RAID چیست ؟؟؟

[m_bakhtiar]

در سال ۱۹۸۷ میلادی، گیبسون و کتز در دانشگاه برکلی کالیفرنیا مقاله‌ای در با عنوان «A Case for Redundant Arrays of Inexpensive Disks - RAID» منتشر کردند. در این مقاله روش های مختلف آرایه بندی دیسک معرفی شده است که نام تمام آنها با لغت RAID شروع می‌شود. ایده ای اصلی معرفی RAID بسیار ساده و زیرکانه است، «ترکیب چندین دیسک کوچک و ارزان قیمت و ایجاد یک آرایه که عمل کرد آن حتی از یک دیسک گران قیمت بزرگ « Single Large Expensive Drive – SLED » بهتر باشد». علاوه بر این ساختار فوق باید در کامپیوتر باید به صورت یک دیسک logical بزرگ یا یک درایو نمایان شود.
زمان متوسط بین نقصها «Mean Time Between Failure – MTBF» یک آرایه تحت RAID برابر با جمع MTBF هر کدام از درایو ها به تنهایی تقسیم بر تعداد کل درایو ها خواهد بود، از اینرو مقدار MTBF در ساختار های RAID به شدت نسبت به یک دیسک تنها کمتر است. علاوه بر این با ذخیره سازی اتفاقی و چندبار داده‌ها روی درایو های تحت RAID میتوان این مقدار را نیز از این هم بیشتر کاهش داد، در واقع تفاوت RAID ها در همین روش ذخیره سازی داده‌ها می‌باشد.
در مقاله ۱۹۸۷ میلادی دانشگاه برکلی در مورد RAID -1 تا RAID – 5 صحبت شده است و تمرکز این مقاله روی کاهش MTBF و بالا بردن عمل کرد و امکانات روی قابل اجرا روی مجموعه تحت RAID می‌باشد . علاوه بر این پس از معروف شدن RAID ، RAID بدون سیستم تکرار داده که در واقع فقط شامل دیسک ها به هم متصل شده جهت است با نام RAID – 0 معرفی می شود.
خرد کردن داده‌ها Data Striping
اساس RAID بر پایه خر کردن داده‌ها، به منظور اتصال تعدادی دیسک و ایجاد یک واحد ذخیره سازی بزرگ می باشد. ایجاد RAID با خرد کردن هر دیسک به بخش های کوچک شروع می شود که ممکن است اندازه آنها بر اساس تنظیمات RAID از یک سکتور ( ۵۱۲ بایت ) تا چندین مگا بایت باشد. پس از این بعد به جای استفاده از بایت یا سکتور در RAID از Stripe به عنوان واحد سازنده دیسک استفاده می‌کنیم. در چنین حالتی بر اساس محیط سیستم عامل تا نرم‌افزار های روی سیستم، I/O یا فشرده‌سازی داده تعیین کننده اندازه Stripe ها می‌باشد ، پس بر اساس یک سری مطالعات دقیق و منطقی باید اندازه هر Stripe را در هنگام ایجاد RAID تنظیم کرد.
بیشتر سیستم عامل ها چند کاربره مانند NT، یونیکس و Netware از هم پوشانی I/O ها روی چند دیسک پشتیبانی می‌کنند. اما در کل به منظور حداکثر استفاده از زیر سیستم های دیسک، بهتر است حجم I/O ها روی تمام دیسک ها یکسان باشد، با این ترفند تمام توان سیستم عامل و دیسک ها به منظور ذخیره سازی داده‌ها استفاده شده و کمتر درگیر آنالیز حجم I/O ها خواهد بود. در سیستم های چند درایو ای که بدون Stripes هستند، load حجم I/O ها هرگز عالی و بالانس نخواهد شد، در چنین حالتی ممکن است داده‌هایی که خیلی استفاده می‌شوند روی یک دیسک و داده‌ های غیر کاربردی روی یک دیسک باشد. در حالی که اگر Stripe های RAID بر اساس حجم خطا های احتمالی سیستم و حجم I/O ها دقیق بر اساس Stripe های درایو ها RAID شده تنظیم شده باشند و داده‌ها در قالب Stripe ها بین دیسک ها پخش شوند، هر دیسک مشغول کار با I/O مربوط به خود خواهد بود. همان‌طور که مشاهده می‌کنند در چنین شرایط موازی و منظم تعداد عملیات های انجام شده روی I/O به شدت بیشتر شده و در عملکرد آرایه بسیار تاثیر گذار خواهد بود. در چنین شرایطی که کارها موازی هستند اگر عملیات روی یک Stripe هم با خطا همراه باشد، سیستم به سرعت قادر به حل مجدد و رفع مشکل در کمترین زمان خواهد بود.
در سیستم عامل های یک کاربره با کوچک کردن Stripe ها (یعنی حالت ۵۱۲ بایتی) می‌توان حجم خطا ها به حداقل رساند و در چنین شرایطی اگر خطایی در بررسی داده‌ها رخ دهد به سرعت سیستم آنرا دوباره بررسی کرده و حل می‌کند . در این حالت با تنظیم دقیق بافر سیستم و هماهنگ کردن آن با حجم Stripe ها میتوان سیستم را با حداکثر بازدهی به کار گرفت. در سیستم عامل های تک کاربره سیستم فقط کانال ورود و خروج داده را مشخص می‌کند و داده‌ها بر اساس این الگو ها به صورت موازی روی دیسک ها جابجا و بررسی می‌شوند. متأسفانه کم کردن حجم Stripe ها امکان هم پوشانی موازی عملیات های فشرده‌سازی I/O ها روی تمام دیسک های سیستم را غیر ممکن می‌کند. البته سیستم عامل های تک کاربر مثل DOS به خودی خود سیستم هم پوشانی موازی بررسی I/O های روی دیسک ها ندارند، بنابراین در چنین شرایطی در عمل کرد آنها تغییری ایجاد نمی‌شود . نرم‌افزار های صوتی/تصویری، عکس برداری های پزشکی و حسابداری به دلیل استفاده از ردیف های پیوسته و بلند داده، در چنین حالتی که stripe های سیستم کوچک هستند به عملکرد نسبت خوبی دست پیدا می‌کنند.
اگر از فن‌آوری همگام سازی دیست ها در کنارRAID با Stripe های کوچک استفاده شود، امکان بازیابی اطلاعات به وجود کم شدن بازدهی یکی از دیسک ها و حتی خراب شدن آن می‌باشد. بدون این سیستم همگام سازی، هر درایو روی یک بخش اتفاقی دیسک داده‌ها را می‌نویسد و موقعیت آن با احتمال در حد صفر با یک دیسک دیگر مشابه خواهد شد. در حالتی که داده‌ها روی دیسک ها همگام هستند، عملیات روی هر I/O هر دیسک تا هنگامی که تمام درایو ها عملیات خود را تمام نکنند، خاتمه نمی‌باید. البته در این حالت زمان میانگین دسترسی به داده در آرایه برابر با همین زمان در یک درایو تنها خواهد بود.
درجه‌بندی RAID ها (RAID levels)
RAID-0 : در این نوع از RAID داده‌ها تکرار نمی شوند، پس در این حالت ساختار RAID معنایی ندارد. در RAID – 0 داده‌ها روی درایو ها پخش هستند و چون تکرار داده وجود ندارد از حداکثر حجم سیستم می‌توان استفاده کرد و چون هیچ سیستم پخش کننده داده‌ای استفاده نشده است، بازدهی سیستم بسیار خوب خواهد بود اما در صورت از کار افتادن یکی از دیسک ها داده‌های از دست رفته غیر قابل بازیابی خواهند بود. چون در این نوع RAID فقط از Stripe بندی دیسک ها استفاده شده گاهی آنرا با نام RAID – Striped نیز معرفی می‌کنند.
RAID-1 : در این RAID تمام داده‌ها به صورت اتفاقی روی دو درایو یا همه درایو ها نوشته می‌شوند. در چنین حالتی سرعت ساختار RAID از یک دیسک تنها در خواندن داده‌ها Read سریعتر و در نوشتن داده‌ها Write کمتر می باشد، اما اگر هر یک از دیسک ها به هر دلیلی از سیستم حذف شود هیچ داده‌ای از دست نخواهد رفت. این نوع RAID معمولاً در سیستم‌ های دو درایویی استفاده می‌شود. در این حالت هزینه هر مگابایت بیشتر از هر حالتی دیگر خواهد بود اما به دلیل دوبل بودن داده‌ها امکان از دست رفتن آنها هم کمتر است. این روش RAID کردن با نام mirroring نیز شناخته می‌شود.
RAID-2 : در این RAID از سیستم اصلاح کننده خطا ها به صورت اغراق آمیز استفاده شده است، بنابراین در کامپیوتر های بدون سیستم شناسایی خطا استفاده می‌شود و از آنجایی که درایو های SCSI مجهز به این سیستم هستند در سیستم های مجهز به SCSI کمتر از این RAID استفاده می‌شود.
RAID-3 : در این RAID حجم Stripe ها بسیار کم و در حد چند بایت است و روی تمام دیسک ها ذخیره میشوند، البته یک دیسک خواص در این پروسه در اولویت قرار دارد. این RAID از نظر ساختار بسیار شبیه به RAID-4 است و Stripe بندی آن چون در حد چند بایت می باشد نیاز به سخت‌افزار خاص و پشتیبانی سرور دارد.
RAID-4 : در این RAID داده در قالب block در چند درایو پخش و یک کپی مشابه از آن نیز در یک درایو ذخیره می شود. در این حالت با از کار افتادن یکی از درایو ها داده های از دست رفته را میتوان بازیابی کرد. عملکرد این RAID در Read مانند RAID-0 بسیار خوب اما در Write به دلیل نیاز به روز رسانی کپی ها در هر بار تغییر داده نسبتا کند است. البته اگر حجم داده‌ های در گردش را نگاه کنیم سرعت write نسبت بد نیست . به دلیل اینکه داده‌ها در این RAID فقط در یک درایو به صورت اتفاقی ذخیره می‌شود هزینه ذخیره سازی هر مگابایت داده در آن بسیار کم می‌باشد.
RAID-5 : این RAID نیز شبیه به RAID-4 است، تنها تفاوت مهم و کلیدی آن در پخش شدن داده‌ها بین کل درایو ها است. با این روش هنگام Write داده‌ها با موازی کردن پروسه بین دیسک ها، یک دیسک تحت فشار زیاد قرار نخواهد گرفت. البته هنگام Read داده‌ها سیستم نسبت به RAID-4 سرعت کمتری دارد.
به طور خلاصه
RAID-0 : سریع و استفاده از حداکثر حجم درایو ها اما بدون سیستم بازیابی داده‌ها
RAID-1 : جهت حفظ راندمان و امکان بازیابی داده‌ها و تنها روش RAID وقتی فقط دو عدد دیسک موجود است
RAID-2 : از زمانی که ECC در درایو ها قرار داده شده است این RAID کمتر استفاده می‌شود
RAID-3 : در سیستم فشرده سازی داده و سیستم عامل های تک کاربره بیشتر استفاده می‌شود. در این سیستمها سرعت انتقال داده زیاد است. البته در این RAID امکان استفاده از I/O را غیر ممکن می‌کند . معمولا در سیستمهایی که مجموعه‌ای داده‌ها پیوسته در سیستم جریان دارند استفاده می‌شود.
RAID-4 : هیچ مزیتی نسبت به RAID-5 ندارد و قادر به انجام عملیات Write موازی نیست.
RAID-5 : بهترین انتخاب سیستم های چند کاربره است که در آن سرعت Write کلی مهم نیست. البته حداقل ۳ درایو و در حالت کاربردی حداقل ۵ درایو لازم است.

• روش های استفاده از RAID

RAID سخت‌افزاری در این سیستم مدیریت، زیر سیستم های RAID به صورت غیر مستقل از host و present ها تشکیل می‌شود. علاوه بر این فقط از یک دیسک در هر آرایه RAID استفاده می‌شود. با این روش، لازم نیست host از به زیر سیستم های RAID آگاه باشد.
سیستم های کنترل کننده - controller
به عنوان مثالDPT یک کنترل کننده SCSI است که به عنوان کنترل کننده RAID به کار می‌رود.
کنترل کننده به صورت خودکار زیر سیستم های RAID را به صورت مجزا تحت نظارت host مدیریت می‌کند . مزیت استفاده از SCSI به SCSI خارجی در آن است که کنترل کننده قادر به مهار کردن زیر سیستم های RAID بین مجموعه‌ای از کانالهای SCSI است و سرعت انتقال اطاعات در ساختار شبکه نیز به شدت افزایش می‌یابد.
سیستم های سخت افزاری خارجی - SCSI---SCSI RAID
یک سیستم RAID خارجی تمام وظایف RAID را کنترل می‌کند. در این روش دیسک ها درون یک باکس خارج از سرور قرار دارند و کنترل کننده ها نیز در این مجموعه قرار میگیرند و خارج از سرور هستند. تمام زیر سیستم‌ها به host با کنترل کننده های SCSI معمول متصل هستند. این راه حل یک مشکل اساسی دارد و آن هم استفاده از یک کانال SCSI است. با مشکل پیدا کردن آن همه چیز در هم پیچیده می‌شود. به کمک فیبر های نوری می‌توان سیستم را مستحکم تر کرد و می‌توان از این روش جهت پخش کردن RAID در سرتاسر یک شبکه استفاده کرد. درایو های SCSI قادر به موازی کردن bus در SCSI هستند اما در کل سیستم به شدت کند خواهد بود. RAID نرم افزاری درایور MD درون کرنل لینوکس نمونه‌ای از روش های RAID نرم افزاری بدون نیاز به سخت‌افزار است. MD لینوکس در حال حاضر از RAID های درجه صفر / یک / چهار / پنج و مدل های خطی پشتیبانی میکند.
در سیستم عامل Solaries می‌توان به کمک Solstice DiskSuite و Veritas Volume Manager به صورت نرم افزاری RAID های درجه صفر / یک / پنج ایجاد کرد.
کنترل کننده های AAA-RAID نمونه‌ای دیگر هستند که به کمک آنها میتوان به استفاده از سخت‌افزار های RAID بر اساس سخت‌افزار سرور RAID ایجاد کرد. این کنترل کننده ها در لینوکس با نام AHA2940 شناخته می‌شوند. در کل هر سیستم عاملی جهت ایجاد و شناسایی انواع RAID نیاز به درایور ها و نرم‌افزار های خواصی دارد و در کل راه حل نرم افزاری همراه با خطا های زیاد و پایدار کم است. تفاوت RAID نرم افزاری و سخت‌افزار
مانند هر نرم‌افزار دیگری نرم‌افزار های RAID بخشی از حافظه RAM و پردازنده CPU سیستم را درگیر کرده و جهت عملکرد درست نیاز به یکسری نرم افزاری مرتبط در کنار سیستم عامل دارند و حفظ قدرت و توان سرور یکی از مهمترین نکات کار با سیستم های حرفه‌ای می‌باشد، پس اصولا استفاده از RAID نرم افزاری روی سرور کاری اشتباه و دور از منطق است.
با وجود RAID های سخت افزاری که بسیار پایدار و دقیق هستند استفاده از RAID نرم‌افزار حتی در کنار RAID سخت افزاری بسیار نادر می‌باشد و به آن به عنوان یک راه حال طولانی مدت و دایمی نمیتوان نگاه کرد. همان‌طور که قبلا گفته شد، موفقیت RAID در موازی سازی پردازش ها و تقسیم کار است و با اضافه کردن بار نرم‌افزار به سرور قطعا راندمان آن کاهش می‌یابد. RAID های سخت افزاری اصلاً به حافظه و پردازنده سیستم مرتبط نیستند و بار به آن اضافه نمی‌کنند.
از طرفی RAID های نرم افزاری نیاز به boot شدن ندارند و خیلی سریع همراه با سیستم عامل اجرا می شوند. در حالی که RAID های سخت افزاری boot می‌شوند و معمولا boot شدن آنها زمان گیر است (البته سرور های به ندرت reboot می‌شوند).

---

موضوعات مشابه:

• بهترین نوع raid جهت دیتا بیس سرورها چیست
• تفاوت tcp با tcp established چیست ؟؟؟
• شبکه های وایرلس mesh چیست ؟؟؟ !!!
• مگر ESXi ، رایگان نیست ؟؟؟
• initrd چیست و نقش آن در Boot کردن ؟؟؟

---

[sami-01]

خسته نباشی

[mojtaba24]

جالب بود
شبکه های کامپیوتري Network - رید (RAID ) چیست؟
این آدرس هم توضیحات همراه با شکلل داره

[behnamak]

سلام کسی میتونه به چندتا سوالم در زمینه ی رید جواب بده؟

یه مثال واقعی از کاربرد و استفاده ی رید میخواستم

طریقه ی نصب و اجراشو روی ویندوز بلد نیستم.کسی میتونه کمکم کنه؟

آموزش نصب تصویری رو کسی داره برام ایمیل کنه؟


راستی raid controler چیه؟

اگه میشه کمک کنید و از طریق ایمیلم جوابارو برام بی زحمت ارسال کنید.البته مبدونم زحمتتون میشه اما به خدا کارم گیره
besa.1371@gmail.com
ممنون میشم
باتشکر