مقدمه :
حدود سالهاي 1361- 1360 هجري شمسي سيستمهاي كامپيوتري با افزايش حجم اطلاعات روبرو شدند لذا نياز به سرويسدهي وذخيرهسازي بهتر اطلاعات احساس شد. تكنولوژي ذخيرهسازي گرانتر ميشد ولي همچنان نياز به ذخيرهسازي وجود داشت و ذخيرهسازي اطلاعات روي ديسكهاي سخت سرورها مقرون به صرفه نبود. راه حلي مورد نياز بود تا بتوان وضعيت را بهبود داد و دقيقاً در اين زمان بود كه سيستم Raid متولد شد.

به راستي RAID چيست؟ RAID از واژه Redundant Array of Inexpensive Disks به معناي ديسكهايی است كه در يك صف يا آرايه قرار ميگيرند ميباشد. در اين سيستم چندين ديسك سخت با هم طبق قاعدهاي خاص مرتبط شده و ظرفيت بالايي از ذخيرهسازي را با كيفيت بالا ميسازد. در واقع ظرفيت ذخيرهسازي و قابل اطمينان بودن از مشخصههاي بارز سيستم ذخيرهسازي جديد هستند. روش جديد ذخيرهسازي در شبكههاي بزرگ و بازار سرورهاي استاندارد مورد استفاده قرار گرفت و در پنج سال گذشته اين سيستم نزد كاربران متداول تر شد.

raid10

فايده هاي RAID

سه دليل اصلي استفاده از RAID عبارتند از :
•افزونگي
•بالابردن كيفيت
•هزينه پايين تر

افزونگي يا Redundancy مهمترين دليل استفاده از RAID در سرورها ميباشد كه درواقع نسخه پشتيباني از اطلاعات است كه در هنگام آسيب رسيدن به اطلاعات مورد استفاده قرار ميگيرد. اگر يكي از درايوها در يك آرايه از هارد ديسكها آسيب ببيند و خطا دهد سيستم با تكيه بر درايوهاي ديگر اقدام به بازيابي و تعمير خود به صورت آنلاين مينمايد (Hot Swappable) . روش افزونگي متناسب با نوع RAID متفاوت است.

بالا رفتن كيفيت تنها زماني حاصل ميشود كه از نسخه خاصي از RAID استفاده شود. همچنين كيفيت به تعداد درايوهايي كه در يك آرايه (Array) هستند و به كنترلر آنها وابسته است.

اغلب مديران IT تمايلي به صرف هزينههاي زياد جهت ارتقاي سيستم ندارند. زماني كه روش RAID عرضه شد، هزينهها نيز مورد توجه قرار گرفت. هزينه استفاده از چندين ديسك سخت ظرفيت پايين به مراتب پايينتر از يك ديسك سخت با ظرفيت بالا بود و همين امر يكي ديگر از مزاياي RAID است.

به طور معمول سه فرم از RAID ها در سيستمهاي كامپيوتري مورد استفاده قرار ميگيرند يعني RAID0 ، RAID 1و RAID 5 . در بيشتر موارد تنها دوتاي اول قابل پيادهسازي هستند و درواقع يكي از آن ها از لحاظ فني RAID نميباشد.

RAID0

پايين ترين سطح قابل استفاده RAID ، سطح صفر يا LEVEL0 ميباشد كه در واقع نسخه صحيحي از RAID نميباشد. درصورتيكه يكي از درايوها دچار مشكل شود كليه اطلاعات آسيب خواهند ديد. Raid0 از روشي به نام Striping استفاده ميكندStriping يك تكه از اطلاعات را (مانند يك تصوير گرافيكي) برداشته و در درايوها پخش ميكند. از فايده هاي Strip ، ارتقاء كيفيت است. دو برابر حجم اطلاعات قابليت كپي شدن روي دو درايو در زمان مشخص هستند. در زير مثالي از نحوه كپي شدن اطلاعات در RAID0 آورده شده است.
در جدول زير هر رديف نمايانگر يك بلوك از اطلاعات روي درايو است و هر ستون يك درايو مستقل را نشان ميدهد. عددها نمايانگر بلوكهايي داده هستند.

از اينرو درصورتيكه شش بلوك از اطلاعات تشكيلدهنده يك فايل اطلاعاتي باشند ميتوانند با سرعتي بيشتر از يك درايو از روي درايوها خوانده شوند. هر درايو كه به صورت موازي كار ميكند تنها ميتواند سه بلوك فيزيكي را بخواند و اگر درايوي خطا بدهد و قابل دسترس نباشد اطلاعات ما ديگر قابل دسترسي نخواهد بود. براي داشتن يك فايل نيازمند همه بلوكهاي اطلاعاتي هستيم. فايده اين روش بالا بردن كيفيت ذخيرهسازي و همچنين ظرفيت بالاي ذخيرهسازي اطلاعات خواهد بود. عدم داشتن نسخه جايگزين اطلاعات از مشكلات اين روش است.

RAID 1

نسخه RAID1 اولين پيادهسازي واقعي RAID به شمار ميرود و نمونه سادهاي از جايگزيني Redundancy به نام mirroring ميباشد. اين مدل به دو درايو با ظرفيتهاي يكسان نياز دارد. يكي از درايوها فعال است و درايو ديگر Mirror ميباشد. وقتي اطلاعات روي درايو فعال نوشته ميشود همان اطلاعات روي درايو mirror هم كپي ميشود.
در زير نمونه اي از نحوه نوشته شدن اطلاعات را در RAID1 مشاهده ميكنيد.

اگر يكي از درايوها از كار بيفتد درايو بعدي هنوز كل اطلاعات موجود در سيستم را در خود ذخيره دارد. بزرگترين عيب اين مدل داشتن دو درايو با ظرفيت يكي از آنهاست و آن بدين معناست كه ظرفيت واقعي حاصل جمع ظرفيت دو درايو استفاده شده جهت ذخيرهسازي اطلاعات نيست و نيمي از اين ظرفيت براي تهيه نسخه پشتيان مورد استفاده قرار ميگيرد. فايده اين مدل پيادهسازي Full redundancy در سيستم است و عيوب آن عبارتند از :
•ظرفيت ذخيرهسازي به بزرگي ظرفيت كمترين درايو است.
•كيفيت ذخيرهسازي بالا نميرود.
•براي عوض كردن درايو فعال در صورت بروز مشكل مجبور به قطعي موقت هستيم.

RAID 0+1

اين مدل مخلوطي از دو مدل RAID گذشته است و توليد كنندگان سعي كرده اند تا فايدههاي دو مدل قبلي را در يك مدل پيادهسازي كنند. در اين سيستم حداقل چهار درايو ديسك سخت مورد نياز است تا بتوان روش هاي Striping و Mirroring را مخلوط كرد و به كيفيت بالاتر ذخيرهسازي همراه با Redundancy رسيد. جفت اول درايوها ميتوانند فعال بوده و اطلاعات را مانند RAID0 ذخيره كنند. جفت درايو دوم در واقع كپي از اطلاعات دو درايو اول هستند.
در زير نمونه پيادهسازي اين مدل آمده است :

در اين مدل اطلاعات روي درايوهاي مختلف ذخيره ميشوند و اين در حالي است كه در همان زمان يك نسخه از هر بلوك روي درايوهايي ديگر كپي ميشود. اين مدل باعث افزايش كيفيت شده و زمان نوشتهشدن اطلاعات را كاهش ميدهد. همچنين اصل Redundancy نيز در آن رعايت ميشود. بزرگترين مشكل اين مدل هزينه زياد براي پيادهسازي آن است زيرا حداقل به چهار درايو ديسك سخت نياز است. پس به طور كلي بالارفتن كارايي و كيفيت ذخيرهسازي و همچنين داشتن يك Redundancy كامل از اطلاعات از مزاياي اين مدل ميباشد. كم شدن ظرفيت موثر ذخيرهسازي و همچنين نياز به داشتن تعداد زيادي گرداننده ديسك سخت از معايب اين سيستم محسوب ميشود.

RAID 10 or 1+0

RAID10 بسيار شبيه به RAID 0+1 ميباشد با اين تفاوت كه تقسيم بلوكهاي اطلاعات بين زوج درايوها انجام ميشود و عمليات Mirroring در هر زوج از درايوها صورت ميگيرد، يعني درايو يك و درايو دو RAID1 شده و Mirror هستند. درايو سه و درايو چهار نيز mirror يكديگر هستند. اين دو مجموعه درايو به صورت Strip تنظيم شده و با هم كار ميكنند.
مثال زير نحوه نوشته شدن اطلاعات در مدل RAID10 را نشان ميدهد.

RAID10 نيز همانند RAID0+1، حداقل نياز به چهار ديسك سخت دارد. كارايي تقريباً مانند RAID0+1 است اما حفاظت از اطلاعات كمي بهتر انجام ميشود. بالارفتن كارايي و كيفيت ذخيرهسازي و همچنين داشتن Redundancy كامل اطلاعات از مزاياي اين مدل ميباشد. كم شدن ظرفيت مؤثر ذخيرهسازي و همچنين نياز به داشتن تعداد زياد گرداننده ديسك سخت از معايب اين سيستم محسوب ميشود.

RAID 5

قدرتمندترين مدل RAID در كامپيوترهاي Desktop به كار گرفته ميشود. به طور كلي اين متد نيز نيازمند كارت كنترلر جهت مديريت آرايه ميباشد اما برخي از سيستم عاملهاي كامپيوترهاي روميزي نيز ميتوانند RAID را ايجاد كنند. اين روش از روش Stripping با قابليت ايجاد Parity در جهت ايجاد Redundancy اطلاعات استفاده ميكند. حداقل سه گرداننده ديسك سخت براي ايجاد آرايه Raid5 مورد نياز است. براي بالابردن كارايي ، هم ظرفيت بودن آن ها توصيه ميشود.

Parity يا زوجيت حاصل از فرمولي رياضي است كه دو بلوك از اطلاعات را مقايسه كرده و بلوكي جديد حاصل از دو بلوك اول ايجاد ميكند. ساده ترين راه براي توضيح آن زوج يا فرد بودن است. اگر مجموع دو بلوك زوج باشد پس بيت Parity نيز زوج خواهد شد و اگر مجموع دو بلوك فرد باشد بيت Parity نيز فرد خواهد شد. بنابراين 0+0 و 1+1 هردو برابر 0 خواهند شد و در 1+0 يا 0+1 برابر يك خواهد شد. منطبق بر اين مدل رياصي باينري درصورت مشكل در يك درايو (در يك آرايه) اين امكان وجود دارد كه با بيت Parity بتوان اطلاعات را بازيابي كرد.

حال مثالي از RAID5 را مرور ميكنيم. در جدول زير هر سطر نمايانگر بلوك فيزيكي درايو خواهد بود و هر ستون يك درايو مستقل است. شماره ها نشاندهنده بلوك هاي اطلاعات هستند. تكرار شماره ها نيز نشانگر تكرار بلوك اطلاعاتي خواهد بود. در اين جدول “P” بيت Parity را براي دو بلوك اطلاعاتي نشان ميدهد.

بيت Parity در درايوهاي مختلف كپي شده است. در اين روش به دليل وجود چندين درايو ، سرعت نوشتن اطلاعات بالاتر ميرود لذا كارايي در اين حالت بالاتر رفته است. همچنين اطلاعات به دليل وجود بيت Parity كاملا Redundant هستند.

به طور مثال درصورتي كه سه درايو 500 GB داشته باشيم حجم كلي موثر قابل استفاده معادل (1-3)x500GB يا 1000GB خواهد شد.

سخت افزار RAID5 همچنين ميتواند تابعي به نام Hot Swap را پشتيباني كند و آن بدين صورت است كه ميتوان در حالي كه سيستم در حال كار است درايو جديدي را به مجموعه درايوهاي آرايه اضافه كنيم و يا اينكه در صورت آسيب ديدن يكي از درايوها ، آن را با درايو سالم تعويض كنيم. بديهي است براي بازيابي اطلاعات آرايه زمان مورد نياز است. با توجه به موارد فوق مزايا و عيوب اين مدل عبارتند از :

مزايا:
•بالابردن كارايي آرايه
•Redundancy كامل
•هميشه بالا بودن سيستم

منبع:
نويسنده : كيانوش مراديان
ناشر : سايت تخصصي شبكه