رید چیست؟ معرفی انواع سطوح RAID

ما در این مقاله تصمیم داریم به معرفی انواع رید و ویژگی های آنها بپردازیم. اما رید (Raid) چیست؟ این سوالی است که پیش از هر چیزی باید به آن پرداخته و پاسخ مناسب آن را پیدا کنیم. اینکه raid در مادربرد چیست و بررسی آموزش رید کردن هارد سرور می تواند در کیفیت کار ما تاثیر بسزایی داشته باشد.

این تکنولوژی به منظور افزایش سرعت و امنیت در ذخیره سازی داده ها روی هارد دیسک به کار می رود. به همین دلیل شناسایی بهترین نوع raid و استفاده صحیح از آن می تواند تاثیر زیادی روی انتخاب سرویس میزبانی و در نهایت روی عملکرد شما داشته باشد. تا انتهای این مقاله با ما همراه باشید تا بتوانید به شناخت خوبی درباره این تکنولوژی با اهمیت دست پیدا کنید.

رید چیست ؟

رید مخفف عبارت Redundant Array Of Inexpensive Disks است که گاها با نام Redundant Array Of Independent Disk نیز شناخته می شود. معنای لغوی رید (Raid) آرایه افزونه دیسک های مستقل است. اما اگر بخواهیم آن را به شکلی جامع تر توضیح دهیم، باید آن را تکونولوژی ترکیب چند هارد دیسک به یکدیگر دانست.

با این کار داده هایی که قرار است در یک هارد دیسک ذخیره شوند، به صورت یکسان در دیسک های متصل شده به هم در یک رید ذخیره می شوند. این کار باعث بالا رفتن سرعت، ظرفیت، بهبود عملکرد و حفظ داده ها در هنگام وقوع آسیب در دیسک ها می شود. البته دقت داشته باشید تکنولوژی های دیگری نیز برای حفظ اطلاعات وجود دارد همچون بکاپ گیری های منظم در سرورهای مجزا که در صورت خرابی هارد دیسک اصلی، اطلاعات به هیچ وجه از دست نخواهد رفت.

تاریخچه رید چیست ؟

اصطلاح رید برای اولین بار در سال ۱۹۸۷ توسط دیوید پترسون، رندی کتز و گارث گیبسون به جهانیان معرفی شد. آنها بر این باور بودند که استفاده از چند  بخش مستقل و در دسترس در کنار هم می تواند عملکرد هارد دیسک اصلی را بهبود ببخشد. علاوه بر این نگهداری اطلاعات در چندین هارد می تواند خیال افراد را بابت حفظ اطلاعات روی هارد دیسک ها در هنگام مواجه با مشکلات سیستمی راحت کند.

این نظریه مورد بررسی و بحث قرار گرفت و با گذشت زمان تکامل پیدا یافت. در حال حاضر رید بندی هارد یکی از تکنولوژی های پرکاربرد در جهان است. البته درست است که اصطلاح رید برای اولین بار توسط این گروه ۳ نفره معرفی شد، اما قبل از آن افرادی مثل پتنتی یا شرکت Digital Equipment نیز روی این نظریه کار کرده بودند. اما با گزارش این گروه ۳ نفره بود که یک تعریف کامل و یکپارچه درباره رید (Raid) ارائه شد.

رید (RAID) چگونه کار می کند؟

تا اینجا سعی شده است تا به خوبی به سوال رید چیست ؟ پاسخ داده شود. اکنون قصد داریم شما را با نحوه کار با آن اشنا کنیم. در یک Raid بسته به نوع آن از هارد دیسک های مشخصی استفاده می شود و همین امر سبب تفاوت میان ریدهای مختلف موجود در بازار می شود. هر یک از این ریدها با نام سطوح مختلف Raid شناخته می شوند. تفاوت سطوح مختلف رید به ویژگی های ایجاد شده توسط ترکیب هارد دیسک ها بستگی دارد. این ویژگی ها عبارتند از:

• تحمل خطا (Fault Tolerance) رید چیست ؟
  یکی از اصلی ترین هدف های رید ایجاد امکانی برای حفظ اطلاعات در برابر بروز هرگونه مشکل در هارد دیسک بوده است. شکل های مختلف رید در بحث مقاومت در برابر ایجاد مشکل در هارد دیسک با یکدیگر تفاوت دارند.
• عملکرد (Performance) چیست؟
  از آنجایی که از چند هارد دیسک در یک رید استفاده می شود، سرعت پردازش داده ها به شکل موثری افزایش پیدا می کند و شاهد عملکرد خوبی خواهیم بود. حال با توجه به نوع رید (Raid) نوع عملکرد نیز متفاوت خواهد بود.
• ظرفیت (capacity) چیست؟
  ظرفیت مورد دیگری است که با توجه به نوع رید تغییر خواهد کرد. تعداد هارد دیسک های ترکیب شده در یک رید و همچنین نوع اتصال میان آنها می تواند ظرفیت های مختلفی را ایجاد نماید.

RAID چگونه سازماندهی می شود؟

پس از بررسی رید چیست و نوع عملکرد آن، زمان آن رسیده است که جزئیات بیشتری را درباره Raid به شما ارائه دهیم. در بحث سازماندهی یک رید به طور کلی باید دو جنبه مختلف را در نظر گرفت:

1. تکنیک ذخیره سازی
2. اجرای رید

۱- سازماندهی داده ها در یک آرایه (تکنیک های ذخیره سازی در رید)

به طور کلی برای ذخیره سازی داده های روی یک رید از ۴ روش اصلی استفاده می شود. این روش ها عبارتند از:

تکنیک striping رید چیست ؟ در این روش داده ها به اندازه های مشخص و یکسانی تقسیم می شوند. به اندازه تعیین شده اصطلاحا اندازه بلوک گفته می شود. بعد از تقسیم داده در اندازه بلوک یکسان، زمان قرار دادن این بلوک ها روی رید به صورت یک به یک فرا می رسد. ذخیره سازی اطلاعات به این روش می تواند عملکرد را بهبود بخشد.

تکنیک mirroring رید چیست ؟ یکی دیگر از روش های ذخیره سازی اطلاعات، mirroring است. در این روش نسخه های یکسان داده به صورت همزمان روی همه هاردهای یک رید ذخیره می شوند. بدین ترتیب علاوه بر بهبود عملکرد، تحمل خطا (Fault Tolerance) نیز به شکل مناسبی افزایش پیدا می کند.

تکنیک parity رید چیست ؟ هنگام استفاده از تکنیک parity، داده ها همانند striping به بلوک های یکسان تقسیم می شوند. اما به طور همزمان از روش چکسام (checksum) نیز در آن استفاده می شود. در این روش یک تابع برابری مشخص برای بلوک های داده تعریف می شود. به همین دلیل زمانی که هاردی دچار مشکل می شود، بلوک از بین رفته به کمک چکسام دوباره محاسبه می گردد. این امر سبب بالا رفتن تحمل خطا در یک رید خواهد شد.

چک سام (Checksum) در واقع قسمتی از یک فایل داده است که از فایل در برابر تغییراتی که ایجاد می شود، محافظت می کند. چک سام در ابتدا بر اساس یک الگوریتم مشخص تعداد بایت یا بیت های یک فایل را محاسبه می کند. سپس در صورت بروز هر گونه تغییری در محتوای فایل، این تغییر را به شما گزارش می دهد.

ترکیبی از سه تکنیک عنوان شده: گاهی می توان از ۳ روش بیان شده در کنار هم استفاده کرد و از آن به عنوان یک تکنیک ذخیره سازی دیگر یاد کرد.

۲- اجرای رید (RAID)

برای ترکیب هارد دیسک ها و ساخت یک رید می توان از دو روش نرم افزاری و سخت افزاری استفاده نمود.

ساخت رید به روش نرم افزاری

در این روش از سیستم عامل برای اجرای یک رید استفاده می شود. به همین دلیل این روش اجرایی را نرم افزاری می دانیم.

مزایا:

• از نظر قیمت بسیار به صرفه تر از روش دیگر است. چرا که نیازی به خرید یک سخت افزار مجزا نیست.

معایب:

• به دلیل استفاده از منابع سیستم در حالت نرم افزاری، کارایی و سرعت کاهش پیدا می کند.
• تقریبا همه سیستم عامل ها قابلیت ایجاد یک رید را دارند. اما از همه سطوح رید پشتیبانی نمی کنند.
• به دلیل قرار گرفتن روی سیستم عامل برای اجرا از CPU سیستم میزبان استفاده می کند.
• به دلیل استفاده از سیستم عامل امکان بوت کردن سیستم برای برخی از سطوح رید وجود ندارد.
• امکان تعویض هارد بدون نیاز به خاموش کردن دستگاه وجود ندارد. به همین دلیل در جاهایی که نیاز است سیستم به صورت مداوم در دسترس باشد، نمی تواند مورد استفاده قرار گیرد.

ساخت رید به روش سخت‌افزاری

روش سخت‌افزاری یکی از رایج‌ترین و حرفه‌ای‌ترین راه‌های پیاده‌سازی RAID است که از یک کنترلر اختصاصی (RAID Controller) برای ترکیب هارد دیسک‌ها استفاده می‌شود. این روش به دلیل عدم وابستگی به منابع سیستم میزبان، کارایی بهتری ارائه می‌دهد و در محیط‌های حساس و حرفه‌ای بیشتر استفاده می‌شود.

RAID Controller چیست؟

RAID Controller سخت‌افزاری است که به طور مستقل مدیریت هارد دیسک‌ها را بر عهده می‌گیرد. این کنترلر می‌تواند به صورت زیر باشد:

1. داخلی (Internal):
   کارت کنترلر RAID داخل مادربرد یا به‌عنوان یک کارت افزایشی (PCIe) نصب می‌شود.
2. خارجی (External):
   کنترلرهای خارجی به دستگاه متصل شده و مدیریت RAID را به طور کامل انجام می‌دهند.

سطوح مختلف RAID و ویژگی‌های آنها

1. RAID 0 (Striping)
   • ویژگی‌ها:
     • داده‌ها به بلوک‌های کوچک تقسیم شده و روی چندین هارد دیسک نوشته می‌شوند.
     • افزایش قابل توجه سرعت ذخیره‌سازی و بازیابی داده‌ها.
   • معایب:
     • فاقد قابلیت تحمل خطا. اگر یکی از دیسک‌ها خراب شود، تمام داده‌ها از بین می‌رود.
   • کاربرد:
     • مناسب برای سیستم‌هایی که سرعت بالا اولویت اصلی است، مثل ویرایش ویدیو یا بازی.
2. RAID 1 (Mirroring)
   • ویژگی‌ها:
     • داده‌ها به طور همزمان روی دو یا چند هارد دیسک کپی می‌شوند.
     • تحمل خطای بالا؛ اگر یکی از دیسک‌ها خراب شود، داده‌ها همچنان روی دیسک دیگر موجود است.
   • معایب:
     • به دلیل کپی داده‌ها، فضای ذخیره‌سازی به نصف کاهش می‌یابد.
   • کاربرد:
     • مناسب برای سیستم‌هایی که امنیت داده اهمیت بالایی دارد، مثل سرورهای حیاتی.
3. RAID 5 (Striping with Parity)
   • ویژگی‌ها:
     • ترکیب تکنیک‌های Striping و Parity برای ایجاد تعادل میان سرعت، ظرفیت و تحمل خطا.
     • حداقل به ۳ هارد دیسک نیاز دارد.
     • بلوک‌های Parity برای بازسازی داده‌های از دست رفته استفاده می‌شوند.
   • معایب:
     • بازسازی داده‌ها زمان‌بر است.
   • کاربرد:
     • مناسب برای سرورهای میزبانی وب و ذخیره‌سازی اطلاعات تجاری.
4. RAID 6 (Dual Parity)
   • ویژگی‌ها:
     • مشابه RAID 5، اما دارای دو بلوک Parity برای افزایش تحمل خطا.
     • امکان تحمل خرابی همزمان دو هارد دیسک.
   • معایب:
     • نیاز به فضای بیشتر برای بلوک‌های Parity.
   • کاربرد:
     • ایده‌آل برای محیط‌هایی که امنیت داده اولویت بالایی دارد.
5. RAID 10 (1+0)
   • ویژگی‌ها:
     • ترکیب RAID 1 و RAID 0 برای ارائه سرعت و تحمل خطا.
     • حداقل به ۴ هارد دیسک نیاز دارد.
   • معایب:
     • هزینه بالا به دلیل نیاز به تعداد دیسک‌های بیشتر.
   • کاربرد:
     • مناسب برای پایگاه‌های داده و سیستم‌های حساس.

چگونه بهترین نوع RAID را انتخاب کنیم؟

انتخاب نوع RAID به موارد زیر بستگی دارد:

1. نیاز به سرعت:
   اگر سرعت بالای خواندن و نوشتن داده‌ها مهم است، RAID 0 یا RAID 10 می‌تواند گزینه مناسبی باشد.
2. امنیت داده‌ها:
   برای اطمینان از امنیت داده‌ها، RAID 1، RAID 5 یا RAID 6 انتخاب بهتری هستند.
3. هزینه:
   RAID‌های نرم‌افزاری هزینه کمتری دارند اما از منابع سیستم استفاده می‌کنند. در مقابل، RAID‌های سخت‌افزاری هزینه بیشتری دارند ولی کارایی بهتری ارائه می‌دهند.

نکات پایانی درباره RAID

• RAID تنها یک راهکار برای افزایش امنیت و سرعت نیست. استفاده از بکاپ‌گیری منظم همچنان ضروری است.
• پیش از انتخاب RAID، نیازهای خود و محدودیت‌های موجود (مانند تعداد هارد دیسک‌ها) را بررسی کنید.
• RAID‌های سخت‌افزاری، به خصوص در محیط‌های حساس و حیاتی، عملکرد بهتری نسبت به RAID‌های نرم‌افزاری دارند.

نتیجه‌گیری

تکنولوژی RAID یک ابزار قدرتمند برای بهبود سرعت، ظرفیت و امنیت ذخیره‌سازی داده‌ها است. با انتخاب صحیح نوع RAID و بهره‌گیری از ویژگی‌های آن، می‌توانید عملکرد سیستم خود را بهبود دهید و از داده‌های خود به بهترین شکل محافظت کنید.