تکنولوژی RAID چیست و چگونه کار می کند؟

از تکنولوژی RAID در راستای افزایش سرعت و قابلیت اطمینان دستگاه‌های ذخیره سازی داده‌ها به‌ کار می‌رود. کلمه‌ی RAID مخفف عبارت redundant array of independent disks است.

در اصل، اصطلاح RAID برای عبارت redundant array of inexpensive disks  تعریف شده بوده است؛ اما در حال حاضر به عبارت redundant array of independent disks اشاره دارد. فضای ذخیره‌سازی RAID از چندین دیسک به منظور تحمل خطا (fault tolerance)، بهبود عملکرد سراسری و افزایش ظرفیت فضای‌ ذخیره‌سازی در یک سیستم، استفاده می‌کند. این تکنولوژی در مقابل دستگاه‌های ذخیره‌ئازی قدیمی‌تر قرار دارد که تنها از یک دیسک درایو برای ذخیره‌ی داده‌ها استفاده می‌کردند.

RAID شما را قادر می‌سازد که همان داده‌ها را به‌صورت مازاد در چندین مکان و در روش‌های متوازن، برای بهبود عملکرد سراسری، ذخیره کنید. دیسک‌ درایوهای RAID به صورت مکرر در سرورها به کار می‌روند، اما معمولا برای رایانه‌های شخصی ضروری نیستند.

تکنولوژی RAID چگونه کار می‌کند؟

به کمک تکنولوژی RAID داده‌ها می‌توانند بر روی یک یا تعداد بیشتری دیسک در همان آرایه منعکس شوند؛ بنابراین اگر یک دیسک خراب شود، داده‌ها حفظ می‌شوند. به لطف تکنولوژی که striping که یک تکنیک برای تقسیم داده‌ها بر روی چندین دیسک درایو است، تکنولوژی RAID امکان خواندن و نوشتن بر روی بیش از یک دیسک را در یک زمان می‌دهد تا عملکرد را بهبود ببخشد.

به این ترتیب، دنباله‌ی داده‌ها به قطعات یا سگمنت‌هایی شکسته می‌شود که به دیسک‌های مختلف آرایه ارسال می‌شوند و به توان عملیاتی سیستم سرعت می‌بخشد. یک آرایه معمولی RAID از چندین دیسک استفاده می‌کند که به نظر می‌رسد یک دستگاه باشد، بنابراین نسبت به یک دیسک یگانه، می‌تواند ظرفیت فضای ذخیره‌سازی بیشتری تامین کند.

فناوری RAID یک تکنیک ذخیره سازی داده است که از چندین هارد دیسک برای ایجاد افزونگی و بهبود عملکرد استفاده می کند. RAID مخفف عبارت Redundant Array of Independent Disk می باشد. این یک فناوری محبوب است که در بسیاری از صنایع از جمله رسانه، امور مالی و مراقبت های بهداشتی استفاده می شود. در این مقاله، ما در مورد اینکه فناوری RAID چیست و چگونه کار می کند صحبت خواهیم کرد.

فناوری RAID در دهه ۱۹۸۰ به عنوان راهی برای بهبود قابلیت اطمینان و عملکرد ذخیره سازی رایانه توسعه یافت. در آن زمان هارد دیسک ها گران بودند و میزان خرابی بالایی داشتند، بنابراین استفاده از چند درایو در یک سیستم منطقی بود. فناوری RAID از ترکیب سخت افزار و نرم افزار برای ترکیب چند هارد دیسک فیزیکی در یک واحد منطقی استفاده می کند. این دستگاه را می توان مانند یک هارد دیسک استفاده کرد، اما با قابلیت اطمینان و عملکرد بهبود یافته.

فناوری RAID با پخش داده ها در چندین هارد دیسک کار می کند. سطوح مختلفی از RAID وجود دارد که هر کدام دارای تنظیمات و ویژگی های عملکرد خاص خود هستند. رایج ترین سطوح عبارتند از RAID ۰، RAID ۱، RAID ۵ و RAID ۶.

RAID ۰ از striping برای پخش داده ها در چندین درایو استفاده می کند. این کارایی را افزایش می دهد، زیرا داده ها را می توان از چندین درایو به طور همزمان خواند و نوشت. با این حال، هیچ افزونگی وجود ندارد، بنابراین اگر یک درایو از کار بیفتد، تمام داده ها از بین می روند.

RAID ۱ از Mirroring برای ایجاد یک کپی از همه داده ها در درایو دوم استفاده می کند. این کار افزونگی را فراهم می کند، زیرا اگر یک درایو از کار بیفتد، سیستم می تواند به درایو تکراری تغییر مکان دهد. با این حال، هیچ بهبود عملکردی وجود ندارد.

RAID ۵ از striping با برابری برای ارائه افزونگی و بهبود عملکرد استفاده می کند. داده ها در چندین درایو پخش می شوند و یک بلوک برابری در هر درایو ذخیره می شود. اگر یکی از درایوها خراب شود، سیستم می تواند از اطلاعات برابری برای بازسازی داده های از دست رفته استفاده کند. این امکان ادامه کار با حداقل وقفه را فراهم می کند.

Levelهای تکنولوژی RAID استاندارد

دستگاه‌های مبتنی بر تکنولوژی RAID، بسته به توازن مورد نیاز میان عملکرد و تحمل خطا، از بسیاری از معماری‌های مختلف به نام Level استفاده می‌کند. Levelهای RAID توصیف می‌کنند که چگونه داده‌ها در میان چندین دستگاه توزیع می‌شوند.

Level 0: آرایه دیسک خط خطی شده یا Stripe شده بدون تحمل خطا

Stripe  به معنی خط خطی شدن است، یعنی در این مرحله داده‌ها به بلوک‌هایی از هر فایل تقسیم می‌شوند و به چندین دیسک درایو فرستاده می‌شوند، اما نه به صورت فراوان. با توجه به اینکه داده‌ها در این روش توسط دو یا چند هد دیسک نوشته می‌شوند، این فرایند عملکرد سیستم را بهبود می‌بخشد؛ اما تحمل خطا را ایراد نمی‌کند. اگر یک درایو خراب شود همه‌ی داده‌ها در آرایه از بین می‌روند.

Level 1: منعکس سازی (Mirroring ) و مضاعف سازی (duplexing)

این مرحله منعکس سازی دیسک را تامین می‌کند، یعنی در واقع داده‌ها علاوه بر این که روی یک درایو نوشته می‌شوند همزمان یک کپی از آن نیز بر روی یک یا چند درایو دیگر نوشته می‌شود. این مرحله دو بار عمل خواندن از یک دیسک یگانه و به همان میزان عمل نوشتن را در آن دیسک‌ها فراهم می‌کند. این تکنیک به جلوگیری از از بین رفتن اطلاعات کمک می‌کند.

Level 2: کد نویسی خطا و تصحیح (Error-correcting coding)

در این مرحله داده‌ها در عوض سطح بلوکی، به سطح بیتی تقسیم می‌شوند و  یک مرحله‌ی پیاده‌سازی غیرمعمول و مورد استفاده‌ی نادر است.

Level 3: Bit-interleaved parity

در این سطح تقسیم بندی داده‌ها با یک دیسک پریتی اختصاصی، در سطح بایتی انجام می‌شود. این سطح که نمی‌تواند به صورت همزمان به چندین درخواست خدمات رسانی کند، نیز یکی از موارد استفاده‌ی غیر رایج است.

Level 4: درایو پریتی اختصاصی

این سطح یکی از موارد استفاده‌ی رایج در پیاده‌سازی RAID است و مانند سطح صفر تقسیم‌بندی داده‌ها را در سطح بلوکی با یک دیسک پریتی انجام می‌دهد.یکی از معایب سطح چهار، این است که دیسک پریتی می‌تواند تنگناهای نوشتاری ایجاد کند.

Level 5: Block interleaved distributed parity

این سطح تقسیم‌بندی داده‌ها را در سطح بایتی انجام می‌دهد و همچنین اطلاعات تصحیح خطا را نیز انجام می‌دهد. این سطح منجر به عملکرد عالی و تحمل خطای خوبی می‌شود.. این سطح یکی از محبوب‌ترین پیاده‌سازی‌های RAID است.

Level 6: Independent data disks with double parity

این سطح پیاده‌سازی تکنولوژی RAID تقسیم‌بندی داده‌ها را در سطح بلوکی و با داده‌های پریتی توزیع شده میان تمامی دیسک‌ها ارائه می‌کند.

Level 7: A stripe of mirrors

این سطح از پیاده‌سازی RAID از جمله سطوح اصلی در پیاده سازی آن نیست، در این سطح چندین RAID 1 mirror ایجاد می‌شوند و یک RAID 0 stripe ساخته شده بر همه‌ی آن‌ها اعمال می‌شود.

Levelهای RAID غیر استاندارد

برخی از دستگاه ها چندین سطح پیاده‌سازی در یک ترتیب تو در تو یا هیبرید استفاده می‌کنند و برخی از فروشندگان نیز سطوح  RAID اختصاصی غیر استاندارد ارائه می‌کنند. مثال‌هایی از این دسته عبارتند از:

Level 0+1: A Mirror of Stripes

این سطح از پیاده‌سازی RAID از جمله سطوح اصلی در پیاده سازی آن نیست، در این سطح دو RAID 0 stripe ساخته می‌شود و یک RAID 1 mirror بر روی آن دو ایجاد می‌شود. برای هر دو مورد انعکاس (تکرار) و اشتراک گذاری داده‌ها در میان دیسک‌ها کاربرد دارد.

به عبارت ساده تر، در واقع در این مرحله از دو حالت RAID0  و  RAID1 استفاده می‌شود، به طوری که ابتدا داده‌ها کپی یا mirror می‌شوند (یعنی RAID1) و سپس این داده‌ها هد کدام ب صورت مجموعه قطعات داده در هارد ذخیره می‌شوند (یعنی RAID0  ).

Level 7

یک علامت تجاری از شرکت ذخیره سازی و انباره‌ی رایانه‌ها که بخش مالی را به سطوح ۳ و ۴ اضافه می‌کند.

RAID 1E

پیاده‌سازی سطح یک با بیش از ۲ دیسک. Striping داده‌ها با انعکاس یا تکرار (mirroring) هر کدام از قسمت‌های نوشته شده به یکی از دیسک‌های باقی مانده در آرایه ترکیب می‌شود.

RAID S

این سطح Parity RAID نیز نامیده می‌شود. این همان striped parity RAID اختصاصی شرکت EMC است که در سیستم‌های ذخیره‌سازی متقارن آن استفاده شده است

در این مطلب به توضیحی در رابطه با تکنولوژی RAID و سطوح پیاده‌سازی آن پرداختیم. در مطلب بعدی تاریخچه‌ای از این تکنولوژی و همچنین گزینه‌های ذخیره‌سازی مناسب برای جایگزینی ان را مطرح خواهیم

بخش دوم