آشنایی با انواع RAID و نحوه RAID کردن

RAID چیست؟

RAID یا Redundant Array of Independant Disks به معنای آرایه‌ی افزونه از دیسک‌های مستقل است. این عبارت در نگاه اول بسیار نامأنوس به‌نظر می‌رسد، اما درک این فناوری ساده‌تر از آن است که فکرش را می‌کنید. هدف اصلی RAID ذخیره داده‌های یکسان در دیسک‌های متفاوت برای جلوگیری از از دست رفتن داده‌ها به هنگام وقوع آسیب و کرش در دیسک‌ها است.

تاریخچه

RAID نخستین بار در سال ۱۹۸۷ توسط دیوید پترسون، رندی کتز و گارث گیبسون مطرح شد.

این افراد ۶ حالت RAID با ویژگی‌های متفاوت (که از ۰ تا ۵ نامگذاری شدند) در نظر داشتند که البته امروزه تعداد حالات RAID افزایش یافته‌ است.

البته استفاده از دیسک‌های افزونه پیش از این هم مورد بحث قرار گرفته بود. IBM در سال ۱۹۷۷ پتنتی در این زمینه ثبت کرد که بعدها رید4 نام گرفت. در سال ۱۹۸۳ شرکت Digital Equipment درایوهایی با قابلیت رید1 را به بازار عرضه کرد. در سال ۱۹۸۶ ، IBM پتنت دیگری ثبت نمود که امروزه RAID 5 شناخته می‌شود.

رید چگونه کار می‌کند؟

رید با قرار دادن داده درون چندین دیسک کار می‌کند. با اجازه ورود و خروج اطلاعات از تمامی این دیسک‌ها عملکرد و سرعت افزایش پیدا می‌کند. با استفاده از چند دیسک، خطاپذیری افزایش یافته و از دست دادن اطلاعات کمتر رخ می‌دهد.

آرایه‌های RAID نزد سیستم عامل بصورت یک دیسک منطقی در نظر گرفته می‌شود و شما هر دیسک را بطور مستقل مشاهده نمی‌کنید. محدوده‌ی حجم واحدهای تقسیم اطلاعات در رید از 512Bytes شروع شده و به چند مگابایت می‌رسد.

کنترلر رید

یک کنترلر رید بعنوان واسطی میان سیستم عامل و دیسک‌های فیزیکی عمل کرده و گروه دیسک‌ها را به‌عنوان واحد‌های منطقی به سیستم‌عامل ارائه می‌کند. استفاده از یک کنترلر رید کارایی را بهبود داده و موجب حفاظت از اطلاعات هنگام کرش می‌شود.

کنترلر رید می‌تواند هم سخت‌افزاری و هم نرم‌افزاری باشد. در کنترلر سخت‌افزاری، یک کنترلر فیزیکی آرایه را مدیریت می‌کند. این کنترلر فیزیکی می‌تواند به فرم یک کارت PCI Express باشد و بگونه‌ای طراحی شده‌ باشد که از فرمت‌های SATA و SCSI پشتیبانی کند. کنترلر فیزیکی ممکن است بخشی از مادربرد (Motherboard) نیز باشد.

کنترلر نرم‌افزاری از منابع سخت‌افزاری سیستم برای انجام وظیفه خود استفاده می‌کنند، اما به اندازه‌ی کنترلر سخت‌افزاری عملکرد را افزایش نمی‌دهد.

اگر کنترلرهای نرم‌افزاری با سیستم سازگار نیستند و کنترلرهای سخت‌افزاری قیمت گزافی دارند، استفاده از رید مبتنی بر سیستم عامل یا درایور پیشنهاد می‌شود.

در این نوع کنترلر، چیپ کنترلر بر روی مادربرد تعبیه شده و تمامی اعمال توسط CPU انجام می‌شود. تا اینجای کار، این کنترلر مشابه کنترلر نرم‌افزاری عمل می‌کند؛ اما تفاوت در این است که این کنترلر پس از بالا آمدن سیستم کارکرد رید را زیر نظر می‌گیرد. این کنترلر قیمت کنترلرهای سخت‌افزاری را نداشته و کارایی بالاتری نسبت به کنترلرهای نرم‌افزاری دارد.

انواع رید

استفاده از RAID به روش‌های متنوعی امکان پذیر است. هرکدام از این روش‌ها کارایی و حفاظت از اطلاعات مخصوص به خود را به ارمغان می‌آورد. انواع زیر پراستفاده‌تر و مطرح‌ترند:

• RAID 0
• RAID 1
• RAID 5
• RAID 10

رید 0

در این حالت اطلاعات ذخیره‌شده بین دیسک‌های شما تقسیم یا به اصطلاح «راه راه» می‌شوند؛ برای مثال اگر دو دیسک داشته باشیم، نصف اطلاعات روی یک دیسک و نصف دیگر روی دیسک دیگر ذخیره می‌شوند. فرض کنید سیستم بخواهد داده‌ی «100111» را در این حالت ذخیره کند؛ اولین یک، دومین صفر و سومین یک در دیسک ۱ و مابقی در دیسک ۲ ذخیره می‌شود و در نهایت در دیسک ۱ «101» و دیسک ۲ «011» ذخیره خواهد شد.

مزایا

• افزایش سرعت خواندن و نوشتن
• قابل استفاده بودن کل حجم دیسک‌ها
• تعداد کم دیسک‌های مورد نیاز
• آسانی در اجرا

معایب

•  اگر هر کدام از دیسک‌ها آسیب ببیند و اطلاعات آن از دست برود، عملاً کل اطلاعات از دست رفته‌ است.
• با آسیب یک دیسک، احتمال ایجاد Bad Sector و آسیب در دیسک دیگر بالا می‌رود.

استفاده ایده‌آل

رید 0 برای استفاده‌های حساس اصلاً مناسب نیست، در عوض به‌علت سرعت بالای آن در کارهایی مثل ویرایش تصاویر و ویدیوها مفید خواهد بود.

رید 1

در این حالت اطلاعات در دیسک‌های شما مانند هم نوشته می‌شوند و دیسک‌های شما دقیقاً حاوی اطلاعات مشابه‌اند. برای مثال داده‌ی «1001» در این حالت، به‌صورت «1001» در همه‌ی دیسک‌ها ذخیره خواهد شد.

مزایای

• حفاظت بیشتر از اطلاعات
• در صورت از دست دادن اطلاعات یک دیسک مشکلی برای خوانش اطلاعات به‌وجود نمی‌آید
• امکان اضافه کردن دیسک جدید به RAID و ایجاد دیسک مشابه به‌طور خودکار
• امکان حذف دیسک از مجموعه دیسک‌ها و استفاده به‌طور مستقل

معایب

•  سرعت پایین‌تر نسبت به رید 0
• حجم قابل استفاده برابر با نصف حجم مجموع است.
• با آسیب یک دیسک، احتمال ایجاد Bad Sector و آسیب در دیسک دیگر بالا می‌رود.

استفاده ایده‌آل

از رید 1 می‌توان در سیستم‌های حسابداری و سرورهای کوچک استفاده نمود.

رید 5

این حالت از RAID تلاش می‌‌کند تا بهترین‌های رید 0 و 1 را برای شما فراهم کند؛ افزایش سرعت بدون افزایش ریسک از دست‌دادن اطلاعات. برای استفاده از این حالت باید حداقل سه دیسک داشته باشید. دو دیسک مانند رید 0 نوشته شده و داده‌ها بین این دو تقسیم می‌شوند. سپس در دیسک سوم بیت‌های توازن (parity) نوشته می‌شود. بیت توازن بیتی است برای نشان‌دادن زوج یا فرد بودن تعداد یک و به کمک این داده، در صورت از دست دادن هرکدام از دیسک‌ها سیستم می‌تواند با داده‌های دو دیسک دیگر دیسک جدید را ایجاد کند و اطلاعات بدون آسیب باقی می‌مانند.

مزایا

• نداشتن مشکلات رید 0 و  1
• سرعت خوانش بالا
• افزایش حفاظت از اطلاعات

معایب

• تعداد حداقل دیسک مورد نیاز بیشتر نسبت به رید 0 و 1

استفاده ایده‌آل

رید 5 بعلت سرعت و پایداری مناسب برای سرورهایی که تعداد دیسک‌های محدودی دارند، مناسب است.

رید 10

این حالت در واقع RAID 1+0 است. در این حالت ابتدا داده‌ها بین یک جفت دیسک مانند رید 0 تقسیم شده و سپس این جفت دیسک مانند رید 1 روی یک جفت دیسک دیگر نوشته می‌شوند. البته ممکن است این عمل به ترتیب معکوس انجام شود که در نتیجه تغییری حاصل نمی‎شود. در این حالت حداقل به چهار دیسک نیاز است.

مزایای

• نداشتن مشکلات RAID0 و RAID1
• افزایش حفاظت از اطلاعات
• بازسازی بسیار سریع تر اطلاعات نسبت به RAID5
• سرعت خواندن و نوشتن بالاتر نسبت به RAID5

معایب

• تعداد حداقل دیسک مورد نیاز بیشتر نسبت به RAID0 ، RAID1 و RAID5
• تعداد دیسک غیرقابل استفاده بیشتر نسبت به RAID5 و اختلاف قابل توجه حجم قابل استفاده در تعداد بالا

شما می‌توانید با مراجعه به سایت ماشین حساب RAID، ظرفیت، سرعت و خطاپذیری را در حالت‌های مختلفRAID مشاهده کنید.

خلاصه ویژگی‌های ۴ حالت مطرح‌شده RAID

چگونه از RAID استفاده کنیم؟

دقت کنید که بهتر است در RAID، از دیسک‌هایی با حجم یکسان استفاده شود تا از وقوع مشکلات احتمالی ناشی از یکسان نبودن حجم دیسک‌ها، جلوگیری شود. همچنین اگر دیسک‌های شما حاوی فایل‌های مهم است حتما از آن پشتیبان (Backup) تهیه کنید.

روش سخت‌افزاری

این روش با توجه به سرعت و عملکرد بهتر نسبت به روش نرم‌افزاری، پیشنهاد می‌شود. در ابتدا باید ببینید که مادربرد شما از RAID پشتیبانی می‌کند یا خیر. برای این کار کافیست وارد BIOS خود شده (معمولاً کلید F2 در ابتدای بالا آمدن سیستم) و به دنبال بخش مربوط به RAID بگردید. اگر این بخش وجود نداشت، باید یک آداپتور RAID تهیه کرده و آن‌ را روی مادربورد خود نصب کنید.

تنظیمات رید کردن

هر آداپتور RAID یک برنامه تنظیمی مخصوص به خود برای انتخاب نوعRAID و دیسک‌ها دارد. گاهاً این تنظیمات در بخش BIOS یافت می‌شود. با رجوع به راهنمای مادربرد و آداپتور RAID در این رابطه می‌توانید اطلاعات بیشتری کسب کنید.

• معمولاْ با فشار دادن دکمه‌های Ctrl+R یا Ctrl+A هنگام بوت، وارد تنظیماتRAID می‌شوید.
• اگر RAID در داخل BIOS قرار داشت (همانند بسیاری از مادربردهای اینتل) باید هنگام بوت وارد BIOS شوید که معمولا با F2، Ctrl+S و Del انجام می‌شود.
• در صورت انتخاب RAID 0 یا RAID 5 از شما انتخاب اندازه هر واحد پرسیده می‌شود که بهتر است روی حالت پیش‌فرض (Default) قرار دهید. می‌توانید به‌طور تجربی و با استفاده از اعداد مختلف، کارایی RAID را بالا ببرید.

برای نصب ویندوز روی RAID (ویندوز ویستا به بالا) به نکات زیر توجه کنید:

• نصب Custom (Advanced) را انتخاب کنید.
• اگر هنگام انتخاب درایور نصب ویندوز، RAID را مشاهده نکردید، روی Load Driver در بخش پایینی کلیک کنید.

استفاده ازRAIDنرم‌افزاری (RAID ارائه‌شده در ویندوز)

ویندوز XP، ویستا (Vista)، هفت (7)، هشت (8) و ده (10)، همگی RAID نرم‌افزاری ارائه می‌دهند که جایگزینی برای حالت سخت‌افزاری بوده و استفاده از آن راحت است.

روند زیر را دنبال کنید تا از RAID ویندوز استفاده کنید:

۱. روی Computer راست کلیک کرده و Manage را انتخاب کنید.

۲. روی Disk Management که در زیرمجموعه Storage قرار دارد کلیک کنید.

۳. روی تصویر درایو بزرگ در چپ، راست‌کلیک کرده تا عملگرهایی را مشاهده کنید که روی کل دیسک تاثیر می‌گذارند. تنها گزینه‌هایی که روی دیسک شما ممکن‌اند، فعال هستند. در بعضی مواقع اگر دیسک شما پویا(Dynamic) نباشد، پیغامی نمایش داده می‌شود که با دنبال کردن دستورات، دیسک شما به‌طور خودکار تبدیل به دیسک پویا می‌شود.

۴. روی دیسک‌های دینامیک راست‌کلیک کرده و گزینه‌ای برای کپی تمام اطلاعات مشابه RAID 1 مشاهده می‌کنید (این قابلیت تنها در ویندوز ۷ نسخه‌های Professional و Ultimate، ویندوز ۲۰۰۰ Ultimate و ویندوز سرور وجود دارد).

استفاده از رید در ویندوز ۱۰

۱. ابتدا از در نوار جستجوی ویندوز  کنار استارت بنویسید Storage Spaces.

۲. در پنجره‌ی بازشده، Create a new pool and storage space را انتخاب کنید. ویندوز، تمامی درایوها را در پنجره بعدی انتخاب می‌کند.

۳. در بخش Resiliency نوع RAIDرا تعیین کنید.

گزینه‌های two-way mirror و three-way mirror مشابهRAID1 بوده و Parity مشابه RAID5 است.

۴. اگر لازم بود، اندازه درایو را تعیین کنید. به‌طور پیشفرض مقدار صحیح انتخاب می‌شود.

۵. Create storage space را انتخاب کنید.

۶. صبر کنید تا پروسه کامل شود.

۷. برای مدیریت آرایه در نوار جستجو Manage Storage Spaces را بنویسید.

آینده

اگرچه رید همچنان مورد استفاده قرار می‌گیرد، اما بسیاری از تحلیل‌گران اعتقاد دارند که با ظهور تکنولوژی‌های جایگزینی مثل erasure coding که حفاظت از اطلاعات بهتری را ارائه می‌دهند (البته با هزینه بالاتر)، رید رو به افول است. این تکنولوژی‌ها با تمرکز بر رفع مشکلات RAID در حال توسعه‌اند؛ مشکلاتی نظیر حفاظت اطلاعات و افزایش احتمال خطا با افزایش تعداد دیسک‌ها.

ظهور درایو‌های حالت جامد (SSD) نیاز به RAID را کاهش داده‌اند. SSD ها هیچ جزء متحرکی نداشته و به همین دلیل مشکلات ناپایداری هارد دیسک‌ها را ندارد. آرایه‌های SSD معمولا از تکنیک‌هایی نظیر Wear Leveling به‌جای رید برای حفاظت از اطلاعات استفاده می‌کند. Hyperscale computing نیز نیاز به رید را با استفاده از سرورها به جای درایوها از بین می‌برد.

با این حال، رید همچنان به‌عنوان عضو جداناشدنی ذخیره‌ی اطلاعات به شمار می‌رود و شرکت‌های بزرگ فناوری همچنان محصولات RAID را عرضه می‌کنند. IBM، محصول رید مخصوص خود را به همراه Spectrum Virtualize V7.6 و با وعده‌ی بهبود عملکرد RAID عرضه کرده‌ است. آخرین نسخه از فناوری Intel Rapid Storage از رید 0، رید 1، رید 5 و رید 10 پشتیبانی می‌کند. نرم‌افزار مدیریت NetApp ONTAP از رید برای حفاظت از داده‌ها در برابر از دست‌دادن هم‌زمان حداکثر ۳ درایو استفاده می‌کند. پلتفرم یکپارچه Dell EMC نیز از رید 0، رید 1، رید 5 و رید 6 پشتیبانی می‌کند.

نظر شما در رابطه با این فناوری چیست؟ نقاط قوت و ضعف این فناوری را چه می‌دانید و چه فناوری‌هایی می‌توانند جایگزین رید در سال‌های آتی شوند؟ دیدگاه‌های خود را با آرسس پارت به اشتراک بگذارید.