Raid...از سیر تا پیاز!

سلام،
RAID که مخفف عبارت Redundant Array Independent Disk هست در واقع برای استفاده کردن بیش از یک هارد دیسک در کنار هم به جای یک هارد دیسک برای رسیدن به کارایی و سرعت بالاتر و همچنین در بعضی نوع ها امنیت بیشتر اطلاعات است.
تمامی انواع RAIDها با استفاده از SSDها هم صورت میگیره ولی در اینجا برای سهولت کار فقط HDDها رو مثال میزنیم.
[مهمان یا عضو عزیز شما قادر به مشاهده لینک ها قبل از ثبت نام نیستید. برای ثبت نام کلیک کنید][مهمان یا عضو عزیز شما قادر به مشاهده لینک ها قبل از ثبت نام نیستید. برای ثبت نام کلیک کنید]

اولین نوع RAID که ساده ترین هم هست JBOD یا Pooling نام دارین در این RAID تنها شما هارددیسک ها رو به هم چسبوندین و کارایی و امنیت افزایش پیدا نمیکنه ولی مدیریت پارتیشن ها در اینجا آسون تره. مثلا اگه شما از یه هارد 250گیگ در کنار دو هارد دیگه که هر دوتاشون 80گیگ ظرفیت دارن در سیستم به صورت یک هارد 410گیگابایتی نشان داده خواهند شد. در JBOD وقتی هارد اول پر میشه اطلاعات در هارد دوم و پس از اون در هاردهای دیگه(در صورت وجود) قرار میگیرن.
[مهمان یا عضو عزیز شما قادر به مشاهده لینک ها قبل از ثبت نام نیستید. برای ثبت نام کلیک کنید]
از معایب اون اینه که برخی از کنترلرها به گونه ای عمل میکنن که در صورت خرابی یکی از هاردها و از کارافتادن اون میتوانند اطلاعات سایر هارد ها رو ریکاوری کنند و مشکلی در اطلاعات هاردهای دیگه پیش نیاد ولی بعضی از کنترلرها اینگونه نیستند و بعد از خرابی یکی از هاردها اطلاعات هاردهای دیگه هم از بین میره!

RAID 0
نوع دیگه ی RAID که یکی از بهترین و ارزون ترین راههاست RAID 0 نام داره در اینجا به جای اینکه فقط هارد ها رو به هم بچسبونیم، از تمام هارددیسک ها به صورت همزمان استفاده میکنیم. به طور مثال اگه 2بلاک داشته باشیم بلاک اول در هارد اول و بلاک دوم در هارد دوم ذخیره میشه یا به طور ساده تر اگه یه موزیک روی هارد داشته باشیم نیمی از آهنگ برروی یک هارد و نیمی دیگه روی هارد دیگه قرار داره که در این حالت سرعت داده ها با سرعتی حدود 2برابر از حالتی که از یک هارد دیسک استفاده میشه خوانده یا نوشته میشه. یکی از مزیت های RAID 0 اینه که اگه مثلا از 4عدد هارددیسک استفاده کنید مشخصا سرعت خواندن و نوشتن هم چهار برابر میشه!
[مهمان یا عضو عزیز شما قادر به مشاهده لینک ها قبل از ثبت نام نیستید. برای ثبت نام کلیک کنید]
اما یکی از محدودیت برای این سرعت، حداکثر سرعت انتقال اطلاعات توسط کنترلر و همینطور تعداد هاردهای قابل اتصال به مادربورد هست.
محدودیت دوم در RAID 0، اینه که حتما باید تمامی هارد دیسک ها ظرفیت یکسانی داشته باشن چون نمیشه اگه یکی از هاردها پر شد نیمی از یک داده رو روی یکی از هاردها کپی کرد پس نصف دیگه کجا بره؟!
پس اگه از یک هارد مثلا 500گیگابایتی استفاده میکنید حتما باید هاردهای بعدی هم 500گیگ باشن.
و اگه از هاردهایی با ظرفیت های مختلف استفاده کنید سیستم فقط به اندازه ی کوچیک ترین هارد فضا رو نشون میده. مثلا اگه از یه هارد 80گیگ و یه هارد500 و یه هارد 320 استفاده کنیم سیستم اونها رو به صورت 3 عدد هارد 80گیگ نشون میده.
مشکل دیگه ی RAID 0، محدودیت اون برای افزایش ظرفیته که اگه قصد اضافه کردن یه هارد دیگه به مجموعه رو داشته باشین حتما باید اطلاعات رو از با استفاده از ساختار جدید بازنویسی کنید که بسیار زمان بر هست.
مشکلات RAID 0 همینجا تموم نمیشه و مشکل بعدی اون امنیت بسیار پایین اطلاعاته که اوضاع وحشتناکی داره! اگه یکی از هاردها خراب بشه در واقع یک قسمت از هر فایل از دست رفته و قابل ریکاوری هم نیست، پس عملا با خرابی یکی از هاردها با تمام اطلاعات هاردهاتون باید وداع کنید!
اما تنها مزیت این کار اینه که از تمام RAIDهای دیگه، این نوع سرعت بیشتری در اختیارتون میذاره که گیمرهایی که فقط با سیستمشون بازی میکنن به راحتی از کنارش نمیگذرن!

RAID 1 :
این RAID اینجوری عمل میکنه که مثل JBOD فضای هاردها رو به هم میچسبونه و به صورت یک هارد نشون داده میشه با این تفاوت که از تمام اطلاعات یک کپی روی تک تک هارددیسک ها ایجاد میشه. مثلا اگه 5عدد هارد داشته باشین و از این نوع RAID استفاده کنید در واقع از هر فایل 5کپی دارین!
حتما متوجه شدین که در صورتی که مثلا 5هارد 500گیگابایتی رو با هم RAID 1 کنید در واقع یک هارد 500 گیگابایتی دارین! چون از اطلاعات یکی از هاردها در هاردهای دیگه کپی شده و این یکی از معایب RAID 1 هست.
[مهمان یا عضو عزیز شما قادر به مشاهده لینک ها قبل از ثبت نام نیستید. برای ثبت نام کلیک کنید]
اما از محدودیت های این RAID اینه که مثل RAID 0 هاردها باید هم ظرفیت باشن که با وجود وظیفه ی اون کاملا مشخصه و باید حدس زده باشید.
سرعت در اینجا گاهی اوقات از حالت یک هارد تکی هم کمتره چون تمام داده ها باید در هاردهای دیگه کپی بشن، با افزایش تعداد هاردها بر خلاف RAID 0 در RAID 1، سرعت هم کمتر میشه.
اما امنیت اطلاعات در سطح بسیار بالایی هست چون اگه یکی از هاردها خراب بشه از تمام اطلاعات یک کپی در هاردهای دیگه هست اما باید توجه داشت که این کار با بکاپ گرفتن متفاوته و جایگزین اون نیست چرا که اگه اطلاعات رو در یکی از هاردها تغییر بدین و یا حذف کنید در بقیه ی هاردها هم اعمال میشه.

و اما RAID های ترکیبی هم هستند که در اونها RAIDها در هم ترکیب شدن.
یکی از اونها RAID 01 هست که کاملا معلومه یک دسته از هاردها به صورت RAID 0 هستند، دسته ی دیگه هم به صورت RAID 0 و مجموع اونها رو RAID 1 میکنن. شکل گویای همه چیز هست:
[مهمان یا عضو عزیز شما قادر به مشاهده لینک ها قبل از ثبت نام نیستید. برای ثبت نام کلیک کنید]
سرعت خواندن در RAID 01 بالاتر میره (گرچه به حالت RAID 0 نمیرسه) ولی امنیت هم پایین تر میاد، ضمن اینکه حداقل باید از چهارعدد هارد ویا بیشتر استفاده کرد که هزینه رو بالا میبره.

حالت ترکیبی دیگه RAID 10 هست. که در اون یک دسته از هاردها RAID 1 میشن، دسته دوم هم همینطور و تمام این مجموعه RAID 0 میشن:
[مهمان یا عضو عزیز شما قادر به مشاهده لینک ها قبل از ثبت نام نیستید. برای ثبت نام کلیک کنید]
از مزایای این حالت امنیت بالاتر اطلاعات نسبت به RAID 0 است اما باز هم مثل RAID 01 هزینه ی بالایی داره(مخصوصا با قیمت های مناسب هاردهای موجود در بازار!)
فقط باید توجه داشت که عدد دوم در نامگذاری RAID مربوط به RAIDی ست که در سطح بالاتر قرار دارد.

حالت منقرض شده ای به نام RAID 2:
در RAID 2 از روش پیشرفته ای به نام کد همینگ استفاده میشود. کد همینگ علاوه بر آنکه میتونه اطلاعات از بین رفته رو در از روی سایر داده ها بازسازی کنه، میتونه تشخیص بده که کدوم هارد به مشکل خورده. RAID 2 تا زمانی که RAID اختراع نشده بود تنها راه حل برای تشخیص هارددیسک خراب بود اما در حال حاضر تمامی کنترلرهای هارددیسک میتوانند هارددیسک خراب رو تشخیص بدن وبا وجود این کنترلرها دیگه نیازی به کد همینگ نیست و به همین دلیل دیگه از RAID 2 استفاده نمیشه.
[مهمان یا عضو عزیز شما قادر به مشاهده لینک ها قبل از ثبت نام نیستید. برای ثبت نام کلیک کنید]
از مزایای این حالت سرعت بالای تشخیص خطا و از معایب این کار نیاز به هاردهای بیشتر و هزینه ی بالاست.
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
اما برای توضیح دادن حالت های دیگه ی RAID، نیاز به دانش کافی درباره ی سیستمی به نام توازن یا parity است که درصورتی که دراین باره اطلاعاتی ندارید پیشنهاد میکنم به این بخش توجه کنید.
parity:
برای توضیح بهتر به یک مثال توجه کنید، مثلا 2 عدد 8بیتی 00010110 و 10010011 رو در نظر بگیرید برای ساختن یک پریتی از یک عملگر XOR استفاده میشود. این عملگر مقدار0 رو برای بیت های مشابه و مقدار 1 رو برای بیت های متفاوت تولید میکنه پس اگه اون دو تا عدد8بیتی رو روی هم بذاریم XOR نتیجه رو اینجوری نشون میده: 10000101.
این عدد جدید به تنهایی معنایی نداره ولی در صورتی که یکی از اعداد اصلی به هر دلیلی از بین برود توسط عدد پریتی میتوان عدد اول رو بازسازی کرد. فرض کنید که عددB از بین رفته باشه، بیت اول عدد A مقدار 1 داشته چراکه اگه مقدار 0 داشت پریتی اون هم0میشد و همین موضوع برای بقیه ی بیت ها هم اعمال میشه تا کل اطلاعات بازسازی بشه.
[مهمان یا عضو عزیز شما قادر به مشاهده لینک ها قبل از ثبت نام نیستید. برای ثبت نام کلیک کنید]
این یک راه حل خوبه که از پریتی در کنار RAIDها استفاده کنیم تا امنیت اطلاعات بالا بره.
مثلا اگه سرعت RAID 0 رو لازم دارین ولی از اطلاعات مهمی هم استفاده میکنید میشه یه هارد دیگه به سیستم برای نگهداری پریتی استفاده کرد تا سرعت و امنیت رو در کنارهم داشت. اینجوری اگه یکی از هاردها خراب بشه اطلاعات از روی هاردی که برای پریتی تهیه کردیم بازسازی میشه که این خودش هزینه ها رو هم کاهش میده چون اگه پریتی نبود برای افزایش امنیت مجبور به استفاده از RAID 1 یا RAID 01 یا RAID 10 بودیم که سرعت پایین تری دارند.
اما شاید با خود بگویید از این روش فقط با سه عدد هارد میشه استفاده کرد ولی از پریتی برای بازسازی تعداد زیادی هارد میشه استفاده کرد برای این منظور تنها کاری که باید کرد اینه که در صورتی که عددهای متناظر مثلا زوج بود مقدار 0 ورد صورتی که فرد شد عدد 1 رو در نظر بگیریم.
[مهمان یا عضو عزیز شما قادر به مشاهده لینک ها قبل از ثبت نام نیستید. برای ثبت نام کلیک کنید]
مثلا اگه از 5هارد در حالت RAID 0 استفاده میکنیم یک هارد ششم برای پریتی تهیه میکنیم و در صورتی که یکی از هاردها و یا حتی خود هارد پریتی خراب شد از روی اعداد A-B-C و پریتی میتوان اطلاعات هارد سوم رو به دست آورد و ترمیم کرد که در تصویر زیر مشخص هست.
[مهمان یا عضو عزیز شما قادر به مشاهده لینک ها قبل از ثبت نام نیستید. برای ثبت نام کلیک کنید]

خوب حالا که کاملا میدونیم parity چیه میریم سراغ حالت های دیگه ی RAID.
RAID 3 و RAID 4:
این دو نوع هر دو اطلاعات رو بین دو یا چند هارددیسک به صورت RAID 0 کپی میکنند و از یک هارددیسک اضافه ی دیگه برای نگهداری پریتی.تفاوت RAID 3 و RAID 4 اینه که RAID 3 اطلاعات رو به صورت بایت به بایت بین هاردها تقسیم میکنه ولی RAID 4 از بلاک های بزرگتری استفاده میکنه که این باعث میشه RAID 3 مناسب برای خواندن و نوشتن اطلاعات ترتیبی باشه و RAID 4 مناسب خواندن و نوشتن اطلاعات پراکنده.
تفاوت دیگه ی این دوتا در نوع هارد دیسک های مورد استفاده ست، در RAID 3 باید دقیقا مدل و ظرفیت تمامی هاردها دقیقا مشابه همدیگه باشه که به این موضوع حساسه و توصیه میشه برند و مدل هاردها دقیقا مثل هم باشه ولی در RAID 4 این محدودیت وجود نداره و میتونید از برندهای متفاوت و مدل های متفاوت با ظرفیت های گوناگون استفاده کنید.

از نقاط قوت این دو حالت سرعت بالا در خواندن و نوشتن(که بازهم به سرعت RAID 0 نمیرسه) و استفاده ی مناسب از هاردهاست. و از معایبش پیچیدگی محاسبات در صورت بروز مشکل برای بازگرداندن اطلاعاته.

RAID 5:
RAID 5 یکی از پیشرفته ترین روش ها میان انواع RAIDهاست.
RAID 5 از همون روش RAID 4 استفاده میکنه اما با این تفاوت که دیگه نیازی نیست از یه هارد اضافه و جداگانه برای پریتی استفاده کنید چون پریتی رو در جای جداگانه ای ذخیره نمیکنه و در همون هارددیسک ها اینکارو انجام میدن. با این کار در هزینه ها صرفه جویی بسیار خوبی میشه چون دیگه نیازی به خرید یه هارد دیگه و بلا استفاده برای ذخیره ی پریتی ندارین.
در RAID 5 امکان نوشتن همزمان روی چند هارددیسک فراهم میشود. مثلا در یک سیستم که از RAID 5 و 4عدد هارد استفاده میکنه میشه داده ها رو بر روی هارد اول کپی کرد و همزمان با اون، پریتی همون داده رو برروی هارد دوم آپدیت کرد و دوباره همزمان با آن داده ی دیگه ای رو روی هارد سوم ذخیره کرد و پریتی اونو در هارد چهارم آپدیت کرد. در این حالت هر چهارتا هارد درگیر کار هستند در صورتی که در RAID 3 و RAID 4 در هر لحظه فقط یک هارد میتونه کار کنه چراکه همگی به هارد پریتی محدود هستند و تا پریتی داده ی اول در هارددیسک پریتی ذخیره نشه، داده ی دوم امکان نوشته شدن برروی هارد دیگه ای نداره.
[مهمان یا عضو عزیز شما قادر به مشاهده لینک ها قبل از ثبت نام نیستید. برای ثبت نام کلیک کنید]
RAID 5 سرعت خواندن و نوشتن کمتری نسبت به RAID 0 و RAID 10 ارائه میده ولی امنیت بسیار بیشتری داره و تعادل خوبی میان سرعت و امنیت داره که برای کسانی که به سرعت بیشتر و امنیت بیشتر احتیاج دارن کاربرد داره. چون از میان حالت های RAIDی که امنیت بالایی دارند، سرعت بیشتری داره. همچنین یکی از راههای کم هزینه ی RAIDهم به شمار میاد.

و اما RAID 6 که امنیت بسیار بالایی رو به ارمغان میاره.
در این حالت که بر مبنای RAID 5 ساخته میشه، حتی اگه 2تا هارد به صورت همزمان خراب بشه امکان ادامه ی کار وجود داره. این کار با اضافه کردن یک هارددیسک پریتی و ساختن دو پریتی از هر داده انجام میشه که مشخصه که هزینه رو نسبت به RAID 5 بیشتر میکنه.
در این روش بیشتر در فضاهای ذخیره سازی بزرگ استفاده میشه چراکه با بیشتر شدن فضا و تعداد هاردها عملکرد RAID 6 معقولتر میشه چون اگه مثلا 12تا هارددیسک 1ترابایتی داشته باشیم در RAID 6 به ظرفیت 10ترابایتی میرسیم در حالی که با همین تعداد هارد و ظرفیت در RAID 10 تنها 6ترابایت آن برای ما قابل استفاده ست.
[مهمان یا عضو عزیز شما قادر به مشاهده لینک ها قبل از ثبت نام نیستید. برای ثبت نام کلیک کنید]
از مزایای RAID 6 اینه که تنها RAIDی ست که میتونه خرابی اطلاعات رو تشخیص بده و حتی اونها رو تصحیح کنه. در این روش از هر داده دو پریتی به صورت متفاوت ساخته میشه که کدهایی که این دو پریتی میسازند با هم متفاوت هستند پس در صورتی که یکی از داده ها خراب بشه و یا به صورت اشتباه روی یکی از هاردها نوشته بشه از روی دو پریتی میشه اون اشتباه رو تشخیص داد و اصلاح نمود. سرعت در RAID 6 به دلیل ایجاد دو پریتی کمتر از RAID 5 است اما به همون اندازه امنیت بالاتری داره. یکی از معایب RAID 6 زمانگیر بودن بازگرداندن اطلاعات در صورت پاک شدن هست.

اما در آخر از دوستان خوبمون در ماهنامه ی "رایانه خبر" که زحمت میکشن، سپاسگذاری میکنیم و بابت همکاری این عزیزان و اجازه ای که به بنده دادند تا این مطلب رو برای دوستانمان در سایت "سخت افزار" آماده کنم بسیار متشکرم.
منبع این مطلب خلاصه شده ای از مطلبی با همین عنوان(RAID از سیر تا پیاز) در ماهنامه ی"رایانه خبر" - شماره ی87 و صفحه ی 64 است که مربوط به اسفندماه 91 است.
نویسنده ی این مطلب در ماهنامه آقای هومن سیاری هستند.
[مهمان یا عضو عزیز شما قادر به مشاهده لینک ها قبل از ثبت نام نیستید. برای ثبت نام کلیک کنید][مهمان یا عضو عزیز شما قادر به مشاهده لینک ها قبل از ثبت نام نیستید. برای ثبت نام کلیک کنید]
امیدوارم مفید واقع شده باشه.