ما هي مستويات تخزين RAID 0 ، 1 ، 5 ، 10

ما هو رائد وأنواعه المختلفة؟ "RAID" ("مصفوفة مكررة للأقراص المستقلة" ، يشار إليها أحيانًا باسم "صفيف متكرر للأقراص غير المكلفة") هي تقنية افتراضية للتخزين تدمج العديد من محركات الأقراص في المكونات المنطقية لتوفير تكرار للبيانات أو تحسين الأداء أو كليهما.

هذا هو عكس الفكرة القديمة لمحركات الأقراص المركزية عالية الجودة ، والتي يشار إليها باسم "قرص واحد كبير التكلفة" أو SLED.

ما هو ريد بالضبط؟ ما هي أنواعها المختلفة؟

تنتشر البيانات عبر محركات الأقراص بطرق مختلفة ، تُعرف بمستوى RAID ، بناءً على مقدار التكرار والأداء. يتم تحديد المخططات أو التخطيطات المختلفة لتوزيع البيانات من خلال المصطلح "RAID" وتليها الأرقام. على سبيل المثال ، RAID 1 أو RAID 2.

يحتوي كل نظام ، بالإضافة إلى مستوى RAID ، على مستويات مختلفة من التوازن بين الأهداف الأساسية للتوافر وأداء الموثوقية والسعة. تحمي مستويات RAID الأعلى من RAID 0 أخطاء قراءة القطاعات القابلة للاسترداد ومن احتمال فشل جميع محركات الأقراص الفعلية.

ملخص

يستخدم عدد من مستويات RAID نظامًا لمنع الأخطاء يُعرف باسم "التكافؤ" ، وهي طريقة شائعة للغاية تُستخدم في مجال تكنولوجيا المعلومات. يوفر التسامح مع الخطأ لمجموعة معينة من البيانات.

تستخدم مستويات RAID العديدة XOR الأساسي. ومع ذلك ، يستخدم RAID 6 طرفين منفصلين يعتمدان على الضرب والإضافة في تصحيح خطأ Reed-Solomon المحدد أو حقل Galois.

يمكن أن يوفر RAID أيضًا أمان البيانات باستخدام محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة (SSDs) دون تكلفة نظام SSD كامل. على سبيل المثال ، يمكن عكس قرص SSD سريع باستخدام محرك إلكتروني. لتوفير أسرع سرعة ممكنة ، هناك حاجة إلى وحدة التحكم الصحيحة التي تستخدم SSD السريع لكل عملية قراءة. يطلق عليه "RAID المختلط".

المستويات القياسية

في البداية ، كان هناك خمسة مستويات من RAID. منذ ذلك الحين ، تم تطوير العديد من الاختلافات مع عدة مستويات متداخلة بالإضافة إلى عدد من المستويات غير القياسية (حصرية في الغالب) . يمكن توحيد مستويات RAID ، بالإضافة إلى التنسيقات المرتبطة بها للبيانات ، من خلال اتحاد صناعة شبكات التخزين (SNIA) في معيار تنسيق محرك RAID DDF PDisk العام:

RAID 0

إنه شكل من أشكال الشريط. ومع ذلك ، لا يوجد انعكاس أو حتى تكافؤ. بالمقارنة مع الحجم الممتد ، فإن سعة حجمه هي نفسها تمامًا. إنها السعة الإجمالية لمحركات الأقراص داخل المجموعة. ومع ذلك ، نظرًا لأن الشريط ينشر محتويات كل ملف على جميع محركات الأقراص في المجموعة ، فإن فشل أي محرك أقراص يمكن أن يتسبب في فقد الملفات أو وحدة التخزين بأكملها.

على عكس حالة وحدات التخزين الموزعة ، فإنها تحتفظ بالملفات الموجودة على محركات الأقراص غير الفاشلة. الميزة هي أن سرعة عمليات القراءة والكتابة لأي ملف معين ستزداد بعدد محركات الأقراص. على عكس المجلدات الممتدة ، تتم عمليات القراءة والكتابة في وقت واحد.

RAID 1

يتكون RAID 1 من نسخ البيانات ولكن بدون تجريد أو تماثل. تتم كتابة البيانات بطريقة مماثلة لمحركات الأقراص المتعددة ، مما ينتج عنه "مجموعة متطابقة" تشتمل على محركات الأقراص.

هذا يعني أنه يتم التعامل مع كل طلب قراءة بواسطة أي محرك أقراص في المجموعة. إذا تم إرسال الطلب إلى جميع محركات الأقراص في المجموعة ، فيمكن تقديمه من خلال المحرك الذي يمكنه الوصول إليه في البداية (اعتمادًا على زمن انتقاله الدوراني) ، مما يؤدي إلى تحسين الأداء.

معدل نقل القراءة المستمر ، بشرط أن يكون جهاز التحكم أو البرنامج مُحسَّنًا له ، مشابه للإنتاجية الإجمالية لكل محرك أقراص داخل المجموعة ، تمامًا مثل المستوى السابق. تعد سرعة القراءة الفعلية للعديد من تطبيقات RAID 1 أبطأ على عكس أقوى محرك أقراص.  

يكون معدل نقل الكتابة أبطأ بشكل عام حيث يجب ترقية كل محرك أقراص ، ويحد المحرك الأقل سرعة من سرعة الكتابة. سيستمر المصفوفة في العمل طالما أن محرك أقراص واحد على الأقل يعمل.

RAID 2

يتكون RAID 2 من شريط على مستوى البت يعتمد على تماثل رمز هامينج. تتم مزامنة كل دوران لمغزل القرص ، ويتم تقسيم البيانات بحيث يتم تخزين كل بت متسلسل على محرك أقراص واحد. يمكن حساب تكافؤ رمز هامينج عبر بتات متطابقة ويتم الاحتفاظ بها على محرك أقراص واحد على الأقل للتكافؤ.

هذا له أهمية تاريخية فقط. على الرغم من أنه تم استخدامه على بعض الأجهزة القديمة (على سبيل المثال ، آلات التفكير CM-2) ، في وقت كتابة هذا التقرير ، لم يتم استخدامه في أي نظام متوفر تجاريًا.

RAID 3

RAID 3 هو شريط على مستوى البايت مخصص للتكافؤ. تتم مزامنة كل دوران لمغزل القرص. يتم تقسيم البيانات بحيث يقع كل بايت متسلسل على محرك أقراص مختلف تمامًا. يتم حساب التكافؤ على وحدات البايت المتطابقة ويتم تخزينه على محرك أقراص تماثل منفصل. لا يتم استخدام RAID 3 على نطاق واسع في العالم الحقيقي ، ولكن توجد تطبيقات.

RAID 4

يتكون RAID 4 من شريط على مستوى الكتلة مع تكافؤ مخصص. تم استخدام هذا سابقًا بواسطة NetApp ولكن تم استبداله الآن بشكل كبير بإصدار خاص من RAID 4 يحتوي على قرصي تماثل ، يُعرفان باسم RAID-DP.

الفائدة الأساسية لـ RAID 4 عبر RAID 2 و 3 هي موازاة الإدخال / الإخراج. أي في RAID 2 و 3 ، تتضمن عملية الإدخال / الإخراج للقراءة الفردية قراءة مجموعة محركات البيانات بالكامل ؛ ومع ذلك ، مع RAID 4 ، لا يلزم توزيع عملية قراءة I / O واحدة عبر جميع محركات الأقراص. في المقابل ، هناك عدد أكبر من عمليات الإدخال / الإخراج التي يمكن إجراؤها بالتوازي ، مما يحسن كفاءة عمليات النقل الأصغر.

RAID 5

يشتمل RAID 5 على شريط على مستوى الكتلة يحتوي على تماثل موزع. على عكس RAID 4 ، تتم مشاركة معلومات التكافؤ عبر محركات الأقراص ، الأمر الذي يتطلب تشغيل كل محرك ، ناقص واحد. إذا كان محرك أقراص واحدًا ، فيمكن حساب القراءات المستقبلية باستخدام التكافؤ الموزع لضمان عدم فقدان البيانات. يتطلب RAID 5 ثلاثة أقراص على الأقل.

على غرار جميع أفكار التكافؤ الفردي ، فإن تطبيقات RAID 5 الضخمة عرضة لأعطال النظام. والسبب في ذلك هو الاتجاهات في الوقت المطلوب لإعادة بناء مجموعة وإمكانية فشل محركات الأقراص في عملية إعادة البناء. تتضمن إعادة بناء مصفوفة استخدام جميع الأقراص لقراءة البيانات مما قد يؤدي إلى فشل محرك أقراص آخر وحتى تدمير جميع المصفوفات.

يشتمل RAID 6 على شريط على مستوى الكتلة ، له تكافؤ توزيع مزدوج. يعطي التكافؤ المزدوج القدرة على تحمل الأعطال حتى 2 من محركات الأقراص الفاشلة. وهذا يعني أن مجموعات RAID الأكبر تكون أكثر جدوى ، لا سيما في الأنظمة عالية التوفر ، لأن محركات الأقراص ذات السعة الأكبر يمكن أن تستغرق وقتًا أطول للإصلاح.

RAID 6

يتطلب RAID 6 أربعة أقراص على الأقل. مثل RAID 5 ، يمكن أن يؤدي فشل محرك أقراص واحد إلى انخفاض في أداء الصفيف بأكمله حتى يتم استبداله. من خلال استخدام محركات أقراص من مصادر مختلفة ، من الممكن التخفيف من المشكلات الأكثر شيوعًا المتعلقة بـ RAID 5. وكلما زادت سعة محرك الأقراص وعدد المصفوفات الأكبر ، قلَّت أهمية اختيار RAID 6.

برنامج RAID

من الضروري أن نفهم أن وحدة تحكم RAID هي الجزء المركزي من نظام RAID. إنها تلعب وظيفة أساسية في توزيع البيانات بين مصفوفات قرص RAID التي تتضمن كل من RAID للأجهزة و Software RAID.

يستخدم مصفوفات RAID البرمجية القدرات التي يوفرها مصفوفات RAID البرمجية. إنه برنامج RAID أو برنامج تشغيل RAID المدمج في نظام تشغيل الخوادم. لا تتطلب هذه الطريقة أجهزة إضافية لربط أجهزة التخزين. ومع ذلك ، قد يؤدي ذلك إلى زيادة حمل المعالجة الكلي على الخوادم ويمكن أن يؤدي إلى بطء حسابات RAID والوظائف الأخرى التي يتم تشغيلها بواسطة الأداة الذكية.

العديد من أنظمة تشغيل الخوادم قادرة على دعم تكوينات RAID ، مثل تلك التي تأتي من Microsoft و Apple والإصدارات المختلفة من أنظمة Unix / Linux. يعتمد برنامج RAID في معظم الأحيان على نظام التشغيل المستخدم. لذلك لا ينصح بالتقسيمات المشتركة بين عدة أنظمة تشغيل.

مزايا

• يمكننا إنشاء تكوين RAID لنفس نظام التشغيل (على سبيل المثال ، Ubuntu) ثم تطبيقه على أنظمة أخرى مماثلة.
• يعد تثبيت برنامج RAID فعالاً من حيث التكلفة لأنه لا يتطلب أي أجهزة إضافية للأجهزة.
• يمكن إعادة تكوين مستويات RAID لأن التكوينات مرنة وليست معقدة.
• تتوافق معظم أنظمة التشغيل مع تكوينات برامج RAID مما يسهل عملية التثبيت وإكمال مهام التكوين التي تساعد في حل العديد من المشكلات.
• يعد RAID البرنامج مناسبًا في الغالب لمعالجة RAID 0 و 1 و 10 الأساسية التي لا تخلق عبئًا إضافيًا على النظام.

سلبيات

• قد يكون لفشل النظام على الخوادم تأثير سلبي على سلامة البيانات.
• لا يكون تنفيذ برنامج RAID مفيدًا إذا كان هناك العديد من برامج التشغيل على النظام نظرًا لاحتمال حدوث تعارضات معينة.
• تدعم بعض أنظمة التشغيل نطاقات معينة فقط من RAID.
• لدى برنامج RAID القدرة على التأثير بشكل كبير على حمل النظام عند إجراء تكوين RAID معقد.
• لا توجد فرصة كبيرة لاستخدام RAID على نظام تشغيل مجمع.
• قد يكون إصلاح القرص الفاشل أمرًا معقدًا.
• إن مصفوفة RAID البرمجية عرضة للبرامج الضارة والفيروسات لأنها تعمل ضمن نظام تشغيل الخادم المستخدم للخوادم الأساسية.

نحن نبحث في Software RAID وبعض نقاط القوة والضعف فيه. يمكننا أن نستنتج أنه يمكن استخدام هذا النهج للمشاريع الصغيرة ذات الميزانيات المحدودة وفي المواقف التي تكون فيها الحوسبة الموفرة للطاقة وأمن البيانات. استعادة القرص والبيانات السريعة ليست على رأس الأولويات.

من الضروري أن تدرك أن هذه مجرد اقتراحات عامة لأن الخيارات تعتمد على احتياجات المشروع والعمل المطلوب إنجازه.

RAID للأجهزة

RAID للأجهزة هو أن جميع محركات الأقراص تتصل بوحدة تحكم RAID للأجهزة الموجودة على بطاقة أو خادم RAID فردي أو مدمجة في اللوحة الأم. تقوم وحدات تحكم RAID بالأجهزة بإدارة عمليات الإعداد وصفيفات RAID. يمكنه دعم مستويات متعددة من RAID.

في حالات معينة ، قد تعمل وحدة تحكم RAID كإصدار مصغر من أجهزة الكمبيوتر. إنه كذلك لأنهم مزودون بمعالجات مصممة خصيصًا لإكمال عملهم.

في تثبيت RAID للأجهزة ، تتصل محركات الأقراص ببعضها البعض مباشرة عبر لوحة تحكم RAID. لا يقتصر هذا على الخوادم الكبيرة ولكن أيضًا على أجهزة الكمبيوتر المكتبية. تعد معالجة RAID للأجهزة مرجعًا لوحدات التحكم المنفصلة (مثل ATA RAID و SATA و DELTA PLCetc.) في نظام التخزين.

نظرًا لأن RAID يتم التحكم فيه بواسطة لوحة وحدة التحكم ومعالجتها ، فلا يوجد حمل إضافي لمعالج الخادم. يمكن أن يوفر RAID للأجهزة أيضًا العديد من الوظائف الإضافية الأخرى مثل خيار تبديل الأقراص في حالة فشل قرص واحد. بالإضافة إلى ذلك ، يعد RAID للأجهزة أكثر تكلفة من مصفوفات RAID البرمجية ، ولكنه أكثر كفاءة وتوافق وظيفي أفضل.

مزايا

• من السهل تحريك الصندوق بين الخوادم وأجهزة الكمبيوتر ونظام التشغيل.
• يعد المستوى العالي من كفاءة النظام أمرًا ضروريًا للأنظمة القديمة غير القادرة على تعزيز قوة الحوسبة لأجهزة الكمبيوتر.
• يمكن أن تحدث الحماية ضد تلف البيانات وفقدانها في حالة انقطاع التيار الكهربائي أثناء إنتاج النسخ الاحتياطية حيث يستخدم RAID للأجهزة البطاريات الاحتياطية وذاكرة الفلاش الداخلية الخاصة به.
• توجد مشاكل أقل عند استخدام أنظمة RAID في عملية إنشاء نسخ احتياطية وكذلك استعادة البيانات.
• يستخدم RAID للأجهزة ذاكرة التخزين المؤقت الخاصة به لإنشاء نسخ احتياطية واستعادة البيانات.
• مرونة تكوين RAID التي يصعب تحقيقها بدون المعدات المناسبة.
• يمكن استخدام المزيد من مستويات RAID ، لكنها تتطلب موارد أكبر.
• يعمل بشكل جيد على جميع أنواع الأقراص.
• التوافق مع مجموعة متنوعة من أنظمة التشغيل.

سلبيات:

• كما أنها أكثر تكلفة لأنها تتطلب المزيد من المعدات.
• الشيء المثير للاهتمام هو أن جهاز RAID يمكن أن يكون له نسبة كفاءة أقل لبعض المشاريع والمهام ، مع الأخذ في الاعتبار تكلفته.
• عندما تفشل وحدة تحكم RAID ، يجب استبدالها بنموذج بديل لمنع حدوث عطل. في حالة عدم توفر وحدة تحكم بديلة على الفور ، فقد يحدث تأخير في أداء النظام.
• مع RAID للأجهزة ، من الممكن مواجهة الصعوبات عند تثبيت محركات الأقراص الصلبة من جهات تصنيع مختلفة أو عند تثبيت محركات أقراص الحالة الصلبة ومحركات الأقراص الثابتة.

عند تحليل مزايا / عيوب جهاز RAID ، نرى أنه خيار قابل للتطبيق للمساعدة في المشاريع الأكثر تكلفة التي لا توجد بها قيود على الميزانية. بالإضافة إلى ذلك ، يعد خيارًا مثاليًا عندما يكون أمان البيانات وقوة الحوسبة ضروريين. في بعض الحالات ، يمكن أن تكون RAID للأجهزة مناسبة بشكل أفضل للمشاريع المتصلة بالأجهزة التقنية لأن التفاعل مع أجهزة التخزين قد يسبب مشاكل.

هجين RAID

في حالات معينة ، من الممكن أن يكون عرض Hybrid RAID أفضل. على سبيل المثال ، إذا كان من الممكن دمج RAID مع BIOS الخاص باللوحة الأم ، فيمكن أن يوفر بيانات إضافية مكررة عند تشغيل النظام ويمكن أن يساعد في إيقاف تلف البيانات.

مزايا

• في كثير من الحالات ، يتم تجهيز أنظمة RAID الهجينة بواجهة مستخدم رسومية يمكن استخدامها للمساعدة في تكوين RAID.
• تكلفة RAID الهجينة قليلة وهي مثالية لمجموعة متنوعة من المشاريع.
• عادةً ما يكون Hybrid RAID قادرًا على العمل على أنظمة متعددة تقوم بتشغيل نفس نظام التشغيل.
• قد يحمي Hybrid RAID من فشل نظام التمهيد أثناء التمهيد ، والذي قد يكون ناتجًا عن خطأ في النظام أو حالات فشل مماثلة.

سلبيات

• هناك أيضًا مشكلات تتعلق بتبادلات محرك الأقراص وكذلك استعادة البيانات.
• يمكن أن يتسبب RAID المختلط في تحميل مفرط على الخوادم يمكن أن يؤثر على الإنتاجية.
• قد تتطلب بعض أنظمة التشغيل (خاصة الأحدث منها) ترقية برامج تشغيل RAID بانتظام. هذا يمكن أن يسبب تعارض السائق.
• نظرًا لأن برنامج RAID عرضة للفيروسات ، فقد يكون له نموذج تهديد أقل أمانًا.

ومع ذلك ، يعد Hybrid RAID خيارًا ممتازًا ، ولكن يمكن أن يكون له بعض الخصائص. هذا هو السبب في أنها مثالية لمجموعة متنوعة من المشاريع. يوصى بتحديد Hybrid RAID إذا كنت تعرف مسبقًا المشكلات التي يمكن أن تنشأ وأفضل الطرق لحل هذه المشكلات.

بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يكون خيارًا مثاليًا إذا كان مشروعك يتطلب كلاً من Software and Hardware RAID. لكن هذه المشاريع عادة ما تكون محددة للغاية. في النهاية ، من الضروري أن تتذكر أن القرار النهائي سيعتمد فقط على أهداف ومتطلبات مشروعك الفريدة.