تکنولوژی RAID چیست؛ انواع RAID و انواع ذخیره سازی در آن

پس از خواندن این مقاله با تکنولوژی raid چیست و تفاوت raid ها آشنا می شوید. اگر بخواهیم بصورت خلاصه Raid را توضیح دهیم باید بگوییم که این واژه مخفف عبارت  Redundant Array of Independent Disks است و در بخش Storage ها و منبع ذخیره اطلاعات، مورد استفاده قرار می‌گیرد.

RAID چیست؟

واژه RAID مخفف اصطلاح Redundant Array of Independent Disks می‌ باشد. کاربرد RAID ایجاد یک کل واحد از مجموع چند هارد دیسک است. به عبارت دیگر با قرار دادن چند هارد دیسک در کنار هم و پیاده سازی RAID همه هارد دیسک ها به یک مجموعه واحد تبدیل شده و سیستم عامل، همه آن ها را به عنوان یک منبع واحد در نظر می گیرد. در تعریف راید به زبان ساده می توان گفت Raid درواقع تکنولوژی مجازی سازی ذخیره دیتا است. برای شناسایی تعداد بسیاری هارد توسط سیستم، باید این هاردها به روشی به هم متصل شوند. این اتصال که به صورت نرم ‌افزاری یا سخت‌ افزاری صورت می‌گیرد، با نام RAID شناخته می‌ شود.

تکنولوژی راید (RAID) دارای سطح بندی های متفاوتی است که بسته به اینکه چه سطحی از RAID پیاده سازی شده باشد، می توان از مزایای آن که افزایش کارایی، امنیت اطلاعات و یا تلفیقی از این دو است بهره برداری نمود. از کاربرد های این تکنولوژی می توان در انواع وب سرور، کامپیوتر های شخصی و مواردی از این قبیل نام برد که نیاز به افزایش کارایی و سرعت پردازش بالا دارند.

عملیات RAID کردن هاردها از حالت بسیار ساده و ابتدایی در محیط ویندوز و از طریق پنجره Disk Management تا مرحله حرفه ‌ای و با استفاده از کارت ‌های HBA می‌ تواند صورت بپذیرد اما در تمام این روش‌ ها، مسئله ساختار کلی RAID می‌باشد که در هاردها صورت می‌گیرد. اولین حالت ساده و ابتدایی RAID در ویندوز و در پنجره Disk Management، حالت چند هارد را به Dynamic  تغییر داده و با انتخاب تمام این هاردها، می‌توان آنها را به صورت RAID تنظیم کرد که در این حالت تنها دو مدل Strip و Spanned را به عنوان حالت‌های RAID خواهیم داشت

نکته بسیار مهم در این مرحله این است که در صورت تغییر هر هاردی به حالت Dynamic و در کل در صورت تغییر RAID هارد، تمام اطلاعات شما از روی آن پاک خواهد شد.

هدف از معماری های مختلف  RAID

• افزایش امنیت

از آنجایی که اطلاعات کاربران بر روی دو یا بیشتر از دو هارد ذخیره می شود، اگر برای اطلاعات یا دیسک مشکلی ایجاد شود همچنان از طریق سایر دیسک ها به اطلاعات دسترسی خواهیم داشت و این قابلیت نشان دهنده ی امنیت در RAID است.

• افزایش کارایی داده های ورودی و خروجی

در استفاده از RAID امکان این برای کنترلر وجود دارد که داده ها را به دو قسمت تقسیم کند و هر یک از بخش ها را در یک هارد قرار دهد و با این کار توانایی دسترسی به داده ها برای خواندن و نوشتن دو برابر می شود.

• افزایش ظرفیت

در سیستم RAID این امکان وجود دارد که دو یا چند هارد دیسک با هم ترکیب شوند و یک حافظه ی قوی برای ذخیره سازی داده ها ایجاد کنند.

انواع ذخیره سازی در RAID

RAID در واقع آرایه ای است که از دو دیسک سخت و یا بیشتر که در روی یک واحد قرار گرفته اند تشکیل یافته است. برای اینکه به آرایه RAID سه ویژگی بیشتر در مقایسه با JBOD داده شود سه مفهوم اساسی استفاده می شوند.

• Mirroring
• Striping
• Error correction

Mirroring

مفهوم Mirroring یعنی داده ها در بیش از یک دیسک نوشته شوند.مثال اساسی Mirroring آرایه RAID1 با دو دیسک می باشد. هر دو دیسک محتوای یکسانی دارند. زمانی که برای درایو اولی مشکلی پیش بیاید،  عملیات خواندن و نوشتن به شکل مستقیم در دیسک دوم انجام می شود. عملیات خواندن در ارایه های Mirroring  در مقایسه با دیسک تنها به دلیل اینکه  سیستم ، داده ها را از چندین دیسک و در یک زمان می خواند سریع تر است. اگرچه عملیات نوشتن از آنجایی که داده  ها باید  در چند دیسک به جای یک دیسک نوشته شوند، کند تر می باشد. بازسازی آرایه دیسک mirror شده بسیار آسان است  داده ها از دیسک سالم به دیسک جدید کپی می شوند . در طول بازسازی کارایی خواندن کاهش پیدا می کند . چرا که تنها یک دیسک mirror قابل استفاده می باشد.

Striping

عملیات جداسازی داده ها از چندین دیسک است.برای مثال آرایه  RAID 0  داده ها را در دو دیسک قرار می دهد که این کار تنها کارآیی را افزایش می دهد. عملیات خواندن و نوشتن در آرایه ی Striping در مقایسه با دیسک های تکی سریع تر می باشد.

Error correction

داده های parity را با روشی که به آنها اجازه یافته شدن و احتمال تصحیح مشکلات را بدهد بر روی دیسک ذخیره می کند.RAID5 مثال خوبی از مکانیزم تصحیح خطا است .مثلا آرایه RAID5 از سه نوار داده در دو دیسک اول تشکیل یافته و parity را در دیسک سومی قرار می دهد. مکانیزم تصحیح خطا باعث کاهش کارایی خصوصا در عملیات نوشتن می شود چراکه هم داده و هم parity باید نوشته شود.

طراحی شمای raid شامل حفاظت از داده و کارایی آن می شود . با توجه به نیازهای سرور شما باید پیکربندی مناسب RAID را انتخاب نمایید .

انواع raid

همانطور که در بالا اشاره شد، تکنولوژی RAID انواع و سطح بندی متفاوتی داردکه در ادامه انواع رید را به شما معرفی خواهیم کرد:

• Raidاستاندارد
• Raid ترکیبی
• Raid غیر استاندارد

در ادامه با معرفی هر raid با تفاوت raid ها آشنا می شوید:

تکنولوژی raid 0 چیست ؟

در تعریف raid و انواع آن ابتدا به بررسی raid 0 می پردازیم، RAID 0 اولین و ساده‌ترین نوع RAID می‌ باشد که به صورت معمول بر روی سیستم‌ عامل ‌ها وجود دارد. در صورتی که در Disk Management سیستم خود دو هارد را با هم به صورت Dynamic و Strip متصل کرده باشید در اصل از این حالت RAID استفاده نموده ‌اید. همانطور که گفته شد دو حالت Stripped و Spanned از انواع RAID 0 می ‌باشد. در این حالت تمام هاردها بدون هیچ هارد رزرو و جایگزین، به صورت متوالی به هم متصل می‌شوند. سرعت در این مدل RAID بسیار بالا می‌باشد و تقریباً از مجموع تمام حجم هاردها می ‌توان استفاده نمود. این مدل  RAID باید حداقل دو عدد هارد بر روی سیستم یا Storage وجود داشته باشد.

تکنولوژی raid 1

این مدل تقریباً یکی از امن ‌ترین انواع raid در سرورها می ‌باشد. در مدل RAID 1 که حتماً تعداد زوج هارد باید بر روی سیستم یا Storage موجود باشد، نیمی از هاردها به صورت هاردهای رزرو آنلاین برای نیمی دیگر از آنها در نظر گرفته می‌شوند. بدین صورت که در هنگام نوشتن یک فایل بر روی هارد اصلی، یک کپی به عنوان پشتیبان نیز بر روی هارد رزرو نوشته می‌شود. در این حالت سرعت RAID نصف حالت معمول است زیرا عملیات نوشتن دو بار صورت می‌گیرد. اما در صورتی که به هر دلیلی هاردی کامل از بین برود، یک هارد پشتیبان از آن در دستگاه وجود داشته و می‌ توان بدون هیچ مشکل یا قطعی در سیستم، از هارد رزرو استفاده کرد. در مراکز مهم که امنیت بسیار اهمیت بالاتری نسبت به سرعت دارد، از این نوع RAID در انواع هاردهای سیستم‌ ها استفاده می‌شود (دو مدل اول معمولاً بر روی Workstationها اعمال می‌شود و معمولاً در Storageها به دلیل مشکلات موجود استفاده نمی‌شوند).

تکنولوژی raid 2

تکنولوژی raid 2 تکنیکی است که از کد Hamming برای تصحیح خطاها استفاده می‌کند Raid 2 از نواربندی در دیسک‌ها و برای تامین امنیت داده از ECC استفاده می‌کند. تکنولوژی RAID 2 به دلیل هزینه بالا و اجرای سخت هم اکنون منسوخ شده است. این رید از نوع ریدهای غیر استاندارد است.

تکنولوژی raid 3

Raid 3 یکی دیگر از انواع raid است که در آن از نواربندی اطلاعات استفاده می‌شود، و یک هارد دیسک را برای ذخیره اطلاعات parity اختصاص داده است. با استفاده از ECC امکان تشخیص خطاها در raid 3 امکان پذیر می‌باشد.

تکنولوژی raid 4

RAID 4 شباهت زیادی به RAID 3 دارد. تفاوت اصلی در نحوه به اشتراک گذاری داده‌ها می‌باشد. این Raid از نوارهای بزرگ استفاده می‌کند. بدین معنی که شما می‌توانید هر رکوردی را از هر درایوی بخوانید. این توزیع به طور چشم‌گیری عملکرد را افزایش می‌دهد. RAID 4 برای پیاده سازی و پیکربندی کامل حداقل به سه دیسک نیاز دارد.

تکنولوژی raid 5 چیست ؟

در مدل  RAID 5 حداقل به ۳ دیسک نیاز است. همانند RAID 1 اطلاعات به‌ صورت Mirroring در دیسک‌ ها ذخیره می‌شود. همچنین یک کد parity در بین دیسک‌ ها پخش می‌شود که باعث افزایش کارایی می‌گردد و در هنگام بروز مشکل می‌توان اطلاعات از دست رفته را توسط آن بازیابی کرد. در مقایسه با RAID 1 این سطح ، سرعت کمتری در نوشتن اطلاعات دارد. زیرا زمانی هم برای نوشتن اطلاعات parity مورد نیاز است. در حال حاضر یکی از پرکاربردترین مدل‌ های RAID در انواع Storage ها همین حالت RAID 5 می‌باشد و اکثر قریب به اتفاق Storage ها و برخی از سیستم‌های Workstation خانگی یا اداری از این مدل برای شناسایی تعداد بالای هاردها استفاده می‌کند.

گونه ای از دیسک ها به نام Hot spare نیز وجود دارد که به عنوان پشتیبانی برای آرایه RAID به کار می روند . این دیسک ها به صورت فیزیکی در آرایه نصب شده وتا زمانیکه دیسک های فعال از کار بیفتند غیر فعال هستند. کنترلر RAID به صورت اتوماتیک درایوهای fail را با دیسک spare تعویض می کند و شروع به ایجاد مجدد  فرآیند ها برای آرایه می نماید.  برای مثال آرایه ی RAID5 با یک دیسک Hotspare مساوی تعداد دیسک های  RAID6 بوده و  از نظر حفاظت در هنگام به وجود آمدن  خطا تسهیلات بیشتری را فراهم می کنند.

تکنولوژی raid 6

این مدل نیز مانند RAID 5 می‌باشد با این تفاوت که تعداد هارد رزرو آفلاین در مدل RAID 6 به دو عدد افزایش یافته است. این کار باعث افزایش ضریب امنیت در این مدل RAID نسبت به مدل RAID 5 شده است. این مدل از جدیدترین مدل‌های RAID می‌ باشد و به همین خاطر با وجود امنیت و سرعت بالاتر نسبت که RAID 5 ، همچنان تعداد کمتری از Storageها در اقصی نقاط دنیا از این مدل استفاده می‌کنند.

تکنولوژی raid 10

مدل RAID 10 یکی دیگر از انواع RAID می باشد که از ترکیب دو حالت RAID 0 و RAID 1 تشکیل می‌شود. برای مثال در صورتی که ۶ هارد داشته باشیم ، این هاردها با هم RAID 1 شده و امنیت بالایی را به وجود می‌آورند و تعداد ۳ هارد باقیمانده نیز به صورت RAID 0 شده تا سرعت نوشتن بر روی این هاردها نیز به نسبت افزایش یابد (لازم به ذکر است که سرعت در این روش نسبت به حالت RAID 5 , 6 کمتر است).

تکنولوژی raid 50

در مدل RAID 50 نیز از ترکیب دو حالت RAID 0 و RAID 5 استفاده شده است. در برخی از Storageهای معمول ، تنها تعداد محدودی از هارد را می‌توان RAID 5 نمود. این مشکل با معرفی حالت RAID 50 تا حدی برطرف شده است. امروزه در این مدل Storage ها ، در ابتدا تمام هاردها به بخش ‌های کوچک‌ تر تقسیم شده و هر قسمت به صورت RAID 5 تنظیم می‌ شوند. در نهایت تمام بسته‌ های RAID 5 با هم به صورت RAID 0 تنظیم می‌شود تا امکان دسترسی به تمام هاردها و حجم آنها برای کاربران وجود داشته باشد.
لازم به ذکر است در حالت RAID 5 , 6 ، ظرفیت نهایی Storage به دلیل استفاده از هاردهای رزرو و ساختار داخلی این RAIDها پایین می ‌باشد. برای مثال اگر شما Storage با ظرفیت ۲۴ عدد هارد داشته باشید و تمام هاردهای شما نیز ظرفیت ۲ ترابایت داشته باشند ، ظرفیت نهایی در حالت RAID 5 برابر با ۴۰ ترابایت خواهد شد (در حالت معمول باید این مقدار ۴۸ ترابایت باشد).

رید‌های ترکیبی یا تو در تو (Nested RAIDs)

در زیر برخی از انواع raid را که ترکیبی از ریدهای استاندارد هستند معرفی خواهیم کرد:

• Raid 10
• Raid 50
• Raid 01 :Raid 01 از ترکیب RAID 1 و RAID 0 به دست آمده‌است. یعنی سرعت بالای Raid 0 و امنیت raid 1 را دارد. RAID 0 + 1 به عنوان RAID 0 پیاده سازی می‌شود و عناصر آن RAID 1 است و برخلاف Raid 10 ابتدا اطلاعات کپی می‌شوند و سپس نواربندی می‌شوند. همچنین اجرای تکنولوژی raid 01 بسیار آسان‌تر از raid 3 , raid 5 , raid 6 می‌باشد. یکی از معایب رید هزینه بالای آن است.
• Raid 60  :RAID 60نیز ترکیبی از raid 0 و raid 6 می‌باشد. پیکربندی در raid 60 به این شکل است که نیاز به ۸ هارد داریم و اطلاعات بین دو دسته هاردی که بصورت raid6 می‌باشند بصورت نواری توزیع می‌شود. یکی از مزایای رید۶۰ این است که اگر سیستم نیز دچار مشکلی شود باز می‌تواند بدون وقفه به کار خود ادامه دهد.

مزایای استفاده از RAID چیست؟

• کاهش هزینه‌ها
• افزایش کارایی با استفاده از چند هارد دیسک
• بالا رفتن سرعت خواندن و نوشتن
• سرعت بازیابی بالا
• تامین افزونگی برای هارد از دیگر مزایای رید است.

معایب استفاده از RAID

• زمانی که درایوی خراب شود امکان خرابی در دیگر درایوهای آرایه نیز امکان پذیر است.
• با خراب شدن یک درایو امکان از دست رفتن اطلاعات وجود دارد.
• RAID نرم افزاری کندتر از RAID سخت افزاری عمل می‌کند.

raid controller چیست؟

رید کنترلر یک قطعه‌ی سخت‌افزاری یا نرم‌افزاری می‌باشد. در اصل می‌توان گفت برای اینکه یک هارد دیسک بتواند وظیفه خود را به درستی انجام دهد، برای مدیریت و پشتیبانی، نیاز به یک raid controller دارد.

در واقع یک تراشه است که بین هارد دیسک و سیستم‌عامل قرار می‌گیرد تا عملکرد دیسک را بهبود ببخشد و حجم زیادی داده را مدیریت کنند. رید کنترلر برای بهبود کارایی استفاده می‌شود و در هنگام رخداد خرابی، از اطلاعات محافظت می‌کند. از مهمترین مزایای استفاده از از رید کنترلر می‌توان به محافظت از هارد، افزایش طول عمر مفید HDDو افزایش عملکرد هارد اشاره کرد.

بهترین نوع RAID کدام است؟

بهترین نوع raid کدام است؟ همانطور که می دانید سطح و نوع رید بر اساس نیازهای اپلیکیشن‌های در حال اجرا بر روی سرور باید مشخص شود. اما در حالت کلی RAID 0 سریع‌ترین رید، RAID 1 مطمئن‌ترین رید، و RAID 5 ترکیبی از سرعت و قابلیت اطمینان بودن را دارد.

تفاوت SSD و RAID چیست ؟

SSD ها، به دلیل سرعت بالا در بین کاربران محبوب هستند. این درحالی است که در بین انواع RAID ها، تنها RAID 0 می‌تواند سرعتی مشابه با سرعت SSD در خواندن و نوشتن داشته باشد. همچنین RAID 0 دارای محدودیت‌هایی است که به توان عملیاتی RAID Cnotroller و سرعت پردازش‌های عمومی مربوط می شود.

هرچند RAID 0 نزدیک‌ترین پیکربندی را به SSD دارد اما کارایی و سرعت آن به SSD نمی‌رسد. تنها مزیت RAID در مقابل SSD هزینه پایین‌تر آن است که می تواند فاکتور مهمی در انتخاب کاربر باشد. در انتها به شما پیشنهاد می شود برای کسب اطلاعات در حوزه تفاوت هارد ssd با hdd مقاله ما را مطالعه نمایید. برای آگاهی بیشتر در این زمینه می توانید مقاله تفاوت هارد ssd با nvme را نیز مطالعه کنید.