R A I D و انواع آن

Question

R A I D Redundancy array of inexpensive disk)) و انواع آن فهرست مطالب : - مقدمه - RAID چیست ؟ - سطوح مختلف RAID  RAID 0  RAID 1  RAID 2  RAID 3  RAID 4  RAID 5  RAID 6  RAID 7  RAID 10  RAID 53  RAID 0+1  -RAID سخت افزاری  -RAID نرم افزاری - تفاوتها ( کدام بهتر است ) مقدمه : RAID (آرایه‏ای افزایشی از دیسک‏های ارزان) در سال 1987 در دانشگاه برکلی کالیفرنیا بنیان‏گذاری شد. در مقاله‏ی با عنوان ” بررسی آرایه‏های افزایشی از دیسک‏های ارزان ” که توسط katz ،‌ Gibson و Patterson معرفی شد. ( البته در خیلی جاها ، مانند کتاب‏های مایکروسافت ، واژه‏ی ” ارزان” با واژ‏ی ”مستقل” جایگزین می‏شود ،که به نظر می‏رسد به دلیل اهمیت آن در بحث RAID استفاده از آن بهتر باشد ، اما قدیمی‏ترین آن‏ها همان چیزی است که در سال 1987 ارایه شده ‏است‌.) موضوع موردبحث این مقاله ارایه یک میانگین برای بهبود قابلیت اعتماد و نیز کارآیی در سیستم‏های ذخیره‏سازی بود. و مفهوم آغازین آن شامل گروه‏بندی درایوهای دیسک ارزان و کوچک در یک آرایه است به طوری که در سیستم عامل به صورت یک SLED (دیسک منفرد بزرگ وگران ) دیده می‏شوند RAID . نقطه‏ی مقابل SLED است و کارایی ،‌ ظرفیت و قابلیت اعتماد بیشتری نسبت به آن دارد.  RAID چیست ؟ RAID یکی از موارد افزایش تحمل خطای سیستم است . روش‏های مختلفی برای ترکیب چند هارد دیسک در یک آرایه ، بسته به نیاز برنامه‏های کاربردی ، وجود دارد. اما در همه‏ی حالات استفاده از چندین درایو نتایجی چون : افزایش گنجایش ، امنیت داده و کارآیی درایوها (exceed the capacity, data security, and performance) را به دنبال خواهد داشت. به یاد داشته باشید که این روش‏ها روش‏های خیلی ارزانی نیستند و همیشه با پیچیدگی و هزینه‏های زیادی همراهند.  از زمان اختراع کامپیوتر تا به حال کدهای نرم‏افزاری رشد زیادی داشته‏اند. و این رشد نیاز به یک محیط ذخیره‏سازی بزرگ را افزایش داده‏است و ابداع شبکه‏های محلی و اینترنت نیز این نیاز را شدیدتر کرده‏است. مبنای کار RAID فضای دیسک است و توانسته‏است با ترکیب فضای هارددیسک‏های کوچک با هم در یک مخزن بسیار بزرگ مشکلات را برطرف کند.  MTBF ( میانگین زمانی که از یک Fail تا Fail دیگر صرف‏می‏شود ) در آرایه برابر است با MTBF یک درایو منحصر بفرد تقسیم بر تعداد درایوهای موجود در آرایه. در این صورت MTBF یک آرایه غیر افزایشی خیلی کم است. و RAID با ارایه‏ی روش‏های مختلف و با ذخیره‏ی اطلاعات افزایشی می‏تواند در این مورد نیز سودمند واقع شود.  RAID با توزیع عملیات خواندن / نوشتن روی چند دیسک می‏تواند کارآیی هارددیسک‏ها را افزایش دهد.( ما در این مبحث فقط در مورد هارد دیسک بحث می‏کنیم چون این اصطلاح‏ها برای سایر حافظه‏های جانبی از قبیل Cd_Rom ، Zip Drive ، Floppy به کار نمی‏رود.(  پیش از اینRAIDبه دلیل هزینه‏های بسیار بالای سخت‏افزار مورد نیاز آن ،‌ بیشتر برای کاربردهای تجاری با حوزه‏ای محدود به‏کار می‏رفت. ولی در چند سال‏ها اخیر این امر دچار تغییر شده‏است ، از میان تمام سروصداهایی که برای بهبود کارایی و استفاده بهتر از زمان می‏شود ،‌ RAID توانسته راه خود را باز کند و یک پله بالاتر از همه قراربگیرد. افزایش کنترلرهای RAID ارزان که می‏توانند با نسخه‏ی مصرف‏کننده‏ی IDE/ATA کارکنند ( مانند آن‏چه واحدهای گران‏قیمت SCSI انجام می‏دهند) اشتیاق همگان را به RAID افزایش داده‏است. و این گرایش شاید ادامه یابد.در حال حاضر نیز تعداد زیادی از سازندگان مادربورد ،‌بوردهای خود را با حمایت از استاندارد RAID به بازار عرضه‏ می‏کنند . متاسفانه RAID در زمینه‏ی کامپیوتر به طور واقعی اشکالات را برطرف نمی کند. با این حال اگر به طور صحیح اجراشود ،‌ می‏تواند زمان از کارافتادگی را از بین ببرد سطوح مختلف RAID  سطوح مختلفی برای RAID در نطرگرفته شده‏است. اما باید توجه داشت که وقتی از سطوح مختلف RAID صحبت می‏کنیم منظور ما کیفیت ذخیره‏سازی داده‏ها نیست.بلکه منظور ما شیوه‏ای است که برای ذخیره‏ی داده‏ها در آرایه‏های هارد دیسک به کارگرفته می‏شود.  RAID 0 یا Striping به این نوع از RAID ، Striping نیز گفته می‏شود. Striping اساس کار RAID است. در این روش چندین هارد دیسک یا به طور کلی چندین درایو طوری با هم ترکیب می‏شوند که به صورت یک واحد ذخیره‏سازی منطقی دیده شوند. در Striping فضای ذخیره‏سازی هر درایو در نوارهایی ،‌که می‏توانند کمتر از یک سکتور 512) بایت ) یا بیشتر از چندین مگابایت باشند ، ‌بخش‏بندی می‏شود. این Stripe ها ،که ما آن را ” نوار ” ترجمه کرده‏ایم ، در یک تناوب چرخشی کنار هم قرارمی‏گیرند ، در نتیجه فضای نهایی به دست آمده ترکیبی است از نوارهای هر درایو. به بیانی ساده‏تر داده‏ها به جای اینکه به طور کامل در یک درایو ذخیره‏شوند و در صورت نیاز ادامه‏ی عملیات ذخیره‏سازی آن‏ها در درایوهای دیگر دنبال شود ، به صورت نواری در سرتاسر آرایه ذخیره‏می‏شوند. نوع محیط عملیاتی تعیین می‏کند که ما باید از نوارهای کوچک استفاده کنیم یا بزرگ.  امروزه بیشتر سیستم عامل‏ها ازعملیات I/O همزمان روی چند درایو حمایت می‏کنند.با این حال برای به‏دست آوردن حداکثر توان خروجی برای یک زیرسیستم دیسک ،‌ سنگینی بار عملیات I/O باید روی چند درایو توزیع شود ،‌تا این‏که هر درایو تا جای ممکن مشغول فعالیت باشد و هیچ درایوی بدون استفاده یا با فعالیت کمتر وجود نداشته باشد. در سیستم های چند درایوی که از Striping استفاده نمی‏کنند بار I/O دیسک هیچ‏گاه به طور کامل متوازن نمی‏شود. چون برخی درایوها شامل فایل‏های داده خواهندبود که مکرراً به آن‏ها مراجعه می‏شود و برخی درایوها به ندرت مورد استفاده قرارمی‏گیرند.  بوسیله‏ی نواری کردنِ (Striping) درایوهای آرایه و ایجاد نوارهایی که به اندازه‏ی کافی بزرگ هستند ، ‌به طوری که هر گروه از رکوردها به طور کامل در یک نوار قرارگیرند ،‌ تعداد رکوردهای بیشتری می‏توانند در تمام درایوها به طور مساوی توزیع شوند. این کار در مواقعی که load سنگین وجود دارد تمام درایوها را مشغول نگه می‏دارد. و به تمام درایوها اجازه می‏دهد تا به طور همزمان عملیات مختلف ورودی/خروجی انجام دهند. و به این صورت تعداد عملیات ورودی/خروجی که می‏تواند در آرایه انجام شود افزایش می‏یابد. در RAID 0 شامل آرایه‏ای از درایوهای دیسک به صورت غیر افزایشی است. ( یعنی علاوه بر داده‏های اصلی ، هیچ درایو دیگری برای نگهداری نسخه‏ی دیگری از داده‏ها وجود ندارد) در RAID 0پریتی نیز وجود ندارد.براساس آن‏چه در مورد Striping گفتیم برای یک مجموعه‏ی RAID 0 ،‌کنترل کننده‏ی RAID داده‏ةا را به صورت نواری روی چند درایو قرارمی‏دهد. اما اساساً چه دلیلی وجود دارد که داده‏ها را در بلوک‏هایی از چندین درایو بنویسیم. بخشی از پاسخ این پرسش در توضیح Striping گفته شد ،‌اما بگذارید بیشتر در این مورد بحث کنیم. فرض کنید شما 10 بلوک داده دارید. ) A , B , C , ... در یک هارد دیسک استاندارد ،‌داده‏ها باید به این صورت ذخیره شوند : ابتدا بلوک A ، سپس بلوک B، سپس بلوک C و ... در این‏صورت اگر نیاز به دستیابی به 10 بلوک داشته باشیم ،‌کنترل کننده باید تمام داده‏ها را فقط یک هارد دیسک داشته‏باشد. در RAID 0،‌داده‏ها بین هارد دیسک‏ها تقسیم می‏شوند. پس اگر شما 3 دیسک Stripe شده داشته‏باشید ،‌ داده‏های بلوک Aدرهارددیسک صفر ، داده‏های بلوک B در هارد دیسک یک و داده‏های بلوک C در هارد دیسک سوم باید ذخیره‏شوند. در این روش به طور همزمان می‏توانیم عملیات نوشتن را بر تمام درایوها انجام دهیم و نیز عملیات خواندن داده‏ها نیز می‏تواند به‏طور موازی انجام شود. پس مدت زمان خواندن و نوشتن ، ‌بسته به تعداد درایوهای موجود در آرایه کم و کمتر می‏شود.توجه کنید که در اینجا داده‏ی افزایشی وجود ندارد. تا زمانی‏که داده‏ها به صورت نواری شکل در تمامی هارد دیسک‏ها قراردارند . ‌  RAID 0 سریعترین و مناسب‏ترین روش از میان تمامی حالات RAID است. و بهترین کارمفید و کارآیی را در ذخیره‏سازی داده‏ها ارایه می‏دهد. ولی باید گفت که هیچ‏گونه تحمل خطایی ندارد. اگر یکی از دیسک‏ها دچار مشکل شود ، تمام آرایه از کار می‏افتد و هیچ راهی برای بازگرداندن داده‏های از دست رفته وجود ندارد.در RAID 0 ،‌کارآیی به اندازه‏ی بلوک‏ها بستگی دارد . اگر اندازه‏ی آن‏ها خیلی کوچک باشد دستورات برای اجرا در عملیات نوشتن متمرکز می‏شوند ، علاوه بر آن به دستورات واسط سخت‏افزاری بیشتری نیاز است. بهینه سازی اندازه‏ی بلوک‏ها باعث می‏شود که افزایش توان عملیاتی کار می‏شود ، به ویژه برای درخواست‏های موازی برای خواندن داده‏ها. اندازه‏ی بلوک‏ها قابل تنظیم است . ولی شما باید بیت به بیت آزمایش کنید تا به نتیجه‏ی مطلوب برسید. اما یکی از تقاط شروع خوب برای حداقل اندازه‏ی بلوک 16 کیلوبایت است. برای محیط‏های چندکاربره می‏توانیم آرایه را با نوارهای بزرگ تنظیم کنیم. برای سیستم‏های تک‏کاربره که به طور مداوم با رکوردها سروکار دارند نیز می‏توان اندازه‏ی نوارهای موجود در آرایه را کوچک تر در نظر گرفت.به طور نمونه اندازه‏ی فایل 48 کیلوبایت است. 16 کیلوبایت از این فایل روی دیسک اول ،‌16 کیلوبایت در دیسک دوم و 16 کیلوبایت دیگر در دیسک سوم نوشته‏می‏شود.  RAID 1  به این سطح ،‌mirroring نیز گفته می‏شود و اساساً یک ترکیب از دو هارد دیسک است که اطلاعات یکی از این دو ،‌عیناً روی دیگری کپی می‏شود و در کامپیوتر به صورت یک درایو نمایش داده‏می‏شود.تحمل خطا در RAID 1 وجود دارد.چراکه اگر یکی از دیسک‏ها از کار بیفتد آرایه می‏تواند همچنان به فعالیت خود ادامه دهد. به دلیل این‏که هم‏زمان از دو هارد دیسک استفاده می‏شود ،‌ زمان خواندن سریعتر می‏شود.روشی که در این‏جا برای خواندن داده‏ها به‏کارگرفته می‏شود ، زمان‏بندی Round-robin ( روح سرگردان )‌نام دارد. که سرور برای خواندن داده‏ها مرتباً از یک هارد به هارد دیگر می‏رود و عملاً زمان را بین دو هارد دیسک تقسیم می‏کند . سرعت خواندن در این جا دوبرابر سرعت خواندن از یک درایومنفرد فاقد‌mirroring است. با این حال در موقع نوشتن ، داده‏ها باید روی دو هارد دیسک نوشته‏شوند. و عملاً می‏بینیم که در مدت زمان نوشتن تغییری حاصل نخواهدشد.نسبت به سایر انواع آرایه‏های افزایشی ،‌این سطح بهترین کارآیی را دارد. ولی از لحاظ رتبه در هنگام ازکارافتادن درایو ،‌نسبت به RAID 5 کارآیی کمتری دارد.بزرگترین عیب این سطح ،‌هزینه‏ای است که برای درایوهای اضافی آن پرداخت می‏شود. به هر حال هیچ‏چیز ارزان به دست نمی‏آید و برای داشتن یک سیستم امن و کارآ باید هزینه‏های زیادی پرداخت چراکه اگر سیستم ازکار بیفتد یا حتی برای ساعاتی متوقف شود ، هیچ هزینه‏ای نمی‏تواند جایگزین داده‏ها و اطلاعات باارزش ازدست رفته ما باشد.  Duplexing در بیشتر متونِ منبع در مورد آرایه‏های دیسک (RAID ) در ادامه‏ی مبحث RAID 1 به موضوعی اشاره‏شده که به آن Duplexing گفته می‏شود. اما Duplexing چیست؟اساساً Duplexing در مواقعی مورد بررسی قرار خواهد گرفت که ما خواسته‏باشیم RAID را به صورت نرم‏افزاری اجراکنیم . مثلاً بوسیله‏ی سیستم عامل ویندوز 2000 یا . XP (در فصل‏های بعدی توضیحات کامل‏تری از RAID نرم‏افزاری و سخت‏افزاری خواهیم آورد‌)در روش استفاده هارد دیسک ها با استفاده از کنترلرهای یکسان مشکل این است که یک کنترلر هم درایو اصلی و هم درایو آیینه‏ای را کنترل می‏کند. اگر کنترل کننده دیسک از کار بیفتد هر دو درایو غیر قابل دسترسی می‏شوند . تکنیکی که برای جلوگیری از این مشکل پیشنهاد می‏شود Duplexing است. یعنی این‏که برای هر دیسک یک کنترلر جداگانه استفاده کنیم.  RAID 2  در RAID 2 نیز از روش Striping استفاده می‏شود و داده‏ها به صورت نوارهای سکتوری ذخیره می‏شوند . و بعضی از درایوهای آرایه برای اطلاعات ECC در نظرگرفته می‏شوند.با وجود این‏که این سطح به‏ندرت در کاربردهای تجاری استفاده شده‏است ولی بیان‏گر مفهوم دیگری از تضمین داده‏ها ست. هر بیت داده که روی هارد دیسک‏ها نوشته‏می‏شود ، کد تصحیح خطا یا ECC مربوط به خود را دارد. این کدها روی درایوهای جداگانه ذخیره می‏شوند و به منظور حفاظت از یکپارچگی و سلامت داده‏ها مورد استفاده قرار می‏گیرند.ECC ارزش‏های عددی داده‏های ذخیره‏شده بر روی بلوک‏های مشخص در درایو مجازی را با استفاده از فرمولی به نام check-sum ( جمع کنترلی ) جدول بندی می‏کند. سپس در صورت نیاز ،‌ جمع کنترلی برای تایید سلامت داده‏ها به انتهای بلوک داده الحاق می‏شود.هنگامی که داده‏ها مجدداً خوانده می‏شوند ، جدول بندی ECCمجدداً محاسبه می‏شود . سپس جمع کنترلی هر بلوک داده‏ی خاص ،‌خوانده شده و با آخرین جدول بندی مقایسه می‏شود. چنانچه اعداد همانند باشند داده‏ها بدون نقص هستند ، اما اگر تناقضی وجود داشته‏باشد ، داده‏ها ی از دست رفته با استفاده از اولین جمع کنترلی(یا جمع کنترلی قبلی )‌به عنوان یک نقطه‏ی مرجع ،‌قابل محاسبه‏ی مجدد هستند.از این سطح به ندرت استفاده می‏شود. به دلیل این‏که تمام هارد دیسک‏ها امروزه اطلاعات ECC را در هر سکتور جاسازی می‏کنند ،RAID2 مزیت قابل توجهی نسبت به سایر نمونه‏های RAID ندارد . (‌ ضمناً کنترلرهای Adaptec این سطح را پشتیبانی نمی‏کنند)  RAID 3  امروزه ،‌بسیار کم مورد استفاده قرار می‏گیرد . RAID 3خیلی شبیه RAID 2 می‏باشد . و اطلاعات را به صورت سکتوری روی گروهی از درایوها stripe می‏کند. تفاوت آن این‏است که یک درایو جداگانه برای ذخیره‏ی داده‏های پریتی درنظر می‏گیرد. RAID3 بر داده‏های ECC جاسازی شده در هر سکتور برای ردیابی اشکالات ، تکیه دارد. اگر درایوی از کار افتاد به‏وسیله‏ی XOR کردن اطلاعات موجود روی سایر درایوها ،‌عملیات بازیابی را انجام می‏دهد.  این سطح در واقع انطباقی از RAID 0 است که مقداری از طرفیت هر یک از درایوها را قربانی می‏کند اما به سطح بالایی از سلامت اطلاعات و تحمل خطا دست‏یابد.در این حالت ، بلوک‏های داده به نوارهایی تقسیم شده و بر روی تمام درایوهای درون آرایه به جز یکی از آن‏ها نوشته می‏شوند. اطلاعات موازنه‏ی نوار که برای بررسی سلامت داده در تمام درایوهای درون زیرسیستم مورد استفاده قرار می‏گیرند د رهنگام نوشتن داده‏ها ، ایجاد شده و بر روی دیسک پریتی ،‌نوشته می‏شوند. درایو موازنه نیز به نوارهایی تقسیم شده‏است و هر یک از این نوارها در درایو موازنه برای نگهداری اطلاعات پریتی مربوط به نوارهای داده‏ی متناظر آن که در سراسر آرایه گسترده شده ، مورد استفاده قرار می‏گیرد. اطلاعات موازنه هنگام خواندن داده‏ها بازبینی می‏شود.این شیوه با خواندن یا نوشتن داده‏ها بر روی تمام درایوها به طور هم‏زمان یا به صورت موازی توانایی انتقال داده بسیار بالایی را در اختیار قرار می‏دهد ولی در عین حال مزیت بازسازی داده در صورت از کارافتادن یکی از درایوها و حفظ سلامتی داده‏ها برای سیستم را نیز از دست نمی‏دهد.رکوردهایی که در تمام درایوها گسترده شده‏اند ، نرخ انتقال را در دیسک بهینه می‏کنند.به دلیل این‎که هر درخواست I/O به چندین درایو از آرایه دسترسی دارد. در این سطح RAID در یک زمان فقط به یک درخواست پاسخ داده می‏شود. و برای محیط‏های تک کاربره ، تک کاره با رکوردهای طولانی ،‌ بهترین کارآیی را دارد. درایوهای spindle همگام شده (؟) برای پرهیز از پایین آمدن کارآیی در مقابل کار با رکوردهای کوچک به RAID 3 نیازدارند ) .به دلیل این‏که RAID 5 با نوارهای کوچک می‏تواند همان کارآیی RAID 3 را داشته‏باشد،‌ کنترلرهای Adaptec این نمونه را نیز پشتیبانی نمی‏کنند(  RAID 4  RAID 4 با RAID 3 یکسان است . به جز این‏که از نوارهای بزرگ‏تری استفاده‏ می‏کند.به همین دلیل رکوردها از هر درایو جداگانه می‏توانند خوانده‏شوند(‌البته به جز درایو پریتی). این عمل این امکان را می‏دهد تا عملیات خواندن به اشتراک گذاشته‏شود. در هنگام نوشتن ،‌عملیات آهسته می‏شود جون پس از ذخیره شدن داده‏ها بر روی یک دیسک ،‌باید اطلاعات پریتی نیز در درایو مربوط به پریتی نوشته شوند. به هرحال با هر بار عمل نوشتن باید پریتی به روزآوری شود و لذا درایوها در موقع نوشتن نمی‏توانند مشترکاً استفاده شوند. این ساختار مزیت ویژه‏ای نسبت به سایر حالات ندارد و کنترلرهای Adaptec این نمونه را پشتیبانی نمی‏کنند. در یک جمله می‏توان گفت که استفاده از نوارهای بزرگ‏تر ( معمولاً دو بلوک ) در RAID 4 به نرم‏افزار مدیریت RAID امکان می‏دهد تا با استقلال بیشتری نسبت به RAID 3 به اداره‏ی دیسک‏ها بپردازد.  RAID 5  اساساً RAID 5 شبیه RAID 1 است . با این تفاوت که RAID 5 برای هر نوار از داده‏ها یک پریتی ذخیره می‏کند. اما در مقایسه با RAID 1 عملیات نوشتن آهسته‏تر است. زیرا یک زمان اضافی برای نوشتن اطلاعات پریتی نیاز است.در موقع نوشتن اطلاعات RAID 5 تقریباً 60 درصد آهسته‏تر از RAID 1 عمل می‏کند. عملیات خواندن هم هیچ تغییری پیدا نمی‏کند.برای رسیدن به بهترین کارآیی ، RAID 5 باید یک فضای ذخیره‏سازی داشته باشد برابر با حاصل جمع فضای تمامی هارد دیسک‏ها منهای 1.بعضی مواقع به این سطح از RAID ،‌” آرایه با پریتی چرخشی ” نیز گفته‏می‏شود. چرا که مانند RAID 4 پریتی‏ها را در یک درایو جداگانه جمع نمی‏کند و این اطلاعات را در تمام آرایه و بر تمام درایوها توزیع می‏کند.هیچ درایو منحصر بفردی برای ذخیره‏ی اطلاعات پریتی وجود ندارد. تمام درایوها شامل داده هستند و عملیت خواندن می‏تواند از تمام درایوها به صورت مشترک انجام شود. برای نوشتن اطلاعات نیز به یک درایو داده و نیز یک درایو دیگر برای ذخیره‏ی اطلاعات پریتی نیاز داریم. با توجه به این‏که ،‌پریتی رکوردهای مختلف روی درایوهای دیگر قرارمی‏گیرد ،‌عملیا ت نوشتن معمولاً می‏تواند به اشتراک گذاشته شود. بیشترین استفاده از RAID 5 در سرورها و شبکه‏های محلی می‏باشد ، ‌جایی که فضای ذخیره‏سازی و تحمل خطا بسیار اهمیت دارد. در این روش نیازی به وجود درایو آیینه وجود ندارد . زیرا اگر یکی از دیسک‏های اصلی از کار بیفتد ، سرور اطلاعات از دست رفته از نوارهای پریتی ذهیره شده روی دیگر درایوها بازسازی می‏کند. برای اجرای RAID 5 ،‌حداقل به سه هارد دیسک نیاز داریم.  RAID6  دیسکهای داده ها مجزا با دو Parity توزیع شده مجزا  RAID6 در واقع نسخه پیشرفته RAID5 می باشد که تصحیح و کنترل خطا را بهبود می بخشد . این ویرایش RAID اطمینان و توانایی بالا در زمینه data storage فراهم می کند .  بهترین انتخاب برای کاربردهای بحرانی و حساس  معایب :  - طراحی مدار کنترلی بسیار پیشرفته و پیچیده .  - سیکل نوشتن بسیار کند ( دوبار محاسبه مربوط به Parity ) - نیاز به N+2 درایو دیسک سخت . بدلیل دارا بودن حالت Parity دو بعدی . N ( تعداد دیسکهای سخت در حالت معمولی) - ادغام اطمینان بالا با قابلیت بالا  RAID7  نقل وانتقال بهینه شده غیر همزمان به منظوردستیابی به نرخ انتقال بسیار سریع  نقل و انتقال غیر همزمان و دارای کنترلگرهای مستقل.  - درایو مجزا برای ذخیره کردن اطلاعات مربوط بهParity  - برخورداری از سیستم Open System و استفاده از گذرگاهSCSI  -گذرگاه Cache داخلی با سرعت بالا (X-bus )  -دیسک های خواندن و نوشتن از امکان Choching استفاده میکنند.  - کنولوژی مدار تولید Parity تا حدودی با سایر انواع Raid تفاوت دارد .  -مکان Hot Swaping  Open system : به سیستمی اطلاق می شود که قابلیت سازگاری با سخت افزارها و نرم افزارهای مختلف را داشته باشد و امکان کارکردن در سیستمهای مختلف را به راحتی داشته باشد .  RAID10  این Raid حداقل به 4 دستگاه هاردیسک نیاز دارد  عمل تکه تکه کردن بلوکهای داده همانند Raid1 انجام می پذیرد .  - تصحیح و کنترل خطا نیز مانند Raid2 می باشد .  - نرخ انتقال بالا  - در شرایط معین , امکان تحمل خرابی چند دیسک در این نوع RAID وجود دارد .  معایب :  - بسیار گران قیمت  - منبع تغذیه حتمأ باید متصل به ups باشد .  - جابجایی درایوها باید به صورت موازی انجام گیرد .  - سیستمهای Server و بانکهای اطلاعاتی .  RAID53  نرخ انتقال بالا همراه با قابلیت انتقال مناسب  این آرایه RAID حداقل به 5 دستگاه دیسک سخت نیاز دارد .  - RAID53 در واقع باید RAID03 نلمیده شود زیرا عمل Striping آن همانند RAID0 بوده و Segment بندی آن نیز مانند RAID3 می باشد.  - تحمل خطای آن مانند RAID3 می باشد.  - نسبت به RAID3 دارای نرخ انتقال بسیار بهتری می باشد.  معایب :  - قیمت بالا  - همه دیسک ها باید با همدیگر سنکرون شوند که انتخاب نوع و مدل درایو را محدود می سازد .  Stripe- کردن در سطح بایتها نهایتأ در محاسبه ظرفیت فرمت شده تأثیر منفی می گذارد .  RAID 0+1  نرخ انتقال داده بهینه : حداقل به 4 دستگاه هاردیسک نیاز دارد .  - RAID 0+1 به عنوان آرایه آینه ای نیز معروف است با این تفاوت که قطعات داده ها یا Segment ها طبق استراتژی RAID0 ایجاد شده اند . - تحمل خطای این نوع آرایه مانند RAID5 می باشد .  - نرخ انتقال بالا .  - بهترین انتخاب برای سیستمهایی که به کارایی بالا بدون توجه به حداکثر اطمینان نیاز داشته باشند .  معایب :  - RAID 0+1 نباید با RAID10 اشتباه گرفته شود . کوچکترین مشکل در عملکرد یک درایو , آرایه را به مدل RAID0 تبدیل خواهد کرد .  - قیمت بسیار بالا  - جابجایی درایوها باید به صورت موازی انجام گیرد .  -کاربرد : پردازشهای تصویری و fileserever های عمومی .  نتیجه گیری :  همانطور که مشخص شد ، استفاده ازRAID برای مقاصد معین می باشد و در کاربردهای عادی و روزمره کارایی چشمگیری را به سیستم PC اضافه نمی کند . به عنوان مثال امکان استفاده از CD-ROM و Rewriter روی این کانکتورها وجود ندارد .بنابراین هنگام استفاده از RAID ابتدا هدف و مورد استفاده خود را مشخص کنید سپس RAID مناسب را انتخاب نمایید.  RAID سخت افزاری :  بیشتر موارد جدی پیاده سازی RAID ، از RAID سخت افزاری استفاده می شود. به این معنا که برخلاف پردازش کنترلی آرایه توسط نرم افزار از سخت افزاری اختصاصی برای کنترل آرایه استفاده شود.در ادامه مزایا و معایب هر کدام از شیوه های RAID را بررسی می کنیم.دو نوع RAID سخت افزاری وجود دارد، که تفاوت اصلی این دو نوع در چگونگی ارتباط آرایه با سیستم است. " BUS-Based " یا کارت های کنترلر RAID سخت افزاری :  این روش ، سنتی ترین و پر استفاده ترین نوع RAID سخت افزاری به ویژه برای سیستم های "" دست پایین"" است. یک کنترلر RAID در PC یا سرور نصب می شود و درایوهای آرایه به آن متصل می شوند. این کنترلر واسطه ای است بین سیستم و هارد دیسک های موجود در آرایه و معمولاً از اینترفیس های SCSI یا کنترلرهای IDE/ATA برای این منظور استفاده می شود. داده ها از طریق BUS سیستم ( نوعا( PCI به سراسر PC فرستاده می شود. برخی مادربردها بویژه برای سیستم های سرور به همراه خود به صورت مجتمع، کنترلرهای RAID را نیز دارند. این کنترلرها در مادربرد جاسازی شده اند اما از لحاظ کاری تفاوتی با کارت های BUS-Based افزودنی ندارند. (مانند آنچه کنترلرهای IDE/ATA در مادربردهای امروزی انجام می دهند در مقایسه با سیستم های قدیمی که کنترلر IDE آن ها به صورت جداگانه به مادربرد افزوده می شد ) تنها تفاوت کنترلرهای مجتمع این است که هزینه اضافی را کاهش می دهند.  کنترلرهای RAID هوشمند و خارجی:  در این طراحی که مورد استفاده سیستم های "بالا دستی" قرار می گیرد، کنترلر RAID به طور کامل از سیستم جدا شده و در یک جعبه جداگانه قرار داده شده است. درون جعبه، کنترلر RAID درایوهای آرایه را مدیریت می کند (مثلاً با استفاده از( SCSI و سپس درایوهای منطقی از آرایه را در واسطه ای استاندارد به سرورهایی که از آرایه استفاده می کنند، ارایه می دهد. سرور، آرایه یا آرایه ها را فقط به صورت یک یا چند هارد دیسک سریع می بیند و RAID به طور کامل از دید ماشین مخفی است. در حقیقت، هر یک از این واحدها (کنترلرهای خارجی ) واقعاً یک کامپیوتر درون خودشان دارند. به همراه یک پردازنده اختصاصی که آرایه ها و فعالیت ها را مانند کانالی بین سرور و آرایه مدیریت می کند.  اجرای RAID به صورت BUS-Based ارزانتر و خیلی ساده تر از اجرای RAID به صورت اکسترنال است. محدوده قیمتی کارت های IDE/ATA حدود 100 دلار و در بالاترین حد با استفاده از وسایلی که از امتیازات خاصی برخوردارند تا چند هزار دلار می رسد.  این در حالی است که سیستم های کنترلرهای خارجی RAID هنوز خیلی گران هستند اما از امتیازها و ویژگی های جذاب آن نمی توان چشم پوشید! مثلاً قابلیت توسعه زیادی نسبت به BUS-Based RAID دارند، (برای آرایه های بزرگ ، فضایی در حد ترابایت را نیز می توانند پوشش دهند ) و می توانند کارآیی بهتری ارایه کنند. اما هزینه ای که باید در ازای این سخت افزار پرداخت شود معمولاً در حدی نیست که کاربران معمولی PCها از عهده آن برآیند یا حتی به آن فکر کنند!  توجه :  کنترلرهای RAID خارجی نباید با کیس های RAID خارجی اشتباه گرفته شود. این کیس ها که به Enclosure معروفند دارای Power وساختار فیزیکی خاص برای درایوهای یک آرایه RAID هستند، این کیس ها را بیشتر در محیط های بزرگ عملیاتی که با داده های زیادی با حجم بالا سروکار دارند می بینیم. ضمناً می توان ترکیبی از کنترلرهای RAID را با این سیستم ها ایجاد کرد.در اکثر حالات تصمیم گیری برای استفاده از RAID به صورت سخت افزاری مستلزم پرداخت هزینه های بالایی است. اگر شما از هر کدام از سطوح پیچیده و مبهم RAID مثل 1+0 می خواهید استفاده کنید، قطعاً باید به RAID سخت افزاری متوسل شوید چرا که این سطوح خاص در RAID نرم افزاری Support نمی شود. و نیز اگر به کارآیی بالا نیاز دارید که در زمان استفاده از سطوح محاسباتی و قدرتی RAID به دست می آید انتخاب RAID سخت افزاری الزامی است. به دلیل اینکه RAID5 نرم افزاری ممکن است در مواردی برای شما دردسر آفرین باشد.  RAID نرم افزاری:  در مورد RAID نرم افزاری پیش از این نکاتی گفتیم. حال نگاهی گذرا داریم به مزایا و معایب استفاده از آن:  مزایای RAID نرم افزاری:  هزینه کم:  اگر قبلاً از سیستم عاملی استفاده کرده و می کنید که RAID را پوشش می دهد، دیگر نیازی به پرداخت هزینه های اضافی نیست. فقط ممکن است نیازداشته باشید که حافظه سیستم تان را بالا ببرید.  ساده بودن: نیازی به نصب، تنظیم و مدیریت یک کنترلر سخت افزاری نیست.  Duplexing: در بخش اول این مقاله (شماره 6 ماهنامه) Duplexing را توضیح دادیم. در  سطح RAID1 نرم افزاری می توان از این شیوه استفاده کرد اما در سخت افزار نه (البته بسته به نوع کنترلر(  معایب RAID نرم افزاری:  کارآیی پایین:  برای مدیریت آرایه ، چرخه هایCPU ( CPU Cycles ) ربوده می شوند و کار سایر بخش های نرم افزاری و سخت افزاری دچار مشکل می شود. در اصل این مشکل برای سطوح ساده مثل سطح 1 چندان مهم نیست اما برای سطوح پیچیده ای چون سطح 5 خیلی اهمیت پیدا می کند.  محدودیت Boot Volume:  سیستم عامل نمی تواند از طریق آرایه RAID بوت شود و به یک پارتیشن غیر RAID برای بالا آوردن سیستم نیاز است که باعث افزایش زمان بالا آوردن سیستم می شود.  عدم پوشش سطوح مختلف به طور کامل:  RAID نرم افزاری محدود است به سطح خاصی مانند 0،1 و5 و سطوح جذاب RAID، بیشتر سخت افزاری هستند ). به جز Duplexing که قبلاً توضیح داده شد (  عدم حمایت از ویژگی های پیشرفته :  این نوع RAID، از ویژگی ای پیشرفته ای چون Hot Spares و Drive Swapping حمایت نمی کند.  ناسازگاری با سیستم عامل ها :  اگر RAID را برای یک سیستم عامل مشخص تنظیم کنید، فقط آن سیستم عامل می تواند به آرایه دسترسی داشته باشد و در صورت نصب سایر سیستم عامل ها قابل دسترس نخواهد بود، و مشکلاتی را برای محیط هایی با چند سیستم عامل که می خواهند از RAID استفاده کنند به دنبال خواهد داشت.  تفاوتها (کدام یک بهتر است؟ )  بستگی دارد به هدف و میزان هزینه شما و انتظاراتی که شما دارید. RAID نرم افزاری از طریق یک سیستم عامل تنظیم می شود و به طور ذاتی کارایی کمتری نسبت به کنترلرهای سخت افزاری RAID دارد. این به علت فقدان سخت افزار اختصاصی برای مدیریت آرایه های RAID است. اما باید گفت که تنظیم آن، دست کم موقع استفاده از Windows XP Professional، نسبت به سیستم های مبتنی بر سخت افزار ساده تر و انعطاف پذیر تر است.دومین عامل در زمینه بررسی و انتخاب نوع RAID، این است که آیا شما می خواهید سیستم عامل تان قسمتی از آرایه باشد یا خیر؟ بزرگترین محدودیت در انجام RAID در ویندوز XP این است که سیستم عامل باید قبل از ایجاد آرایه RAID نصب شود. به این معنا که اگر شما بخواهید دیسک سیستم عامل خود را Strip کنید، برای افزایش سرعت Loading راهی جز رفتن به سمت کنترلرهای RAID سخت افزاری ندارید. بنابراین اگر بدون ایجاد درایوهای Strip شده ، می خواهید حداکثر استفاده را ببرید یا اگر برای Backup های خود نیاز دارید که از RAID استفاده نمایید از مادربردی استفاده کنید که کنترلر RAID را به صورت Onboard در خود دارد و یا اینکه از یک کارت کنترلر PCI استفاده کنید. اما اگر می خواهید سرعت درایوهای Stripped را امتحان کنید به سراغ RAID نرم افزاری بروید که همان طور که گفتیم در ویندوز XP, 2000 این امکان فراهم شده است و ضمناً آسانتر و ارزانتر نیز می باشد.  تجهیزات RAID از بخش های زیر تشکیل شده است:  جدول RAID برای تعریف تنظیمات آرایه های RAID، ساختارهای داده به منظور ذخیره Discriptionها برای Cache کردن داده ها، موتورها برای محاسبه اطلاعات توازن ( Parity ) ، بخش منطقی برای هندل کردن ورودی/خروجی ها از آرایه های RAID.  این قسمت ها (Components ) ممکن است به صورت نرم افزاری ارائه شوند( مثل حالت kernel-mode ) یا اینکه درون کنترلرها جاسازی شده باشند. در RAID نرم افزاری یکی از مشکلات این است که به دلیل مراجعه زیاد CPU و اجزای آرایه و ترافیک بالای داده ای که جریان پیدا می کند مشکلاتی برای سایر نرم افزارها بوجود آمده و در برخی موارد از کار افتادن سیستم را نیز به دنبال دارد.  نتیجه: RAID نرم افزاری را در صورتی استفاده کنید که گستردگی کار شما زیاد نباشد و یا برای مصارف خانگی و استفاده در محیط های کوچکی که حجم درخواست ها و تعداد کاربران کمتری دارند استفاده کنید. اما در محیط هایی با کاربران زیاد و عملیات خواندن و نوشتن سنگین، RAID سخت افزاری تنها گزینه است. البته باز هم بستگی به نوع کار دارد.  نکته: تمام روش ها و تکنیک هایی که RAID ارائه می دهد در جهت کاهش اثرات از کارافتادگی سیستم ها و سرورهاست و هیچگاه این شیوه ها شما را از پشتیبانی فایل ها (Backup ) بی نیاز نمی کند. پس اگر قصد دارید که RAID انتخاب کنید باز هم روش های معمول خود برای گرفتن نسخه پشتیبان از داده ها و فایل ها ( به هر صورتی که هست ) را ادامه دهید.  ناسازگاری نرم افزاری : برخی نرم افزارهای سودمند مثل Partition Magic و برنامه هایی از این قبیل ممکن است با آرایه های نرم افزاری تداخل داشته باشند.  عدم اعتبار و قابلیت اطمینان : برخی کاربران به خاطر باگ هایی که ممکن است ضمن استفاده از RAID پیش بیاید از آن پرهیز می کنند، هر چند کنترلر های سخت افزاری RAID هم از این مشکلات دارند اما، نسبت به RAID های سخت افزاری با کیفیت خوب بعضی سیستم عامل ها هم هستند که در برابر این مشکلات تحمل بیشتری دارند.

Answer 1

 

RAID 0 

به عنوان مثال اگر دو دیسک 1 و 2 داشته باشیم و تعدادی داده به نام های A، B ، C و D این چهار داده در دو دیسک موجود پخش می شوند. داده A و B در دیسک 1 و داده C و D در دیسک 2. در این روش داده ها همزمان در دیسک ها نوشته می شوند. این امر سرعت خواندن و نوشتن را به صورت تئوری به مرتبه تعداد دیسک‌‌ ها افزایش می‌دهد. برای مثال اگر از 3 دیسک استفاده کنیم،‌ به طور نظری سرعت خواندن از و نوشتن روی دیسک تا 3 برابر افزایش می‌ یابد هرچند در عمل به دلایل مختلف از جمله تاخیر خواندن و نوشتن بین دیسک‌‌ ها و زمان پردازش داده،‌ این امر محقق نمی‌شود. در ضمن فضای آرایه برابر مجموع فضای دیسک‌ هاست و در RAID0 حداقل 2 دیسک نیاز است. این روش RAID برای موقعیت های خطرناک و سرور های مهم توصیه نمی شود.

 RAID 1

به عنوان مثال اگر دو دیسک 1 و 2 داشته باشیم و تعدادی داده به نام های A، B و C، این سه داده همزمان در دیسک 1 و دیسک 2 نوشته می شوند. این فناوری در حقیقت Mirroring تنها است. در این حالت اطلاعات یکسان همزمان روی دیسک‌ ها نوشته می‌شوند. چنانچه مشکلی برای دیسک‌های آرایه پیش بیاید، تا زمانی‌که فقط یکی از دیسک‌ ها باقی است، خطری اطلاعات را تهدید نمی‌کند. در تئوری، سرعت نوشتن آن با یکی از دیسک‌ها یکسان ولی سرعت خواندن آن ضریبی معادل تعداد دیسک‌ها پیدا می‌کند. با توجه به دلایل گفته شده در RAID0، در عمل سرعت نوشتن در RAID نوع 1 کم‌ تر از یک دیسک و سرعت خواندن آن هم به ضریب تعداد آن‌ها نمی‌ رسد. فضای آرایه برابر یکی از دیسک‌های عضو آرایه می‌شود. مثلا اگر 3 دیسک 1 ترابایتی در آرایه شرکت‌ کنند، فضای حاصل برابر 1 ترابایت خواهد بود. در این حالت از RAID هم حداقل 2 دیسک مورد نیاز است البته معمولا بیشتر از آن هم استفاده نمی‌ شود.

 RAID 2

این نوع RAID با تقسیم اطلاعات بر روی 2 دیسک و نوشتن اطلاعات کنترلی خطا (ECC) روی دیسک دیگر در قالب بیت‌‌های داده ذخیره می‌کند. در هنگام خواندن، داده با اطلاعات کنترلی تطابق داده می‌شود و اگر خطایی وجود داشته باشد، تصحیح می‌شود. سرعت خواندن با توجه به Striping داده در 2 دیسک یا بیشتر افزایش چشم‌گیری یافته و با کنترل خطا کمی از آن کاسته می‌ شود. سرعت نوشتن هم تقریبا در حد خواندن است با این تفاوت که محاسبه امکان تصحیح خطا کمی تاخیر ایجاد می‌ کند. علاوه بر تصحیح خطا این آرایه می‌ تواند با خارج شدن یکی از دیسک‌ ها به کار خود ادامه دهد.

RAID 3

این متُد از RAID با کمی تفاوت کاملا شبیه به RAID 5 می باشد. به همین جهت اکثرا به جای استفاده از RAID 3 از RAID 5 استفاده می شود که در مقالات بعدی راجع به آن صحبت خواهیم کرد.

 

RAID 4

همانند RAID 3 عمل می‌کند با این تفاوت که به جای خواندن و نوشتن در قالب کلمه، از بلاک یا استریپ داده استفاده می‌کند. مانند RAID 3 دیسکی مختص ذخیره Parity (سیستم اصلاح خطا)دارد. فضای حاصله معادل جمع دیسک‌ها منهای یک دیسک فضای Parity است. این آرایه ظرفیت خرابی یکی از دیسک‌ ها را داراست.

RAID 5

این نوع RAID همانند RAID 1 یکی از پرکاربردترین نوع می باشد و مشابه آرایه نوع 4 است. با این تفاوت که Parity آن در دیسکی خاص ذخیره نمی‌ شود و بین تمامی دیسک‌ ها پخش می‌شود. این نوع آرایه پر کاربردترین نوع در استفاده‌‌ های حرفه‌ای است چرا که از نظر کارایی و فضای حاصله، تعادلی بهینه در آن برقرار است. پخش شدن اطلاعات Parity در میان دیسک‌ ها باعث افزایش کارایی می‌شود. این آرایه به حداقل 3 دیسک نیاز دارد و دیسک‌ های بیشتر برای استریپ کردن و بالا بردن کارایی کاربرد دارد. فضای حاصله معادل جمع دیسک‌ ها منهای یک دیسک فضای Parity است. این آرایه نیز مانند RAID 4 ظرفیت خرابی یکی از دیسک‌ها را داراست.

RAID 6

همان RAID 5 است که دو سری Parity در آرایه ذخیره می‌کند و امکان حفظ آرایه در نبود دو دیسک را ممکن می‌کند. ظرفیت حاصل برابر جمع دیسک‌های عضو آرایه منهای فضای معادل دو دیسک Parity است. از مزایای این آرایه می توان به امنیت بالاتر آن نسبت به RAID 5 و عملکرد بدون نقص آن بدون دو دیسک Parity اشاره نمود. از معایب آن می توان به نیاز به حداقل 4 دیسک و سرعت پایین تر آن نسبت به RAID 5 اشاره کرد.

RAID 10

این Raid حداقل به 4 دستگاه هارد دیسک نیاز دارد. در حالت استفاده از 4دیسک ، دیسک ها دو به دو داده ها را نگهداری می کنند. عمل تکه تکه کردن بلوکهای داده همانند Raid1 انجام می پذیرد و مانند Raid2، دارای سیستم تصحیح و کنترل خطا نیز می باشد. این آریه مناسب سیستم های بسیار حساس مانند بانکهای اطلاعاتی می باشد. از معایب این تکنولوژی RAID می توان به هزینه بالای آن و اتصال حتمی منبع تغذیه به UPS اشاره نمود.

دیسک‌های تحت کنترل RAID، سه حالت دارند. یا عضو آرایه‌ اند یا آزادند و یا ذخیره هستند. عضو آزاد به هیچ عنوان در آرایه استفاده نمی‌شود مگر کاربر به طور دستی آرایه را برای این کار تنظیم کند. عضو ذخیره در صورت از دست رفتن یکی از دیسک‌های آرایه، جایگزین می‌شود. برای مثال اگر 4 دیسک داشته باشیم و آرایه‌ای از RAID5 شامل 3 دیسک داشته باشیم، اگر یکی از دیسک‌ های عضو آرایه آسیب ببیند و آرایه در حالت کاسته قرار گیرد، دیسک چهارم اگر ذخیره باشد می‌تواند به طور خودکار جایگزین شود و آرایه را بازسازی کند اما اگر در حالت آزاد یا غیرعضو باشد، نمی‌تواند.

همانطور که مشخص شد، استفاده ازRAID برای مقاصد معین می باشد و در کاربرد های عادی و روزمره کارایی چشمگیری را به سیستم PC اضافه نمی کند. به عنوان مثال امکان استفاده از CD ROM و Rewriter روی این کانکتور ها وجود ندارد. بنابراین هنگام استفاده از RAID ابتدا هدف و مورد استفاده خود را مشخص کنید سپس RAID مناسب را انتخاب نمایید.