اگر تاکنون به دنبال خرید یک سرور سخت افزاری و یا تجهیزاتی مثل NAS یا SAN بوده اید حتما با واژه RAID برخورد کرده اید.
کلمه RAID مخفف Redundant Array Of Independent (Inexpensive) Disks می باشد. به صورت معمول وقتی صحبت از RAID می شود در واقع ما در مورد دو یا چندین دیسک سخت افزاری صحبت می کنیم که در کنار هم قرار گرفته اند و به کمک هم می توانند یا کارایی یک سیستم را بالا ببرند و یا خطاپذیری یا Fault Tolerance یک سیستم را افزایش بدهند ، این سیستم معمولا یک سرور سخت افزاری و یا یک دستگاه NAS Storage است. به این نکته توجه کنید که RAID هم می تواند کارایی یا Performance را بالا ببرد ، هم خطاپذیری یا Fault Tolerance را بالا ببرد و هم می تواند بر حسب نوع و سطح RAID ای که انتخاب می کنیم هر دوی این موارد را بالا ببرد. وقتی صحبت از Fault Tolerance یا خطاپذیری می شود یعنی اینکه RAID به ما این قابلیت را می دهد که در صورت بروز خطا برای یک یا چند هارد دیسک ، اطلاعات و سرور ما دچار اختلال نشده و به کار خود ادامه بدهد و بتواند در برابر این خطایی که ایجاد شده است مقاومت کند که یک درجه ایمنی بسیار خوب برای سرورهای سخت افزاری به حساب می آید.
پس از هدف از RAID کردن ، رسیدن به حداقل یکی از مزایای زیر است :

امنیت دیتا یا همان تحمل خطا (Fault tolerance)
افزایش سرعت Read/Write و در نتیجه افزایش کارایی یا Performance
روشی که شما برای خطاپذیری یا Fault Tolerance در RAID انتخاب می کنید دقیقا وابسته به نوع RAID ای است که شما انتخاب می کنید. نوع RAID را به عنوان سطح یا RAID Level هم می شناسیم. سطح RAID ای که ما انتخاب می کنیم به عوامل مختلفی بستگی دارد که از آن جمله می توانیم به تعداد دیسک هایی که در اختیار داریم ، حساسیت اطلاعات موجود ، روش بازیابی اطلاعات ، نیاز شما به این اطلاعات و در نهایت کارایی و سرعتی است که شما به آن نیاز دارید . برای مثال اهمیت اینکه داده های شما بعد از به مشکل خوردن و سوختن یکی از هارد دیسک های سرور به اشکال نخورده و سرور همچنان بتواند به سرویس دهی خود ادامه دهد و خللی در کارش وارد نشود در یک سازمان قطعا خیلی خیلی بیشتر از یک کاربر خانگی است که برای پشتیبان گیری از اطلاعات خودش ساختار RAID را پیاده سازی کرده است. سطوح مختلف RAID دارای پیکربندی ها و قابلیت های مختلفی در ارائه خدمات Fault Tolerance و Performance هستند که شما بر اساس نیاز خودتان یکی از آنها را انتخاب می کنید.
حال به بررسی انواع RAID و ویژگی آن ها می پردازیم . همانطور که گفته شد دو نوع RAID داریم :
1.به صورت سخت افزاری که به دو صورت انجام می پذیرد :
به صورت یک کارت مستقل
به صورت یکپارچه ارائه شده بر روی چیپست مخصوص
2.به صورت نرم افزاری که کاربردهای آن می تواتن به عنوان یک راه حل نرم افزاری خالص (Pure) و به عنوان یک راه حل ترکیبی که شامل سخت افزارهای طراحی شده برای بهبود کارایی پردازشگر است،اشاره کرد.در بحث شبکه و سرورها و اطلاعاتی که استفاده و به اشتراک گذاشته می‌شود، پایداری و امنیت هر یک از اجزا، بسیار مهم می‌باشد و برای رفع این مشکل در هر یک از اجزا اصطلاحی بنام Redundancy وجود دارد. در مبحث اطلاعات این Redundancy از طریق RAIDها پیاده سازی می‌شود.

در نتیجه از RAID ها برای افزایش سرعت و امنیت اطلاعات استفاده می‌شود. RAID ها در کل به دو شکل سخت افزاری و نرم افزاری وجود دارد. نوع نرم افزاری خود دارای ریسک می‌باشد و کندتر از نوع سخت افزاری است چراکه از منابع سیستم و CPU برای اینکار استفاده می‌کند و در مواقعی که بار سیستم زیاد باشد و سیستم هنگ کند احتمال از دست رفتن اطلاعات و یا ایجاد مشکل وجود دارد.

اما در نوع سخت افزاری این مشکل‌ها وجود ندارد حتی با قطعی برق باطری داخلی در RAID وجود دارد که باعث می‌شود تا اطلاعات به هیچ وجه از دست نرود. انواع RAID هایی که معمول و شناخته شده می‌باشد در ادامه‌ی مطلب بطور خلاصه توضیح داده می‌شود.

که باعث می‌شود تا اطلاعات به هیچ وجه از دست نرود. انواع RAID هایی که معمول و شناخته شده می‌باشد در ادامه‌ی مطلب بطور خلاصه توضیح داده می‌شود.

 

RAID 0
حداقل هاردیسک مورد نیاز: 2

شرح: مجموعه دیسک‌های جدا بدون بیت توازن. کارایی بهتر و افزونگی ذخیره‌سازی را فراهم می‌کند اما بدون توانایی تحمل نقص و اشکال. خرابی هر یک از هاردیسک‌ها باعث از بین رفتن آرایش می‌شود. خرابی یک هاردیسک نابودی کل آرایش را به همراه دارد، زیرا اطلاعاتی که در این مدل نوشته می‌شود اطلاعات به قطعاتی شکسته می‌شود. تعداد قطعات توسط تعداد هاردیسک‌ها مشخص می‌شود. قطعات اطلاعات با هم در سکتورهای مشابه در دیسکهای مربوطه نوشته می‌شود.

این اجازه می‌دهد قطعات کوچکتر از کل قطعه بزرگ بطور موازی از درایوها خوانده شود که نتیجه این مدل چینش پهنای باند زیاد میباشد. هنگامی که یک سکتور روی یکی از دیسکها خراب شود سکتورهای مشابه روی تمام دیسکهای دیگر بدون استفاده خواهد بود. زیرا بخشی از اطلاعات خراب شده است. این مدل چینش بررسی خطا ندارد بنابر این هر خطایی غیرقابل بازبابی خواهد بود. دیسکهای بیشتر پهنای باند بیشتری را در پی خواهد داشت اما ریسک از دست دادن اطلاعات نیز بیشتر می‌شود.
RAID0: ذخیره سازی روی چند دیسک بدون کنترل خطا

مزایا و مشخصات:
– داده ها به بلوک‌هایی تبدیل می‌شوند و هر بلوک در هارد دیسک مجزا ذخیره می‌شود.
– باعث بالا رفتن کارایی سیستم I/O می‌گردد چرا که بار ترافیکی نقل و انتقالات بین چندین کانال مجزا تقسیم می‌شود.
– بالارفتن کارایی بدلیل وجود کنترلرهای مختلفی که عمل کنترل ترافیک را به عهده می گیرند (افزایش سرعت)
– طراحی بسیار ساده ( زیرا مدار محاسبه Parity وجود ندارد )
– عدم پرداختن به محاسبات مربوطه به Parity وکنترل خطا (افزایش سرعت به دلیل عدم پرداختن به محاسبات مربوط به Parity )

معایب:
– عدم استفاده از Parity .(هیچگونه کد تشخیص و تصحیح خطا در این نوع RAID وجود ندارد)
– از کار افتادن یک درایو باعث از دست رفتن کلیه اطلاعات خواهد شد.
– عدم کارایی در محیطهای حساس به حفظ داده ها

موارد استفاده:

– میکس و پردازش تصاویر ویدیویی (میکس و مونتاژ)
– واژه پردازی (نرم افزارهای تایپ و…)
– کارهایی که نیاز به سرعت بالا دارد.

RAID 1
حداقل هاردیسک مورد نیاز: 2

مجموعه آینه‌ای بدون بیت توازن اختصاصی. این نوع توانایی تحمل نقص را از خطاهای هاردیسک و خرابی یک هاردیسک فراهم می‌کند. افزایش کارایی خواندن را همراه دارد وقتی که یک سیستم عامل با امکان اجرای قطعات یک برنامه توسط چند پردازنده استفاده شود که از قابلیت قطعه بندی زمانی پشتیبانی کند، کاهش کارایی خیلی کوچکی در هنگام نوشتن دارد. این چینش طولانی مدت بکار ادامه می‌دهد تا زمانی که حداقل یک درایو درحال کار باشد.

Backup :RAID1 گیری همزمان داده ها به منظور Mirroring و Duplexing
Mirroning : کپی برداری هم زمان روی دو درایو
Duplexing : زمانی است که یکی از درایوها دچار مشکل شود و درایو سالمی را جایگزین نماییم سپس داده ها را روی درایو سالم کپی کنیم.

مزایا و مشخصات:
-هنگام سیکل نوشتن , گویی اطلاعات روی یک دیسک نوشته می‌شود (در صورتیکه عملاً بر روی دو دیسک نوشته می شود. مانند RAID0) ولی عمل خواندن , ازهر دودیسک انجام می شود (کاهش ترافیک گذرگاه – نوشتن بر روی هر دو دیسک ولی خواندن مجزا)
– قابلیت برگرداندن %100 داده ها هنگام بروز مشکل برای یک دیسک.
– در نرخ انتقالات داده تغییر محسوسی نداریم. (یعنی وجود دو دیسک تفاوتی با یک دیسک ندارد )
– در شرایط خاص RAID1, توانایی تحمل خرابی بیش از یک دیسک را نیز دارد.
– ساده ترین طراحی در تکنولوژی RAID (مدار مربوط به Parity وجود ندارد)

معایب:
– بیشترین تعداد هارد دیسک در میان انواع RAID (بسته به انتخاب User )
– هزینه بالا

RAID2
دارای خاصیت ECC با استفاده از کد همینگ


مزایا و مشخصات:

– تصحیح خطای بسیار سریع
– مناسب برای انتقال اطلاعات

معایب:
– طراحی بسیار پیچیده که با صدمه دیدن یک دیسک دچار مشکل می شود.
– نامناسب در دید تجاری (تعداد زیاد درایوها)

کد همینگ: یکی از روش‌های محاسبه و کنترل خطا در سیستمهای دیجیتال می‌باشد . انواع روشها برای کنترل ترافیک داده های دیجیتال وجود دارد به عنوان مثال Parity haming code ,… که مجموعه این روشها را ECC می نامند. (Error Checking and Correcting)

RAID 3
حداقل هاردیسک موردنیاز: 3

مجموعه دیسک‌های جدا با بیت توازن اختصاصی. این مکانیسم کارایی اصلاح شده و توانایی تحمل نقص شبیه رید 5 را فراهم می‌کند اما با یک دیسک بیت توازن اختصاصی سریعتر از بیت توازن چرخشی تکه تکه. وجود یک دیسک توازن اشکالی می‌باشد برای نوشتن زمانی‌که هر نوشتن نیازمند به ‌روز کردن اطلاعات بیت توازن را دارد. یک فایده کوچک این است که اجازه می‌دهد درایو بیت توازن خراب شود و عملیات بکار خود بدون بیت توازن یا حفظ کارایی ادامه می‌دهد.

RAID3: انتقال موازی با استفاده از خاصیت Parity

مزایا و مشخصات:
– سیکل خواندن و نوشتن بسیار سریع.

معایب:
– طراحی بسیار پیچیده که با صدمه دیدن یک دیسک مجموعه دچار مشکل می‌شود.

کاربرد:
– میکس و مونتاژ تصویر
– ویرایش تصویر مانند RAID0

RAID 4
حداقل هاردیسک موردنیاز: 3

همانند RAID 3 می‌باشد اما بجای قطعه قطعه کردن بلوکی از قطعه قطعه کردن بایتی استفاده می‌کند.


RAID4: دیسک‌های داده مجزا، دیسک مربوط به Parity مشترک

مزایا و مشخصات:
– سیکل خواندن بسیار سریع ( ترافیک کمتر در گذرگاه)

معایب:
– پیچیدگی بسیار بالا در طراحی مدار کنترلی مشکل در برگرداندن داده ها هنگام بروز اشکال در یک دیسک (چرا که داده ها روی دیسک‌ها توزیع شده است)

RAID 5
حداقل هاردیسک موردنیاز: 3


مجموعه دیسک‌های جدا با بیت توازن توزیع شده. بیت توازن توزیع شده به تمام درایوها بجز یکی نیاز دارد که کار کند. خراب شدن درایو نیازمند جایگزینی مب‌باشد. در هنگام خرابی درایو هر خواندنی می‌تواند از بیت توازن‌های توزیع شده محاسبه گردد. این چنش در صورتی که دومین درایو هم خراب شود اطلاعات از دست خواهد رفت و آسیب پذیر می‌باشد تاوقتی که اطلاعاتی که در درایو خراب شده قرار داشته بر روی درایو جایگزین ساخته شود.

RAID5: دیسک‌های داده مجزا و Parity توزیع شده در دیسک‌های Data

مزایا و مشخصات:
– در این نوع به حداقل 3 درایو دیسک سخت نیاز داریم.
– تک تک بلوک های داده روی دیسک‌ها نوشته می‌شوند و Parity مربوط به هر بلوک نیز داخل هارد مربوط ذخیره می گردد.
– سیکل خواندن بسیار سریع (ترافیک کمتر در گذرگاه)
– سیکل نوشتن متوسط (محاسبات مربوط به Parity )
– قابلیت و اطمینان بالا (وجود ECC )

معایب:
– خرابی در یک دیسک در خروجی تاثیر ندارد.
– طراحی پیچیده مدار کنترلی
– مشکل در برگرداندن داده ها هنگام بروز اشکال

کاربرد:
– در سیستمهای Server و بانکهای اطلاعاتی ISPها
RAID 6
حداقل هاردیسک موردنیاز: 4


مجموعه دیسک‌های جدا با دو بیت توازن توزیع شده. توانایی تحمل نقص با خرابی دو درایو را دارد. این چینش با دو درایو خراب به کار خود ادامه می‌دهد. این باعث سود بالاتر در گروه‌های رید بزرگ می‌شود بخصوص در سیستمهایی که نیاز به قابل استفاده بودن بالایی دارند.

این اهمیت بیشتر می‌شود زیرا درایوها با ظرفیت بالا زمان بیشتری برای بازیابی از خرابی یک درایو می‌باشد. در رید 5 که یک بیت توازن دارد به علت اینکه اطلاعات تا زمان بازیابی در معرض از دست دادن اطلاعات می‌باشند، آسیب‌پذیر می‌باشد. با دو بیت توازن این به ما زمانی را می‌دهد تا آرایه رید دوباره سازی شود بدون اینکه اطلاعاتی از دست برود.

RAID6: دیسکهای داده ها مجزا با دو Parity توزیع شده مجزا

مزایا و مشخصات:
– RAID6 در واقع نسخه پیشرفته RAID5 می‌باشد که تصحیح و کنترل خطا را بهبود می‌بخشد . این ویرایش RAID اطمینان و توانایی بالا در زمینه data storage فراهم می‌کند.
– 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 و انتقال بهینه شده غیرهمزمان به منظوردستیابی به نرخ انتقال بسیار سریع
مزایا و مشخصات:
– 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)
– دیسک‌های خواندن و نوشتن از امکان Choching استفاده می‌کنند
– تکنولوژی مدار تولید Parity تا حدودی با سایر انواع Raid تفاوت دارد
-امکان Hot Swaping

Open system: به سیستمی اطلاق می‌شود 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

 

مزایا و مشخصات:
– عمل تکه تکه کردن بلوکهای داده همانند RAID1 انجام می‌پذیرد.
– 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 حتماً 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
مشخصات و مزایا:
– این آرایه RAID حداقل به 5 دستگاه دیسک سخت نیاز دارد.
– RAID53 در واقع باید RAID03 نامیده شود زیرا عمل Striping آن همانند RAID0 بوده و Segment بندی آن نیز مانند RAID3 می‌باشد.
– 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 می‌سازد.
– Stripe کردن در سطح بایتها نهایتاً در محاسبه ظرفیت فرمت شده تأثیر منفی می گذارد.
RAID 0+1
نرخ انتقال داده بهینه
مزایا و مشخصات:
– حداقل به 4 دستگاه هاردیسک نیاز دارد.
– RAID 0+1 به عنوان آرایه آینه‌ای نیز معروف است با این تفاوت که قطعات داده‌ها یا Segment ها طبق استراتژی RAID0 ایجاد شده‌اند.
– تحمل خطای این نوع آرایه مانند RAID5 می‌باشد.
– 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 فایل‌سرورهای عمومی.

 

نتیجه گیری:
همانطور که مشخص شد، استفاده ازRAID برای مقاصد معین می‌باشد و در کاربردهای عادی و روزمره کارایی چشمگیری را به سیستم PC اضافه نمی‌کند. به عنوان مثال امکان استفاده از CD&DVD-ROM و رایتر 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.