قطعاً واژه RAID به گوش شما هم رسیده است اما RAID چیست و چه کاربردی دارد؟ برای پاسخ به این سؤال باید گفت RAID یا همان Redundant Array of Independent Disks با ایجاد یک کل واحد از چند هارددیسک، همه هارددیسک‌ها را به یک مجموعه واحد تبدیل می­کند. پیاده‌سازی RAID باعث می‌­شود تا چند هارددیسک به یک مجموعه واحد تبدیل شده و سیستم‌عامل همه آنها را به‌عنوان یک منبع واحد در نظر بگیرد. به زبانی ساده­‌تر، تکنولوژی RAID در واقع یک تکنولوژی مجازی‌سازی دیتا است که به‌صورت نرم‌افزاری یا سخت‌افزاری صورت‌گرفته می­‌شود. تکنولوژی RAID از مزایای مختلفی برخوردار است که این مزایا با توجه ‌به اینکه از چه سطح RAID استفاده می­کنید متفاوت است، چرا که این تکنولوژی دارای سطح‌بندی متفاوتی است. افزایش کارایی، امنیت اطلاعات و غیره ازجمله اصلی‌ترین مزیت‌های تکنولوژی RAID هستند.

از تکنولوژی RAID می‌توان در انواع وب سرورها، کامپیوترهای شخصی و مواردی ازاین‌قبیل استفاده کرد که سبب افزایش کارایی و سرعت پردازش دستگاه موردنظر می‌­شود. اگر بخواهیم راجع‌به تکنولوژی RAID کمی بیشتر توضیح دهیم، باید گفت عملیات RAID کردن هاردها به روش‌های مختلفی انجام می‌­شود.

از حالت‌های بسیار ساده گرفته که به در محیط ویندوز انجام شده، تا مرا‌حل حرف‌ه­ای که با استفاده از کارت‌های HBA صورت می­گیرند. آنچه در تمام این روش از اهمیت بالایی برخوردار است، ساختار کلی RAID است. حالت ساده و اولیه RAID با استفاده از پنجره Disk Management در ویندوز انجام می­‌شود. به این صورت که حالت چند هارد را به Dynamic تغییر داده و با انتخاب تمام این هاردها، می‌توان آنها را به‌صورت RAID تنظیم کرده که در این حالت دو مدل Strip و Spanned خواهیم داشت. توجه داشته باشید که در صورت تغییر هارد به حالت Dynamic، تمامی اطلاعات از رون آن پاک خواهد شد.

تاریخچه تکنولوژی RAID

تکنولوژی RAID برای اولین‌بار در چه سالی معرفی شد؟ اصطلاح RAID اولین‌بار در سال ۱۹۸۷ توسط دیوید پترسون، رندی کتز و گارث گیبسون معرفی شد. این سه شخص بر این باور بودند که استفاده از چند بخش مستقل در کنار هم تا حد زیادی می­‌تواند عملکرد هارددیسک اصلی را افزایش دهد. این در حالی است که نگهداری اطلاعات بر روی چندین هارد تا حد زیادی نگرانی‌ها را نسبت به ازبین ‌رفتن اطلاعات در هنگام مواجه شدن با مشکلات سیستمی کاهش می­دهد.

ناگفته نماند که قبل از دیوید پترسون، رندی کتز و گارث گیبسون، شرکت Digital Equipment نیز بر روی نظریه RAID کار کرده بود، اما در نتیجه گذارش این گروه سه نفره بود که باعث شد تا تعریف دقیقی از تکنولوژی RAID ارائه شود. این تکنولوژی با گذشت زمان روز به روز بیشتر مورد بررسی قرار گرفت تا اینکه امروزه RAID بندی هارد یکی از پرکاربرد ترین تکنولوژی های جهان است.

مزایای تکنولوژی RAID

همان­‌طور که اشاره کردیم، امروزه از RAID به‌عنوان یکی از پرکاربردترین تکنولوژی‌ های دنیا، استفاده زیادی می­‌شود. بی­شک معماری RAID مزیت‌های منحصربه‌فردی را به دنبال می­‌آورد که سبب شده تا از آن به‌عنوان پرکاربردترین تکنولوژی یاد شود. در ادامه به بررسی کامل مزیت‌های این تکنولوژی می­پردازیم.

• افزایش امنیت

اولین مزیتی که می­توان از معماری RAID نام برد، افزایش امنیت است. ازآنجایی‌که اطلاعات بر روی دو یا چند هارد قرار گرفته می‌شوند، درصورتی‌ که برای یکی از هاردها مشکلی ایجاد شود، می‌توان به‌واسطه دیگر هارد ها به اطلاعات دسترسی داشت. همه ما می­دانیم که بر روی وب‌سرورها اطلاعات مهم یک وب­سایت قرار گرفته می­‌شوند. در نتیجه می­‌توان با بهره‌گیری از تکنولوژی RAID از این اطلاعات به‌خوبی محافظت کرد.

• افزایش کارایی داده‌ها

استفاده از تکنولوژی RAID این امکان را به ما می‌­دهد تا داده‌ها را برای کنترل بهتر به دو قسمت تقسیم کرده و هر یک از بخش‌ها را در یک هارد قرار دهیم. درنتیجه این کار، توانایی دسترسی به داده‌ها برای خواندن و نوشتن دوبرابر می­‌شود.

• افزایش ظرفیت

همان­طور که اشاره کردیم، در تکنولوژی RAID این امکان وجود دارد که دو یا چند هارد با یکدیگر ترکیب شوند. در نتیجه ترکیب چند هارد با یکدیگر نیز با فضای بیشتری روبه­‌رو خواهیم بود که به همین دلیل می‌­توان گفت یکی دیگر از مزیت‌های سیستم RAID، افزایش ظرفیت است.

روش‌های ساخت RAID

جهت ترکیب کردن چند هارد با یکدیگر و ساخت تکنولوژی RAID می­‌توان از دو روش استفاده کرد که در ادامه به بررسی آنها می­‌پردازیم.

• روش نرم­‌افزاری

همان­طور که در ابتدای مقاله اشاره کردیم، عملیات RAID کردن هاردها به روش‌های مختلفی انجام می­‌شود. یکی از این روش‌ها استفاده از سیستم‌عامل و ابزارهای آن است. پس می­توان گفت به‌واسطه یک سیستم‌عامل و ابزارهایی که در آن وجود دارد، می­توانیم عملیات RAID کردن چند هارد با یکدیگر را انجام دهیم. ازآنجایی‌که تمامی سیستم‌عامل‌ها قابلیت RAID کردن را دارند پس هزینه این روش نسبت به دیگر روش‌ها کمتر است. چرا در نرم‌افزاری RAID کردن، نیازی به سخت‌افزار نیست. اما ناگفته نماند که RAID کردن به‌واسطه سیستم‌عامل از معایبی نیز برخوردار است. سرعت کمتر، عدم پشتیبانی از سطوح مختلف RAID و غیره ازجمله اصلی‌ترین معایب RAID کردن و ترکیب چند هارد به‌واسطه یک سیستم‌عامل یا همان روش نرم‌افزاری است.

• روش سخت‌افزاری

روش سخت‌افزاری یکی دیگر از روش‌هایی است که می­توانید به‌واسطه آن چند هارد را با یکدیگر ترکیب کرده یا به عبارتی RAID بسازید. برای این کار نیاز به قطعه‌­ای به نام RAID Controller دارید تا به‌واسطه آن هاردها را با یکدیگر ترکیب کنید. این روش از CPU سیستم میزبان استفاده نکرده و قابلیت بوت کردن را نیز به کاربر می‌­دهد. از آنجایی ‌که در روش سخت‌افزاری قابلیت Hot-Swapping وجود دارد، عوض‌کردن هارددیسک بدون هیچ‌گونه مشکلی انجام می­‌شود. تنها ویژگی منفی این روش نیز هزینه بالای خرید یک سخت‌افزار جداگانه است.

انواع مختلف ذخیره‌سازی در RAID

همان­‌طور که اشاره کردیم، RAID در واقع آرایه‌­ای است که از دو دیسک یا بیشتر که روی یک واحد قرار گرفته‌­اند تشکیل شده است. برای اینکه به تکنولوژی RAID سه ویژگی بیشتر داده شود، از سه مفهوم Mirroring،Striping و parity استفاده می­شود. در ادامه به بررسی این سه مفهوم می‌­پردازیم.

• Mirroring

مفهوم Mirroring به زمانی اشاره دارد که داده‌ها بر روی چند دیسک نوشته شوند. برای توضیح بیشتر این مفهوم می­توانیم از آرایه RAID1 استفاده کنیم. زمانی که داده‌ها بر روی دو دیسک نوشته می‌شوند، هر دوی این دو دیسک از محتوای یکسانی برخوردارند. در نتیجه اگر برای یکی از درایوها مشکلی پیش بیاید، می‌توان عملیات خواندن و نوشتن را به‌واسطه دیسک بعدی انجام داد. در این باره بد نیست بدانید که عملیات خواندن اطلاعات بر روی دو دیسک از سرعت بیشتری نسبت به خواندن اطلاعات بر روی یک دیسک برخوردار است. اما نوشتن اطلاعات بر روی چند دیسک کمی زمان بر است.

• Striping

مفهوم Striping به عملیات جداسازی داده‌ها از چندین دیسک اشاره دارد. برای مثال آرایه RAID0 داده‌ها را بر روی دو دیسک قرار می‌­دهد که با این کار نه‌ تنها کارایی افزایش می­‌یابد، بلکه عملیات خواندن اطلاعات نیز در مقایسه با دیسک‌های تکی سریع‌تر انجام می­شود.

• Parity

در روش Parity ذخیره‌سازی دیتاها همانند روش striping انجام می‌شود. در این روش از یک تابع برابر که برای بلوک‌­های دیتاها تعریف شده استفاده می‌­شود که اگر یک هارد با خطا روبه‌رو شود، بلوکی که دیتایی آن از بین می­رود مجدد به‌واسطه checksum محاسبه می­‌شود.

انواع RAID

همان­طور که در ابتدای مقاله اشاره کردیم، تکنولوژی RAID از سطح‌بندی مختلفی برخوردار است که در ادامه به بررسی تمامی سطوح این سیستم می­‌پردازیم.

۱- تکنولوژی RAID 0

اولین و ساده­‌ترین سطح RAID، RAID 0 است که در ابتدای مقاله نیز بررسی کوتاهی از آن داشتیم. RAID 0 به‌صورت معمولی بر روی سیستم‌عامل‌ها وجود دارد. زمانی که شما از Disk Management استفاده کرده و دو هارد را باهم به‌صورت Dynamic متصل می‌­کنید، در اصل از این حالت RAID استفاده کرده­‌اید. در تکنولوژی RAID 0 تمامی هاردها بدون هیچ هارد جایگزینی به‌صورت متوالی به یکدیگر متصل می­‌شوند. در این مدل از RAID، سرعت فعالیت بسیار بالا است و می‌توان از تمام حجم هاردها استفاده کرد. ناگفته نماند که برای استفاده از تکنولوژی RAID0 باید حداقل دو هارد بر روی سیستم وجود داشته باشد.

مزایا:

• پیاده سازی آسان.
• سرعت بالا در خواندن و نوشتن اطلاعات.
• از همه فضای ذخیره سازی استفاده می‌­شود.
• ارزان ترین نوع RAID است.
• به دلیل نداشتن Parity می­توانیم از تمامی فضای دیسک استفاده کنیم.

معایب:

• در این نوع RAID اگر یکی از دیسک­ها خراب شود کل اطلاعات از بین می‌­رود.

تکنولوژی RAID 1 یکی از امن‌ترین سطوح RAID در سرورها است. در این مدل که حتماً باید چند هارد بر روی یک سیستم وجود داشته باشد، نیمی از هاردها به‌صورت هارد رزرو آنلاین برای نیمی دیگر در نظر گرفته می­‌شوند. در این مدل زمانی که یک فایل بر روی هارد اصلی نوشته می­‌شود، از همان فایل یک کپی به‌عنوان پشتیبان بر روی هارد رزرو قرار گرفته می‌شود تا زمانی که هارد اصلی به هر دلیلی از بین برود، یک هارد پشتیبان جهت دسترسی به فایل‌ها وجود داشته باشد. تنها ویژگی منفی این روش زمان سرعت پایین آن است. چرا که عملیات نوشتن دو بار انجام می­‌شود.

۲- تکنولوژی RAID 1

مزایا:

• سرعت و دسترسی پذیری بالا.
• اگر یکی از درایوها خراب شود اطلاعات از بین نمی‌­رود چرا که می­توان فایل های مهم را از دیسک دیگری کپی کرد.

معایب:

• فضای ذخیره سازی اطلاعات نصف می‌­شود چرا که اطلاعات برای امنیت بیشتر دوبار نوشته می­‌شوند.

۳- تکنولوژی RAID 2

تکنولوژی RAID 2 به دلیل اجرای سخت و هزینه های بالایی که داشت، منسوخ شده و از نوع ریدر های غیر استاندارد است. اما اگر بخواهیم بررسی کوتاهی از این سطح RAID داشته باشیم، باید گفت: تکنولوژی RAID 2 برای تامین امنیت داده از ECC و برای اصلاح خطاها از Hamming استفاده می­‌کند.

۴- تکنولوژی RAID 3

از دیگر سطوح RAID می­‌توان به تکنولوژی RAID 3 اشاره کرد که در آن از نواربندی اطلاعات استفاده می­‌شود. در این تکنولوژی برای ذخیره اطلاعات parity از یک هارددیسک و برای تشخیص خطاها از ESS استفاده می­‌شود.

۵- تکنولوژی RAID 4

تکنولوژی RAID 4 از دیگر انواع RAID است که شباهت زیادی با RAID 3 دارد. تنها تفاوت این دو تکنولوژی، نحوه اشتراک‌گذاری داده است، به صورتی که در RAID 4 از نوارهای بزرگ استفاده می‌شود، به این معنی که افراد می­‌توانند از هر رکوردی را از هر درایوی بخوانند. ناگفته نماند که این توزیع برای پیاده‌سازی نهایی حداقل به سه دیسک نیاز دارد.

۶- تکنولوژی RAID 5

در تکنولوژی RAID 5 اطلاعات به‌صورت Mirroring در دیسک‌ها ذخیره می‌­شوند که برای این کار حداقل به سه دیسک نیاز است. در این تکنولوژی یک کد parity در بین دیسک‌­ها پخش می­‌شود که باعث افزایش کارایی و در هنگام بروز مشکل، می­‌توان اطاعات ازدست‌رفته را به‌واسطه آن بازیابی کرد. این سطح از RAID از شباهت زیادی با RAID 1 دارد. با این تفاوت که نوشتن اطلاعات در این توزیع از سرعت کمتری برخوردار است، چرا که زمانی هم برای نوشتن اطلاعات در Parity صرف می‌­شود. تکنولوژی RAID 5 در حال حاضر یکی از پرکاربردترین توزیع‌های RAID است که از این مدل برای شناسایی و ادغام تعداد بالای هاردها با یکدیگر استفاده زیادی می‌­شود.

مزایا:

• سرعت بالا در خواندن اطلاعات.
• اگر یکی از هارد ها خراب شود همچنان به اطلاعات دسترسی داشته و نیازی به خاموش کردن دستگاه نیست.
• RAID 5 امن­ترین نوع RAID است.

معایب:

• سرعت پایین نوشتن اطلاعات.
• درصورت خرابی یکی از هاردها عملکرد سیستم کاهش می­‌یابد اما قابل قبول است.
• بازسازی اطلاعات زمان است.

۷- تکنولوژی RAID 6

تکنولوژی RAID 6 همانند RAID 5 عمل می­‌کند. با این تفاوت که رزرو آفلاین در این مدل به دو عدد افزایش‌یافته است. این مدل از RAID به‌عنوان جدیدترین مدل شناخته می­‌شود که به‌خاطر وجود امنیت و سرعت بالا، در بیشتر نقاط دنیا از RAID 6 استفاده می‌­کنند.

مزایا:

• RAID 6 بالاترین سطح تحمل پذیری خطا را دارد
• این نوع RAID فضای ذخیره سازی بیشتری را نسبت به RAID 10 فراهم می­‌کند.

معایب:

• RAID 6 وابسته به سخت­‌افزارهای خاصی است.
• سرعت نوشتن اطلاعات در این نوع RAID پایین است.
• RAID 6 از قیمت بالایی نیز برخوردار است چرا که به دو دیسک اضافی نیاز دارد.

۸- تکنولوژی RAID 10

از ترکیب دو حالت RAID 0 و RAID 1، تکنولوژی RAID 10 تشکیل می­‌شود. برای بیان عملکرد این مدل از RAID، می‌­توانیم از مثال جامع و ساده­‌ای استفاده کنیم. تصور کنیم که 6 هارد داشته باشیم، سه تا از این هاردها با یکدیگر RAID 1 شده که امنیت فوق‌العاده‌ای را به وجود می­‌آورند. سه هارد باقی‌مانده نیز به‌صورت RAID 0 با یکدیگر جهت افزایش سرعت نوشتن بر روی هارد ادغام شوند. این مثال بیان دقیقی از عملکرد تکنولوژی RAID 10 است. ناگفته نماند که سرعت در این تکنولوژی نسبت به حالت RAID 5 , 6 کمتر است.

۹- تکنولوژی RAID 50

برای برطرف‌کردن محدودیت‌های RAID 5، تکنولوژی RAID 50 معرفی شد که می­توان گفت این مدل حاصل ترکیب دو حالت RAID 5 و RAID 0 است. برای بیان دقیق‌تر این موضوع باید گفت در برخی از Storageهای معمولی تنها تعدادی محدودی از هاردها را می‌­توان تحت تکنولوژی RAID 5 ادغام کرد که برای رفع این مشکل از تکنولوژی RAID 50 استفاده می‌شود. به‌واسطه این مدل از RAID، ابتدا تمامی هاردها به بخش‌های کوچک­تر تقسیم شده و هر قسمت به‌صورت RAID 5 تنظیم می­‌شود. سپس تمامی بخش‌هایی که به‌صورت RAID 5 درآمده‌­اند با یکدیگر به‌صورت RAID 0 تنظیم می‌­شوند تا امکان دسترسی به تمام هاردها و حجم آن‌ها وجود داشته باشد.

جمع­‌بندی

در این مقاله تلاش کردیم تا پاسخ کامل و دقیقی را برای سؤال RAID چیست ارائه دهیم. همان­طور که مطالعه کردید، تکنولوژی RAID مخفف Redundant Array of Independent Disks است که با ایجاد یک واحد کل از چندین هارددیسک، همه هارد دیسک­‌ها را به یک مجموعه واحد تبدیل می­‌کند. به سبب این تکنولوژی نگهداری از اطلاعات راحت ­تر شده است، چرا که در صورت بروز مشکل در یک هارد، می‌توان از دیگر هارد ها جهت دسترسی به داده‌ ها استفاده کرد. تکنولوژی RAID در دارای سطوح مختلفی نظیر RAID 0، RAID 1، RAID 2،RAID 3 و غیره است که در این مقاله به بررسی آن‌ها پرداختیم.