Raid چیست؟

Raid چیست؟

Raid به تکنولوژی گفته می شود که جهت افزایش عملکرد و قابلیت اطمینان ذخیره سازی داده ها طراحی شده است. واژه Raid  می تواند مخفف Redundant Array of Independent Drives و یا مخفف Redundant Array of Inexpensive Disks باشد. به طور معمول یک Raid متشکل از یک یا چند درایو است که به صورت موازی با هم کار می کنند. در نظر بگیرید ممکن است ،منظور از درایو  هارد دیسک و یا SSD (Solid State Drives) باشد.

لازم به ذکر است Raid دارای انواع مختلفی است که هر یک برای یک شرایط خاص بهینه شده است. انواع RAID های مرسوم به شرح ذیل می باشد:

•    RAID0 : striping
•    RAID1 : mirroring
•    RAID 5 : striping ( parity دارای)
•    RAID6 : striping ( double parity دارای)
•    RAID 10 : mirroring و striping ترکیبی از

بخشی که عملکرد RAID را کنترل می کند، می تواند هم به صورت سخت افزاری باشد (RAID Controller) و هم نرم افزاری ( به صورت درایور) . برخی از نسخه های ویندوز، مانند Windows Server 2012 و Mac OS X دارای RAID Controller نرم افزاری می باشند. کنترلرهای سخت افزاری RAID در مقایسه با نرم افزار آن، هزینه بیشتری دارند، اما عملکرد بهتری را از خود نشان می دهند، مخصوصا در RAID 5 و RAID 6 این عملکرد چشمگیرتر است.

سیستم های RAID قابلیت پشتیبانی از interfaceهای مختلف مانند SATA، SCSI، IDE یا FC را دارند.

گاهی اوقات دیسک های موجود در سیستم ذخیره سازی به عنوان (JBOD) Just a Branch Of Disk، تعریف می شوند.. این بدین معنی می باشد که این دیسک ها به عنوان یک RAID مشخص استفاده نمی شوند و مثل دیسک های مستقل عمل می کنند. غالبا این کار برای درایوهایی انجام می شود که حاوی فایل های swap یا spooling data می باشند.

RAID چگونه کار می‌کند؟

RAID با استفاده از تکنیک‌های مختلفی، داده‌ها را بین چندین دیسک توزیع می‌کند. این تکنیک‌ها شامل موارد زیر هستند:

• Striping (تکه تکه کردن): داده‌ها به قطعات کوچکی تقسیم شده و به صورت متوالی روی دیسک‌های مختلف نوشته می‌شوند. این کار باعث افزایش سرعت خواندن و نوشتن می‌شود.
• Mirroring (آینه‌سازی): داده‌ها به صورت همزمان روی دو یا چند دیسک نوشته می‌شوند. این کار باعث ایجاد یک کپی پشتیبان از داده‌ها می‌شود و در صورت خرابی یک دیسک، داده‌ها از دیسک دیگر قابل بازیابی هستند.
• Parity (برابری): داده‌های برابری (parity) محاسبه شده و همراه با داده‌ها روی دیسک‌ها نوشته می‌شوند. این داده‌ها برای بازسازی داده‌ها در صورت خرابی یک دیسک استفاده می‌شوند.

انواع سطوح RAID

RAID دارای سطوح مختلفی است که هر کدام مزایا و معایب خاص خود را دارند. برخی از رایج‌ترین سطوح RAID عبارتند از:

• RAID 0 (Striping): داده‌ها بین چند دیسک تقسیم می‌شوند، بدون افزونگی. این سطح بالاترین عملکرد را ارائه می‌دهد، اما هیچ محافظتی در برابر خرابی دیسک ندارد. اگر یکی از دیسک‌ها خراب شود، تمام داده‌ها از بین می‌روند.
• RAID 1 (Mirroring): داده‌ها به صورت همزمان روی دو دیسک نوشته می‌شوند. این سطح بالاترین سطح حفاظت از داده‌ها را ارائه می‌دهد، اما ظرفیت ذخیره‌سازی را به نصف کاهش می‌دهد.
• RAID 5 (Striping with Parity): داده‌ها به صورت تکه تکه شده و داده‌های parity روی دیسک‌های مختلف نوشته می‌شوند. این سطح تعادلی بین عملکرد، ظرفیت و حفاظت از داده‌ها ارائه می‌دهد.
• RAID 6 (Striping with Double Parity): مشابه RAID 5 است، اما از دو مجموعه داده parity استفاده می‌کند. این سطح حفاظت بیشتری در برابر خرابی دیسک ارائه می‌دهد.
• RAID 10 (RAID 1+0): ترکیبی از RAID 1 و RAID 0 است. داده‌ها ابتدا آینه‌سازی شده و سپس تکه تکه می‌شوند. این سطح بالاترین عملکرد و حفاظت از داده‌ها را ارائه می‌دهد، اما گران‌ترین گزینه است.

مزایای استفاده از RAID

• بهبود عملکرد: RAID می‌تواند سرعت خواندن و نوشتن داده‌ها را افزایش دهد.
• افزایش قابلیت اطمینان: RAID می‌تواند از داده‌ها در برابر خرابی دیسک محافظت کند.
• افزایش ظرفیت ذخیره‌سازی: RAID می‌تواند ظرفیت ذخیره‌سازی را با ترکیب چند دیسک افزایش دهد.
• کاهش زمان بازیابی: RAID می‌تواند زمان بازیابی داده‌ها پس از خرابی دیسک را کاهش دهد.

کاربردهای RAID

RAID در طیف گسترده‌ای از کاربردها استفاده می‌شود، از جمله:

• سرورها: RAID برای محافظت از داده‌ها و بهبود عملکرد سرورها استفاده می‌شود.
• ایستگاه‌های کاری: RAID برای افزایش سرعت و قابلیت اطمینان ایستگاه‌های کاری استفاده می‌شود.
• دستگاه‌های NAS (Network Attached Storage): RAID برای ایجاد یک فضای ذخیره‌سازی مرکزی قابل اعتماد و در دسترس در شبکه استفاده می‌شود.
• مراکز داده: RAID برای محافظت از داده‌ها و بهبود عملکرد مراکز داده استفاده می‌شود.
• ویرایش ویدئو: RAID برای ذخیره‌سازی و ویرایش فایل‌های ویدئویی بزرگ استفاده می‌شود.
• پایگاه داده: RAID برای بهبود عملکرد و قابلیت اطمینان پایگاه‌های داده استفاده می‌شود.

در ذیل به چند مورد از RAID های محبوب اشاره می کنیم

RAID Level 0 – Striping: داده ها به بخش های کوچک تر تقسیم شده. و داده های در سراسر درایوها پخش شده و نوشته می شوند. با استفاده از چندین دیسک (حداقل ۲ دیسک) می توان عملکرد خوبی در I/O دریافت کرد. همچنین می توان این عملکرد را با استفاده از چندین کنترلر افزایش داد. بهترین حالت این است که برای هر دیسک یک کنترلر وجود داشته باشد.

RAID 0

مزایا

رید صفر، عملکرد عالی را در رابطه با read و write کردن داده ها ارائه می دهد. این عملکرد بالا به این دلیل است که هیچ گونه سرباری بابت parityها اعمال نمی گردد.

از تمام ظرفیت های ذخیره سازی بدون هیچ سرباری استفاده می شود.

پیاده سازی آن ساده است.

معایب

Raid صفر تحمل خطا (fault tolerant) ندارد و در صورت بروز مشکل و خرابی در یکی از درایوها، تمام داده ها در داخل آرایه از بین می روند.. بنابراین بهتر است برای داده های حساس و مهم استفاده نشود.

استفاده مناسب از Raid

Raid صفر مناسب برای داده های غیر مهم که نیاز به read و write بالا دارند، می باشد.

RAID level 1 – Mirroring

در این سطح از RAID داده ها دو بار نوشته می شوند. یک بار داده ها بر روی درایو نوشته شده و به طور همزمان یک کپی بر روی درایو دیگر ذخیره می گردد یا اصطلاحا mirror می شوند. در این صورت، چنانچه یکی از درایوها با مشکل روبرو شود، کنترلر داده ها را با استفاده از درایو داده یا درایو mirror بازیابی نمود. در این Raid حداقل دو درایو برای یک آرایه مورد نیاز می باشد.

مزایا

•  رید یک سرعت read و write کردن بالایی دارد.
•  در صورت بروز خرابی، با کپی کردن داده ها می توان آن ها را بازیابی نمود.
•  پیاده سازی آن، آسان است.

معایب

بزرگ ترین ایراد این Raid این است که ظرفیت موثر ذخیره سازی آن نصف می شود، زیرا تمام داده ها می بایست دو بار ذخیره شوند.

پیاده سازی نرم افزاری RAID 1 به گونه ای است که امکان hot swap کردن درایو خراب وجود ندارد. به عبارت دیگر وقتی سیستم روشن است نمی توان آن را تعویض کرد، و حتما می بایست پس از خاموش کردن سیستم اقدام به تعویض آن نمود. بنابراین این RAID برای سرورهایی که به طور همزمان توسط افراد زیادی مورد استفاده قرار می گیرند، مناسب نمی باشد. به طور کلی، سیستم هایی که از کنترلرهای سخت افزاری استفاده می کنند، قادر به پشتیبانی از hot swapping می باشند.

استفاده مناسب

این سطح از Raid برای ذخیره و نگهداری داده های بسیار مهم و حیاتی مناسب است، مانند سیستم های مالی. در ضمن برای سرورهای کوچکی که تنها از دو درایو داده استفاده می کنند نیز گزینه ی مناسبی می باشد.

RAID level 5 – Striping with parity

این RAID رایج ترین نوع ایمن RAID می باشد. حداقل به سه درایو نیاز دارد، اما می تواند تا ۱۶ درایو داشته باشد. داده ها در درایوهای موجود توزیع می شوند و یا اصطلاحا استرایپ می شوند و یک درایو به عنوان parity checksum بقیه داده های درایوها، در نظر گرفته می شود.

در صورت بروز مشکل برای داده های یک درایو، کامپیوتر قادر به محاسبه مجدد و بازیابی آن داده ها، با استفاده از parity می باشد. به عبارت دیگر Raid 5 می تواند یک درایو را از دست بدهد بدون اینکه داده ای را از دست بدهد یا دسترسی به آن داده غیر ممکن شود. با این که RAID5 به صورت نرم افزاری موجود است، اما نوع کنترلر سخت افزاری آن توصیه می شود. غالبا به منظور بهینه سازی در عملکرد write، از حافظه cache اضافی بر روی این کنترلرها استفاده می شود.

مزایا

• سرعت خواندن داده ها بسیار بالاست، در حالی که سرعت نوشتن داده نسبتا کندتر است.
• در صورت خرابی یکی از درایوها، دسترسی به کل داده ها امکان پذیر است، بعد از جایگزین کردن درایو خراب، کنترلر استوریج مجددا داده ها را بر روی داده جدید بازیابی می کند.

معایب

• خرابی درایو بر روی throughput تاثیر می گذارد، اما تا حدی است که قابل قبول می باشد.

تکنولوژی RAID5 پیچیده است. در صورتی که یکی از دیسک های ۴ ترابایتی خراب شود، فرایند بازیابی داده ها بر روی دیسک جایگزین شده، یک روز یا بیشتر زمان می برد، که بسته به میزان لود شدن بر روی هر array و سرعت کنترلر متغیر است. و اگر یکی از دیسک های دیگر در آن زمان مشکل پیدا کند، کل داده ها از بین می روند.

استفاده مناسب

Raid 5 سیستمی است که ذخیره سازی موثر را با امنیتی در سطح بالا و عملکرد مناسب ترکیب می نماید. بنابراین برای file serverها و application server هایی که تعداد محدودی درایو داده دارند، مناسب است.

RAID level 6 – Striping with double parity

 

Raid 6 مشابه RAID 5 است، اما داده های parity در دو درایو ذخیره می شوند. بنابراین حداقل به ۴ درایو نیاز است و تحمل خطای دو درایو را دارد.. بدیهی است که احتمال خرابی دو درایو به صورت همزمان بسیار کم است. تفاوت RAID 5 و ۶ در این است که چنانچه درایوی در سیستم RAID5 از بین برود و یک درایو جدید جایگزین آن شود، ساعت ها و یا شاید بیش از یک روز زمان برای بازیابی داده ها بر روی درایو تعویض شده، لازم باشد و چنانچه درایو دیگری در این زمان از بین برود، تمام داده ها از بین خواهند رفت. این در حالی است که در RAID6 حتی بعد از خرابی همزمان دیسک دوم نیز داده ها از بین نمی روند.

 

مزایا

این رید نیز مانند Raid 5 سرعت خواندن بسیار بالایی دارد.

با توجه به این که در صورت بروز مشکل و خرابی ۲ درایو، دسترسی به داده ها امکان پذیر می باشد، RAID6 از قابلیت اطمینان بسیار بالایی نسبت به RAID 5 برخوردار است.

معایب

سرعت write کردن داده ها در RAID 6 با توجه به محاسبه ۲ بار داده های parity در مقایسه با RAID5حدود ۲۰% پایین تر است.

خرابی درایو بر روی throughput تاثیر می گذارد.

تکنولوژی این RAID پیچیده است و بازسازی داده ها به زمان زیادی نیاز دارد.

در رسیس بیشتر بخوانید : آشنایی با ذخیره سازی اطلاعات و داده ها در شبکه 

استفاده مناسب

RAID 6 یک سیستم همه جانبه است که استوریج موثر را با امنیتی فوق العاده و عملکرد عالی ترکیب می کند. برای file serverها و application server هایی که از درایوهای زیادی برای ذخیره سازی داده ها استفاده می کنند، مناسب است و به RAID 5 ترجیح داده می شود.

RAID 10 (ترکیبی از RAID های صفر و یک)

RAID 10 ترکیبی از RAID های صفر و یک در یک سیستم واحد می باشد. این RAID با توجه به mirror کردن تمام داده ها بر روی درایو ثانویه، قابلیت اطمینان بالایی دارد و همچنین با استفاده از striping در هر مجموعه از درایوها، سرعت انتقال داده ها را بالا می برد.

مزایا

اگر مشکلی برای یکی از دیسک های RAID 10 رخ دهد، بازسازی آن بسیاری سریع انجام می شود، زیرا تنها کاری که باید انجام شود این است که داده های mirror شده در درایو جدید کپی شود. زمان مورد نیاز برای کپی کردن یک درایو ۱ ترابایتی حدود ۳۰ دقیقه خواهد بود.

معایب

نیمی از فضای ذخیره سازی برای mirroring استفاده می شود، بنابراین در مقایسه با RAID های ۵ و ۶ گران تر است.

RAID های ۲، ۳،۴ و ۷

البته که این RAID ها نیز وجود دارند، اما خیلی رایج نیستند RAID 3 اساسا مانند RAID 5 است اما داده های Parity بر روی همان درایو قرار می گیرند.

RAID جایگزین Back-up نیست!

انواع مختلف RAID به استثنا RAID 0 از داده ها در برابر خرابی یک درایو محافظت می کنند. در برابر خرابی ۲ درایو به طور همزمان نیز می تواند محافظت کند. بدیهی است که به منظور برقراری امنیت کامل، به بکاپ گیری داده های ذخیره شده بر روی سیستم های RAID نیاز است.

• در صورت خرابی درایوها و یا به سرقت رفتن آن ها، وجود بکاپ خیلی مهم است.
• از آن جا که بکاپ را می توان در محل دیگری نگهداری کرد، از بلایای طبیعی مانند آتش سوزی در محل کار نیز در امان می مانند.
• مهمترین دلیل پشتیبان گیری از داده ، خطای کاربر است. اگر کسی به طور تصادفی برخی از داده های مهم را حذف کند و این مورد برای چندین ساعت ، روز یا هفته مورد توجه قرار نگیرد ، یک پشتیبان گیری خوب به شما این اطمینان را می دهد که آن فایل ها را بازیابی کنید.

نتیجه‌گیری

RAID یک تکنولوژی قدرتمند و ضروری برای هر کسی است که به دنبال محافظت از داده‌ها و بهینه‌سازی عملکرد سیستم‌های ذخیره‌سازی خود است. با درک انواع مختلف سطوح RAID و مزایا و معایب هر کدام، می‌توانید بهترین راه حل RAID را برای نیازهای خاص خود انتخاب کنید

 

• تفاوت RAID نرم‌افزاری و RAID سخت‌افزاری چیست؟انتخاب بین RAID سخت‌افزاری و نرم‌افزاری به نیازها و بودجه شما بستگی دارد.

  • RAID نرم‌افزاری

    • محل اجرا: توسط نرم‌افزار در سیستم‌عامل مدیریت می‌شود .
    • هزینه: ارزان‌تر است زیرا به کنترلر سخت‌افزاری اختصاصی نیاز ندارد .
    • عملکرد: کمتر است، زیرا از پردازنده اصلی سیستم استفاده می‌کند .
    • انعطاف‌پذیری و نصب: بیشتر و آسان‌تر است، و روی هر سیستم‌عاملی که از RAID پشتیبانی کند، قابل نصب است .
    • قابلیت اطمینان: کمتر.

  • RAID سخت‌افزاری

    • محل اجرا: از یک کنترلر RAID اختصاصی (کارت PCI یا SATA جداگانه یا بخشی از مادربرد) برای مدیریت آرایه استفاده می‌کند .
    • هزینه: گران‌تر است .
    • عملکرد: بسیار بالا است، زیرا کنترلر به صورت اختصاصی برای مدیریت آرایه RAID طراحی شده است .
    • انعطاف‌پذیری و نصب: کمتر و دشوارتر.
    • قابلیت اطمینان: بیشتر.
    • برخی نسخه‌های ویندوز مانند Windows Server 2012 و Mac OS X دارای RAID Controller نرم‌افزاری هستند.

آیا RAID موجب جلوگیری از نابودی و از دست رفتن داده‌ها می‌شود؟

خیر، RAID امکان جلوگیری از نابودی و از دست رفتن داده‌ها به طور کامل را ندارد . اگرچه RAID موجب کاهش خطر از دست رفتن داده‌ها و بهبود عملکرد و قابلیت اطمینان سیستم ذخیره‌سازی داده‌ها می‌شود، اما همچنان نیاز به پشتیبان‌گیری و بازیابی اطلاعات برای حفاظت کامل از داده‌ها وجود دارد .

• آیا RAID برای سیستم‌های خانگی مناسب است؟ بله، RAID برای سیستم‌های خانگی مناسب است. با استفاده از RAID می‌توانید از داده‌های شخصی خود مانند عکس‌ها، فیلم‌ها و فایل‌های مهم دیگر خود محافظت کنید.

• بهترین نوع تکنولوژی RAID چیست؟

  انتخاب بهترین نوع RAID وابسته به نیازهای خاص شما است . به طور کلی:

  • RAID 0: برای افزایش سرعت عملیات خواندن و نوشتن مناسب است، اما ریسک بالایی در مورد از دست رفتن اطلاعات دارد.
  • RAID 1: برای داده‌های حساس و ایمنی بالا مناسب است، زیرا اطلاعات روی دو درایو کپی می‌شوند.
  • RAID 5: از Parity برای ایجاد ایمنی داده‌ها استفاده می‌کند و قادر است در صورت خرابی یک درایو، داده‌ها را بازیابی کند. ترکیب خوبی از سرعت و قابلیت اطمینان است.
  • RAID 6: شبیه به RAID 5 است اما از دو درایو Parity استفاده می‌کند و ایمنی بیشتری برای داده‌ها فراهم می‌کند. برای محیط‌های Mission Critical (مهم و حساس) و آرشیو داده مناسب است.
  • RAID 10: عملکرد بسیار بالا و حفاظت از داده‌ها را ارائه می‌دهد، اما گران‌ترین گزینه است.

قیمت RAID چقدر است؟

هزینه RAID به عوامل مختلفی از جمله تعداد درایوهای مورد نیاز و نوع RAID مورد نظر شما بستگی دارد. با این حال، RAID عموماً گران‌تر از استفاده از یک درایو سخت‌افزاری واحد است. Nested RAID ها نیز نسبت به RAID های استاندارد قیمت بیشتری دارند.

آیا می‌شود از SSD در RAID استفاده کرد؟

بله، می‌توان از SSD ها در RAID استفاده کرد. درایوهای SSD (Solid State Drives) یا همان Solid State Disks می‌توانند به عنوان درایو در آرایه‌های RAID استفاده شوند. استفاده از SSD و جایگزین کردن آن به جای RAID به طور کامل امکان‌پذیر نیست.

آینده RAID چیست؟

برخی تحلیل‌گران معتقدند که با ظهور تکنولوژی‌های جایگزین مانند Erasure Coding که حفاظت از اطلاعات بهتری را ارائه می‌دهند (البته با هزینه بالاتر)، RAID رو به افول است . این تکنولوژی‌ها بر رفع مشکلات RAID در حال توسعه‌اند، از جمله افزایش احتمال خطا با افزایش تعداد دیسک‌ها . ظهور درایوهای SSD نیز نیاز به RAID را کاهش داده است، زیرا SSDها قطعات متحرک ندارند و مشکلات ناپایداری هارد دیسک‌ها را ندارند . با این حال، RAID همچنان به عنوان عضو جداناشدنی ذخیره‌سازی اطلاعات به شمار می‌رود و شرکت‌های بزرگ فناوری همچنان محصولات RAID را عرضه می‌کنند .