آشنایی با سیستم RAID

RAID نوعی فناوری ذخیره سازی داده است که با هدف امنیت و بیشتر داده های ابداع شد.در ادامه برای آشنایی بیشتر همراه ما باشید.

RAID چیست؟

این کلمه مخفف عبارت «آرایه چندگانه دیسک های مستقل» است. Raid به سازوکاری متشکل از دیسک های متعدد گفته می شود که با هدف استفاده به عنوان انبار داده مورد استفاده قرار می گیرد. این دیسک ها جهت جلوگیری از دست رفتن اطلاعات و عملکرد سریع تر، به یکدیگر متصل می شوند. دسترسی به دیسک های چندگانه، امکان دستیابی به تکنیک های مختلفی همچون راه سازی بین دیسک ها، آینه سازی دیسک و توازن سازی را فراهم می کند.

در این مقاله به معرفی انواع Raid، فواید و معایب سطوح رید و تفاوت میان نرم افزار و سخت افزار Raid میپردازیم.

RAID چگونه کار می‌کند؟

RAID  با قرار دادن داده درون چندین هارد دیسک کار می‌کند. با اجازه ورود و خروج اطلاعات از تمامی این دیسک‌ها عملکرد و سرعت افزایش پیدا می‌کند. با استفاده از چند دیسک، خطاپذیری افزایش یافته و از دست دادن اطلاعات کمتر رخ می‌دهد.

آرایه‌های RAID نزد سیستم عامل به‌صورت یک دیسک منطقی در نظر گرفته می‌شود و شما هر دیسک را به‌طور مستقل مشاهده نمی‌کنید. محدوده‌ی حجم واحدهای تقسیم اطلاعات در RAID از ۵۱۲ بایت شروع شده و به چند مگابایت می‌رسد.

کنترلر RAID

یک کنترلر RAID به‌عنوان واسطی میان سیستم عامل و دیسک‌های فیزیکی عمل کرده و گروه دیسک‌ها را به‌عنوان واحد‌های منطقی به سیستم‌عامل ارائه می‌کند. استفاده از یک کنترلر RAID کارایی را بهبود داده و موجب حفاظت از اطلاعات هنگام کرش می‌شود.

کنترلر RAID می‌تواند هم سخت‌افزاری و هم نرم‌افزاری باشد. در کنترلر سخت‌افزاری، یک کنترلر فیزیکی آرایه را مدیریت می‌کند. این کنترلر فیزیکی می‌تواند به فرم یک کارت PCI Express  باشد و به‌گونه‌ای طراحی شده‌ باشد که از فرمت‌های SATA و SCSI پشتیبانی کند. کنترلر فیزیکی ممکن است بخشی از مادربرد (motherboard) نیز باشد.

کنترلر نرم‌افزاری از منابع سخت‌افزاری سیستم برای انجام وظیفه خود استفاده می‌کنند، اما به اندازه‌ی کنترلر سخت‌افزاری عملکرد را افزایش نمی‌دهد.

اگر کنترلرهای نرم‌افزاری با سیستم سازگار نیستند و کنترلرهای سخت‌افزاری قیمت گزافی دارند، استفاده از RAID مبتنی بر سیستم عامل یا درایور پیشنهاد می‌شود.

در این نوع کنترلر، چیپ کنترلر بر روی مادربرد تعبیه شده و تمامی اعمال توسط CPU انجام می‌شود. تا اینجای کار، این کنترلر مشابه کنترلر نرم‌افزاری عمل می‌کند؛ اما تفاوت در این است که این کنترلر پس از بالا آمدن سیستم کارکرد RAID را زیر نظر می‌گیرد. این کنترلر قیمت کنترلرهای سخت‌افزاری را نداشته و کارایی بالاتری نسبت به کنترلرهای نرم‌افزاری دارد.

انواع RAID

بسته به نوع تکنیک مورد استفاده، ۴ نوع رایج از Raid وجود دارد، بعلاوه امکان انتخاب نحوه اجرای Raid  بر روی سیستم و انتخاب میان نوع نرم افزاری و سخت افزاری آن وجود دارد.

• RAID 0
• RAID 1
• RAID 5
• RAID 10

RAID 0

Raid صفر با نام «راهسازی بین دیسک ها» نیز شناخته می شود. این تکنیک شامل تقسیم بندی متعادل داده ها میان دو یا چند دستگاه ذخیره سازی ( HDDیا SDD) است. هدف این نوع ،Raid بهبود سرعت عملکرد است و سازماندهی داده ها با این روش، امکان خواندن و نوشتن سریع تر اطلاعات را فراهم می آورد. راهسازی بین دیسک ها، در مصارف بزرگ مانند داده های عظیم، بیشترین کاربرد را دارد.

Raidصفر، یکی از مقرون بصرفه ترین نوع سازماندهی زوائد دیسک بوده و راه اندازی ساده ای نیز دارد.  با این وجود، چنین چینشی عاری از خطا نیست و نباید برای داده های حساس و حیاتی مورد استفاده قرار گیرد. از آنجائیکه این Raid از زوائد داده ها استفاده نمی کند، بروز هرگونه مشکل برای هریک از دیسک ها می تواند منجر به از دست رفتن تمامی اطلاعات شود.

مزایای RAID 0

• افزایش سرعت خواندن و نوشتن
• قابل استفاده بودن کل حجم دیسک‌ها
• تعداد کم دیسک‌های مورد نیاز
• آسانی در اجرا

معایب RAID 0

• اگر هر کدام از دیسک‌ها آسیب ببیند و اطلاعات آن از دست برود، عملاً کل اطلاعات از دست رفته‌ است.
• با آسیب یک دیسک، احتمال ایجاد Bad Sector و آسیب در دیسک دیگر بالا می‌رود.

استفاده ایده‌آل

RAID 0 برای استفاده‌های حساس اصلاً مناسب نیست، در عوض به‌علت سرعت بالای آن در کارهایی مثل ویرایش تصاویر و ویدیوها مفید خواهد بود.

RAID 1

۱ Raid ، یا همان آینه سازی دیسک، خطاناپذیر است. زیرا همزمان داده ها را بر روی دو دستگاه به نگارش در می آورد. بنابراین، هر دیسک یک کپی مشابه بر روی دیسک دیگر دارد. این تکنیک، راهسازی یا توازن سازی را شامل نمی شود و این یعنی داده ها باید حجمی برابر با کوچکترین دیسک داشته باشند.

استفاده از۱ Raid می تواند از پاک شدن اطلاعات جلوگیری کند، زیرا در صورت بروز هرگونه مشکل در یک دیسک، اطلاعات در دیسک دوم محفوظ خواهد بود. این روش همچنین سرعت عمل را افزایش می دهد زیرا سیستم قادر خواهد بود به صورت همزمان اطلاعات.را از روی دو دیسک بخواند؛ اما فرایند نوشتن کمی زمان بر خواهد بود زیرا ظرفیت تنها یک دیسک مورد استفاده قرار خواهد گرفت و باید این روند دوبار تکرار شود.

مزایای RAID 1

• حفاظت بیشتر از اطلاعات
• در صورت از دست دادن اطلاعات یک دیسک مشکلی برای خوانش اطلاعات به‌وجود نمی‌آید
• امکان اضافه کردن دیسک جدید به RAID و ایجاد دیسک مشابه به‌طور خودکار
• امکان حذف دیسک از مجموعه دیسک‌ها و استفاده به‌طور مستقل

معایب RAID 1

• سرعت پایین‌تر نسبت به RAID 0
• حجم قابل استفاده برابر با نصف حجم مجموع است.
• با آسیب یک دیسک، احتمال ایجاد Bad Sector و آسیب در دیسک دیگر بالا می‌رود.

استفاده ایده‌آل

از RAID 1 می‌توان در سیستم‌های حسابداری و سرورهای کوچک استفاده نمود.

RAID 5

این Raid هم از راهسازی دیسک و هم از توازن سازی استفاده میکند و همین امر آن را به محبوب ترین روش سازماندهی دیسک های مستقل تبدیل می کند.

Raid 5   برای راهسازی داده ها به حداقل سه دیسک نیاز دارد، در این روند نسخه برداری انجام نمی شود.به منظور حفاظت اطلاعات در صورت بروز خطا، از توازن سازی داده ها میان تمامی درایور ها بهره میبرد تا در صورت لزوم، داده ها بازسازی شوند. این نقطه عطف، این روش را به مورد اعتماد ترین روش حتی در مواقع از دست رفتن داده ها بدل میکند.

Raid 5  عملکرد قوی و قابلیت اطمینان بالایی دارد. این تکنیک نه تنها از امنیت لازم برخوردار است، بلکه توازن خوبی میان خواندن و نوشتن برقرار می کند. Raid 5 نیز به منظور ذخیره داده ها و کاهش حجم داده هایی که کاربران امکان ذخیره آن را دارند، از تمامی فضای دیسک استفاده می کند.

مزایای RAID 5

• خواندن سریع
• دسترسی ثابت به تمامب داده ها
• خطا ناپذیر

معایب RAID 5

• استفاده از نیمی از فضای ذخیره سازی
• نیازمند زمان بیشتر به منظور بازسازی داده ها (حداقل یک یا دو روز)
• توازن سازی بالا که منجر به کاهش نرخ عملکرد می شود
• اجرای پیچیده تر

استفاده ایده‌آل

RAID 5 به‌علت سرعت و پایداری مناسب برای سرورهایی که تعداد دیسک‌های محدودی دارند، مناسب است.

RAID 10

این حالت در واقع RAID 1+0 است.این Raid، ترکیبی از Raid 0  و۱  Raid  است، و به حداقل چهاردیسک برای اجرا نیاز دارد.در۱۰ Raid ، دو دیسک بر روی دو دیسک دیگر راهسازی و آینه سازی می شوند، و یک آرایه واحد از دیسک درایوها را می سازند. چنین پیکربندی ای، از مزایای عملکرد قدرمند۰  Raid  و خطاناپذیری Raid 1 بهره می برد.

در صورت بروز خطای دیسک،۱۰  Raid  می تواند به لطف زوائد داده ها، بازیابی سریعی داشته باشد؛ که مشخصا رایگان نیست. این تکنیک، نسبت به دیگر  Raid ها از قیمت بالاتر و پیچیدگی راه اندازی بیشتری برخوردار است. بعلاوه، اساسا تنها از نیمی از فضای ذخیره سازی استفاده می‌کند.

مزایای RAID 10

• نداشتن مشکلات RAID 0 و RAID 1
• افزایش حفاظت از اطلاعات
• بازسازی بسیار سریع تر اطلاعات نسبت به RAID 5
• سرعت خواندن و نوشتن بالاتر نسبت به RAID 5

معایب RAID 10

• تعداد حداقل دیسک مورد نیاز بیشتر نسبت به RAID 0 ، RAID 1 و RAID 5
• تعداد دیسک غیرقابل استفاده بیشتر نسبت به RAID 5 و اختلاف قابل توجه حجم قابل استفاده در تعداد بالا

شما می‌توانید با مراجعه به سایت ماشین حساب RAID، ظرفیت، سرعت و خطاپذیری را در حالت‌های مختلف RAID مشاهده کنید.

خلاصه ویژگی‌های ۴ حالت مطرح‌شده RAID

چگونه از RAID استفاده کنیم؟

بهره برداری از Raid، به دو شکل می تواند صورت بگیرد که بسته به موقعیتی که پردازش در حال انجام است، متغیر خواهد بود. اگر پردازش Raid، در cpu خارجی به وقوع بپیوندد، این یک Raid سخت افزاری به شمار می رود؛ و در صورتی که این پردازش درون cpu سرور میزبان رخ دهد، یک Raid نرم افزاری به شمار می رود.

در هنگام نصب نسخه نرم افزاری، شما با داخل کردن یک کارت کنترل کننده Raid به داخل شیار PCI-Expressسریع روی مادربرد، آن را به درایور متصل می کنید. این در حالی است که محفظه های خارجی Raid همراه با کارت کنترل کننده داخلی نیز موجود هستند.

در نسخه نرم افزاری Raid، درایو ها به صورت مستقیم به کامپیوتر متصل می شوند که نیازی به استفاده از کنترل کننده Raid ندارد. در این حالت، شما از طریق نرم افزار کاربردی داخل سیستم می توانید دیسک ها را مدیریت کنید.

روش سخت‌افزاری

این روش با توجه به سرعت و عملکرد بهتر نسبت به روش نرم‌افزاری، پیشنهاد می‌شود. در ابتدا باید ببینید که مادربرد شما از RAID پشتیبانی می‌کند یا خیر. برای این کار کافیست وارد BIOS خود شده (معمولاً کلید F2 در ابتدای بالا آمدن سیستم) و به دنبال بخش مربوط به RAID بگردید. اگر این بخش وجود نداشت، باید یک آداپتور RAID تهیه کرده و آن‌ را روی مادربورد خود نصب کنید. 

تنظیم RAID

هر آداپتور RAID یک برنامه تنظیمی مخصوص به خود برای انتخاب نوع RAID و دیسک‌ها دارد. گاهاً این تنظیمات در بخش BIOS یافت می‌شود. با رجوع به راهنمای مادربرد و آداپتور RAID در این رابطه می‌توانید اطلاعات بیشتری کسب کنید.

• معمولاْ با فشار دادن دکمه‌های Ctrl+R یا Ctrl+A هنگام بوت، وارد تنظیمات RAID می‌شوید.
• اگر RAID در داخل BIOS قرار داشت (همانند بسیاری از مادربردهای اینتل) باید هنگام بوت وارد BIOS شوید که معمولا با F2، Ctrl+S و Del انجام می‌شود.
• در صورت انتخاب RAID 0 یا RAID 5 از شما انتخاب اندازه هر واحد پرسیده می‌شود که بهتر است روی حالت پیش‌فرض (Default) قرار دهید. می‌توانید به‌طور تجربی و با استفاده از اعداد مختلف، کارایی RAID را بالا ببرید.

برای نصب ویندوز روی RAID (ویندوز ویستا به بالا) به نکات زیر توجه کنید:

• نصب Custom (Advanced) را انتخاب کنید.
• اگر هنگام انتخاب درایور نصب ویندوز، RAID را مشاهده نکردید، روی Load Driver در بخش پایینی کلیک کنید.

استفاده از RAID نرم‌افزاری (RAID ارائه‌شده در ویندوز)

ویندوز XP، ویستا (Vista)، هفت (۷)، هشت (۸) و ده (۱۰)، همگی RAID نرم‌افزاری ارائه می‌دهند که جایگزینی برای حالت سخت‌افزاری بوده و استفاده از آن راحت است.

روند زیر را دنبال کنید تا از RAID ویندوز استفاده کنید:

۱. روی Computer راست کلیک کرده و Manage را انتخاب کنید.

۲. روی Disk Management که در زیرمجموعه Storage قرار دارد کلیک کنید.

۳. روی تصویر درایو بزرگ در چپ، راست‌کلیک کرده تا عملگرهایی را مشاهده کنید که روی کل دیسک تاثیر می‌گذارند. تنها گزینه‌هایی که روی دیسک شما ممکن‌اند، فعال هستند. در بعضی مواقع اگر دیسک شما پویا (Dynamic) نباشد، پیغامی نمایش داده می‌شود که با دنبال کردن دستورات، دیسک شما به‌طور خودکار تبدیل به دیسک پویا می‌شود.

۴. روی دیسک‌های دینامیک راست‌کلیک کرده و گزینه‌ای برای کپی تمام اطلاعات مشابه RAID 1 مشاهده می‌کنید (این قابلیت تنها در ویندوز ۷ نسخه‌های Professional و Ultimate، ویندوز ۲۰۰۰ Ultimate و ویندوز سرور وجود دارد).

استفاده از RAID در ویندوز ۱۰

۱. ابتدا از در نوار جستجوی ویندوز  کنار استارت بنویسید Storage Spaces.

۲. در پنجره‌ی بازشده، Create a new pool and storage space را انتخاب کنید. ویندوز، تمامی درایوها را در پنجره بعدی انتخاب می‌کند.

۳. در بخش Resiliency نوع RAID را تعیین کنید. گزینه‌های two-way mirror و three-way mirror مشابه RAID 1 بوده و Parity مشابه RAID 5 است.

۴. اگر لازم بود، اندازه درایو را تعیین کنید. به‌طور پیشفرض مقدار صحیح انتخاب می‌شود.

۵. Create storage space را انتخاب کنید.

۶. صبر کنید تا پروسه کامل شود.

۷. برای مدیریت آرایه در نوار جستجو Manage Storage Spaces را بنویسید.

آینده RAID

اگرچه RAID همچنان مورد استفاده قرار می‌گیرد، اما بسیاری از تحلیل‌گران اعتقاد دارند که با ظهور تکنولوژی‌های جایگزینی مثل erasure coding که حفاظت از اطلاعات بهتری را ارائه می‌دهند (البته با هزینه بالاتر)، RAID رو به افول است. این تکنولوژی‌ها با تمرکز بر رفع مشکلات RAID در حال توسعه‌اند؛ مشکلاتی نظیر حفاظت اطلاعات و افزایش احتمال خطا با افزایش تعداد دیسک‌ها.

ظهور درایو‌های حالت جامد (SSD) نیاز به RAID را کاهش داده‌اند. SSDها هیچ جزء متحرکی نداشته و به همین دلیل مشکلات ناپایداری هارد دیسک‌ها را ندارد. آرایه‌های SSD معمولا از تکنیک‌هایی نظیر Wear Leveling به‌جای RAID برای حفاظت از اطلاعات استفاده می‌کند. Hyperscale computing نیز نیاز به RAID را با استفاده از سرورها به جای درایوها از بین می‌برد.

فناوری RAID رو به افول است

با این حال، RAID همچنان به‌عنوان عضو جداناشدنی ذخیره‌ی اطلاعات به شمار می‌رود و شرکت‌های بزرگ فناوری همچنان محصولات RAID را عرضه می‌کنند. IBM، محصول RAID مخصوص خود را به همراه Spectrum Virtualize V7.6 و با وعده‌ی بهبود عملکرد RAID عرضه کرده‌ است. آخرین نسخه از فناوری Intel Rapid Storage از RAID 0، RAID 1، RAID 5 و RAID 10 پشتیبانی می‌کند. نرم‌افزار مدیریت NetApp ONTAP از RAID برای حفاظت از داده‌ها در برابر از دست‌دادن هم‌زمان حداکثر ۳ درایو استفاده می‌کند. پلتفرم یکپارچه Dell EMC نیز از RAID 0، RAID 1، RAID 5 و RAID 6 پشتیبانی می‌کند.

نظر شما در رابطه با این فناوری چیست؟ نقاط قوت و ضعف این فناوری را چه می‌دانید و چه فناوری‌هایی می‌توانند جایگزین RAID در سال‌های آتی شوند؟ دیدگاه‌های خود را با ما به اشتراک بگذارید.