می شود را توضیح می دهیم:

Striping چیست؟

اساس کار RAID است. در Striping فضای ذخیره‏سازی هر درایو  در نوارهایی ،‌ که می‏توانند کمتر از یک سکتور (512 بایت ) یا بیشتر از چندین مگابایت باشند ، ‌بخش‏ بندی می‏شود. این Stripe ها ، که ما آن را ” نوار ” ترجمه کرده‏ایم ، در یک تناوب چرخشی کنار هم قرارمی‏گیرند ، در نتیجه فضای نهایی به دست آمده ترکیبی است از نوارهای هر درایو. به بیانی ساده ‏تر داده‏ها به جای اینکه به طور کامل در یک درایو ذخیره ‏شوند و در صورت نیاز ادامه‏ی عملیات ذخیره‏سازی آن‏ها در درایوهای دیگر دنبال شود ، به صورت نواری در سرتاسر آرایه ذخیره‏می‏شوند. بوسیله‏ی نواری کردنِ (Striping) درایوهای آرایه و ایجاد نوارهایی که به اندازه‏ی کافی بزرگ هستند ، ‌به طوری که هر گروه از رکوردها به طور کامل در یک نوار قرارگیرند ،‌ تعداد رکوردهای بیشتری می‏توانند در تمام درایوها به طور مساوی توزیع شوند. این کار در مواقعی که load  سنگین وجود دارد تمام درایوها را مشغول نگه می‏دارد. و به تمام درایوها اجازه می‏دهد تا به طور همزمان عملیات مختلف ورودی/خروجی انجام دهند. و به این صورت تعداد عملیات ورودی/خروجی که می‏تواند در آرایه انجام شود افزایش می‏یابد.

 :(Redundancy) افزونگی

نگهداری داده های اضافی بگونه ای که بتوان در صورت بروز خطا اطلاعات از دست رفته را دوباره بازیابی کرد.

RAIDمزایا و معایب هر کدام از انواع

: RAID 0

(ذخیره سازی روی چند دیسک بدون کنترل خطا )

به این نوع از RAID ،‌ Striping نیز گفته می‏شود. RAID 0 شامل آرایه‏ای از درایوهای دیسک به صورت غیر افزایشی است. ( یعنی علاوه بر داده‏های اصلی ، هیچ درایو دیگری برای نگهداری نسخه‏ی دیگری از داده‏ها وجود ندارد(.

·         در RAID 0پریتی نیز وجود ندارد.

·         در این مجموعه raid ،کنترل کننده raid ،داده ها را به صورت نواری روی چند درایو قرار می دهد پس می توانیم عملیات خواندن و نوشتن را به طور موازی انجام دهیم. پس مدت زمان خواندن و نوشتن ، ‌بسته به تعداد درایوهای موجود در آرایه کم و کمتر می‏شود. تا زمانی‏که داده‏ها به صورت نواری شکل در تمامی هارد دیسک‏ها قراردارند ،‌ RAID 0 سریع‏ترین و مناسب‏ترین روش از میان تمامی حالات RAID است. و بهترین کارمفید و کارآیی را در ذخیره‏سازی داده‏ها ارایه می‏دهد.  

·         ولی باید گفت که هیچ‏گونه تحمل خطایی ندارد. اگر یکی از دیسک‏ها دچار مشکل شود ، تمام آرایه از کار می‏افتد و هیچ راهی برای بازگرداندن داده‏های از دست رفته وجود ندارد.

: RAID1
Backup گیری همزمان داده ها به منظور Mirroring و Duplexing
Mirroning : کپی برداری هم زمان روی دو درایو.
Duplexing : زمانی است که یکی از درایوها دچار مشکل شود و درایو سالمی را جایگزین نماییم سپس داده ها را روی درایو سالم کپی کنیم .
مزایا و مشخصات :
-هنگام سیکل نوشتن , گویی اطلاعات روی یک دیسک نوشته می شود (در صورتیکه عملأ بر روی دو دیسک نوشته می شود . مانند RAID0 ) ولی عمل خواندن , ازهر دودیسک انجام می شود ( کاهش تراکم یک گذرگاه - نوشتن بر روی هر دو دیسک ولی خواندن مجزا (
- قابلیت برگرداندن %100 داده ها هنگام بروز مشکل برای یک دیسک .
- در نرخ انتقالات داده تغییر محسوسی نداریم. (یعنی وجود دو دیسک متراکم تفاوتی با یک دیسک ندارد( .
- در شرایط خاص RAID1, توانایی تحمل خرابی بیش از یک دیسک را نیز دارد .
- ساده ترین طراحی در تکنولوژی RAID )مدار مربوط به Parity وجود ندارد (

معایب :
- بیشترین تعداد هارد دیسک در میان انواع) RAIDبسته به انتخاب (User
- هزینه بالا

RAID2 :

دارای خاصیت ECC با استفاده از کد همینگ
مزایا و مشخصات :
- تصحیح خطای بسیار سریع
- مناسب برای انتقال اطلاعات
معایب :
- طراحی بسیار یچیده که با صدمه دیدن یک دیسک دچار مشکل می شود .
- نامناسب در دید تجاری (تعداد زیاد درایوها (
کد همینگ : یکی از روشهای محاسبه و کنترل خطا در سیستمهای دیجیتال می باشد . انواع روشها برای کنترل ترافیک داده های دیجیتال وجود دارد به عنوان مثال Parity haming code ,… که مجموعه این روشها را ECC می نامند .

Error Checking and Correcting

RAID3:
 انتقال موازی با استفاده از خاصیت Parity
مزایا و مشخصات :
- سیکل خواندن و نوشتن بسیار سریع .
معایب :
- طراحی بسیار پیچیده که با صدمه دیدن یک دیسک مجموعه دچار مشکل می شود .
کاربرد :
- میکس و مونتاژ تصویر
- ویرایش تصویر مانند RAID0.

RAID4 :
دیسک های داده مجزا دیسک مربوط به Parity مشترک
مزایا و مشخصات :
- سیکل خواندن بسیار سریع ( ترافیک کمتر در گذرگاه(
معایب :
- پیچیدگی بسیار بالا در طراحی مدار کنترلی مشکل در برگرداندن داده ها هنگام بروز اشکال در یک دیسک ( چرا که داده ها روی دیسکها توزیع شده است(.

RAID5 :

دیسک های داده مجزا و Parity توزیع شده در دیسکهای Data

مزایا و مشخصات :
- در این نوع به حداقل 3 درایو دیسک سخت نیاز داریم .
- تک تک بلوک های داده روی دیسک ها نوشته می شوند و Parity مربوط به هر بلوک نیز داخل هارد مربوط ذخیره می گردد.
- سیکل خواندن بسیار سریع (تراکم کمتر در گذرگاه (
- سیکل نوشتن متوسط (محاسبات مربوط به (Parity
- قابلیت و اطمینان بالا (وجود(ECC
معایب :
- خرابی در یک دیسک در خروجی تاثیر ندارد.
- طراحی پیچیده مدار کنترلی
- مشکل در برگرداندن داده ها هنگام بروز اشکال
کاربرد :
- در سیستمهای Server و بانکهای اطلاعاتی ISPها.

: RAID6

دیسکهای داده ها مجزا با دو Parity توزیع شده مجزا
مزایا و مشخصات :
- RAID6 در واقع نسخه پیشرفته RAID5 می باشد که تصحیح و کنترل خطا را بهبود می بخشد . این ویرایش RAID اطمینان و توانایی بالا در زمینه data storage فراهم می کند .
- بهترین انتخاب برای کاربردهای بحرانی و حساس
معایب :
- طراحی مدار کنترلی بسیار پیشرفته و پیچیده .
- سیکل نوشتن بسیار کند ( دوبار محاسبه مربوط به ( Parity
- نیاز به N+2 درایو دیسک سخت . (بدلیل دارا بودن حالت Parity دو بعدی . ( N تعداد دیسکهای سخت در حالت معمولی
- ادغام اطمینان بالا با قابلیت بالا

RAID7 :
نقل وانتقال بهینه شده غیر همزمان به منظوردستیابی به نرخ انتقال بسیار سریع
مزایا و مشخصات :
- نقل و انتقال غیر همزمان و دارای کنترلگرهای مستقل.
- درایو مجزا برای ذخیره کردن اطلاعات مربوط بهParity
- برخورداری از سیستم Open System و استفاده از گذرگاهSCSI
- گذرگاه Cache داخلی با سرعت بالا (X-bus )
- دیسک های خواندن و نوشتن از امکان Choching استفاده میکنند.
- تکنولوژی مدار تولید Parity تا حدودی با سایر انواع Raid تفاوت دارد .
-امکان Hot Swaping

: Open system به سیستمی اطلاق می شود که قابلیت سازگاری با سخت افزارها و نرم افزارهای مختلف را داشته باشد و امکان کارکردن در سیستمهای مختلف را به راحتی داشته باشد .

RAID10 :
این Raid حداقل به 4 دستگاه هاردیسک نیاز دارد.
مزایا و مشخصات :
- عمل تکه تکه کردن بلوکهای داده همانند Raid1 انجام می پذیرد .
- تصحیح و کنترل خطا نیز مانند Raid2 می باشد .
- نرخ انتقال بالا
- در شرایط معین , امکان تحمل خرابی چند دیسک در این نوع RAID وجود دارد .
معایب :
- بسیار گران قیمت
- منبع تغذیه حتمأ باید متصل به ups باشد .
- جابجایی درایوها باید به صورت موازی انجام گیرد .
- سیستمهای Server و بانکهای اطلاعاتی .

RAID53:
 نرخ انتقال بالا همراه با قابلیت انتقال مناسب
مشخصات و مزایا :
-این آرایه RAID حداقل به 5 دستگاه دیسک سخت نیاز دارد .
  RAID53 -در واقع باید RAID03 نامیده شود زیرا عمل Striping آن همانند RAID0 بوده و Segment بندی آن نیز مانند RAID3 می باشد.
- تحمل خطای آن مانند RAID3 می باشد.
- نسبت به RAID3 دارای نرخ انتقال بسیار بهتری می باشد.
معایب :
- قیمت بالا
- همه دیسک ها باید با همدیگر سنکرون شوند که انتخاب نوع و مدل درایو را محدود می سازد .
Stripe - کردن در سطح بایتها نهایتأ در محاسبه ظرفیت فرمت شده تأثیر منفی می گذارد .

RAID 0+1 :
نرخ انتقال داده بهینه
مزایا و مشخصات :
- حداقل به 4 دستگاه هاردیسک نیاز دارد . RAID 0+1-  به عنوان آرایه آینه ای نیز معروف است با این تفاوت که قطعات داده ها یا Segment ها طبق استراتژی RAID0 ایجاد شده اند .
- تحمل خطای این نوع آرایه مانند RAID5 می باشد .
- نرخ انتقال بالا .
- بهترین انتخاب برای سیستمهایی که به کارایی بالا بدون توجه به حداکثر اطمینان نیاز داشته باشند .
معایب :
RAID 0+1 - نباید با RAID10 اشتباه گرفته شود . کوچکترین مشکل در عملکرد یک درایو , آرایه را به مدل RAID0 تبدیل خواهد کرد .
- قیمت بسیار بالا
- جابجایی درایوها باید به صورت موازی انجام گیرد .
کاربرد :
- پردازشهای تصویری و fileserever های عمومی .

نتیجه گیری :
همانطور که مشخص شد ، استفاده ازRAID برای مقاصد معین می باشد و در کاربردهای عادی و روزمره کارایی چشمگیری را به سیستم PC اضافه نمی کند . به عنوان مثال امکان استفاده از CD-ROM و Rewriter روی این کانکتورها وجود ندارد .بنابراین هنگام استفاده از RAID ابتدا هدف و مورد استفاده خود را مشخص کنید سپس RAID مناسب را انتخاب نمایید.

 ادامه دارد