کاملترین آموزشRAID بندی و انواع آن ( بخش دوم )

در ادامه مطلب RAID به بخش دوم  میرسیم 

در این بخش از مقاله به  RAID 0 , RAID 1 , RAID 2 , RAID 3   مپردازیم.

کلمه RAID  به صورت اختصاصی از عبارت های زیر گرفته شده است

RAID (“redundant array of independent disks” or “redundant array of inexpensive disks”)

1-RAID-0 (Stripping)

در RAID 0 داده ها به طور مساوی در دو یا چند دیسک، بدون افزونگی، یا تحمل خطا تقسیم میشود.

ارزیابی RAID 0  :

• بلاک های دیتا در طول دیسک ها به صورت نواری ( ادامه دار ) پخش میشوند .
• از آنجایی که RAID 0 تحمل خطا یا افزونگی ندارد، خرابی یک درایو باعث از کار افتادن کل آرایه می شود.
• RAID 0 معمولاً برای افزایش عملکرد استفاده می شود.( سرعت خواندن و نوشتن )
• از RAID 0 برای افزایش حجم با ترکیب چند درایو استفاده میشود .
• این RAID با توجه به نوع کار دارای سرعت زیاد در IOPS است.
• راه اندازی RAID 0 را می توان با دیسک هایی با اندازه های مختلف ایجاد کرد، اما فضای ذخیره سازی اضافه شده به آرایه توسط هر دیسک به اندازه کوچکترین دیسک محدود می شود.
  • به عنوان مثال، اگر یک دیسک 120 گیگابایتی را با یک دیسک 320 گیگابایتی RAID 0 کنیم ، اندازه آرایه 120 گیگابایت × 2 = 240 گیگابایت خواهد بود.
• در شکل میبینید که چگونه داده ها به صورت نوارهایی روی دو دیسک توزیع می شوند، با A1:A2 به عنوان نوار اول، A3:A4 به عنوان دومین و…
• یک آرایه RAID 0 به صورت یک دیسک بزرگ با n درایو با نرخ انتقال داده n برابر بیشتر از یک دیسک تک کار میکند، اما بدون افزونگی داده. در نتیجه، RAID 0 عمدتاً در برنامه‌هایی استفاده می‌شود که نیاز به عملکرد بالا دارند و می‌توانند قابلیت اطمینان کمتری را تحمل کنند، مانند محاسبات علمی یا بازی‌های رایانه‌ای.
• برخی از معیارهای برنامه های دسکتاپ عملکرد RAID 0 را تا حدی بهتر از یک درایو نشان می دهند

2- RAID-1 (Mirroring)

RAID 1 شامل یک کپی دقیق (یا آینه) از مجموعه ای از داده ها در دو یا چند دیسک است. یک جفت آینه RAID 1 کلاسیک شامل دو دیسک است. این پیکربندی هیچ برابری، خط کشی یا گستره فضای دیسک را در چندین دیسک ارائه نمی دهد، زیرا داده ها در تمام دیسک های متعلق به آرایه منعکس می شوند و آرایه تنها می تواند به اندازه کوچکترین دیسک عضو باشد. این طرح زمانی مفید است که عملکرد خواندن یا قابلیت اطمینان مهمتر از عملکرد نوشتن یا ظرفیت ذخیره سازی داده ناشی از آن باشد.

تا زمانی که حداقل یک عضو درایو فعال باشد، آرایه به کار خود ادامه خواهد داد.

کارایی

هر درخواست خواندنی را می توان توسط هر درایوی موجود در آرایه سرویس و رسیدگی کرد. بنابراین، بسته به ماهیت بار ورودی/خروجی، عملکرد خواندن تصادفی یک آرایه RAID 1 ممکن است برابر با مجموع عملکرد هر عضو باشد، در حالی که عملکرد نوشتن در سطح یک دیسک واحد باقی می ماند. با این حال، اگر دیسک هایی با سرعت های مختلف در یک آرایه RAID 1 استفاده شود، عملکرد کلی نوشتن برابر با سرعت کند ترین دیسک است.

بنچمارک‌های مصنوعی سطوح مختلفی از بهبود عملکرد را در مقایسه با عملکرد تک درایو، در هنگام استفاده از چند هارد HDD یا SSD در راه‌اندازی RAID 1 نشان می‌دهند. با این حال، برخی از معیارهای مصنوعی نیز کاهش عملکرد را برای مقایسه های مشابه نشان می‌دهند

• شکل زیر یک سیستم RAID-1 با سطح آینه 2 را نشان می دهد.
• RAID 0 قادر به تحمل هیچ گونه خرابی دیسک نبود. اما RAID 1 قابلیت اطمینان دارد.

ارزیابی

سیستم RAID با سطح 3 دیسک را فرض کنید.

• قابلیت اطمینان: 1 تا N/2

1 خرابی دیسک را می توان به طور قطعی کنترل کرد زیرا بلوک های آن دیسک در برخی دیسک های دیگر تکراری خواهد بود. اگر به اندازه کافی خوش شانس باشیم و دیسک‌های 0 و 2 از کار بیفتند، باز هم می‌توان با این مشکل برخورد کرد زیرا بلوک‌های این دیسک‌ها دارای موارد تکراری در دیسک‌های 1 و 3 هستند. بنابراین، در بهترین حالت، خرابی دیسک N/2 قابل رسیدگی است.

• ظرفیت: N*B/2

فقط نیمی از فضا برای ذخیره داده ها استفاده می شود. نیمه دیگر فقط آینه ای از داده های ذخیره شده قبلی است.

مزایای

1. این افزونگی کامل را پوشش می دهد.
2. می تواند امنیت و سرعت داده ها را افزایش دهد.

معایب

1. بسیار گران است.
2. ظرفیت ذخیره سازی کمتر است.

3. RAID-2 (Bit-Level Stripping with Dedicated Parity)

در Raid-2 خطای داده ها در هر سطح بیت بررسی می شود. در اینجا از روش همینگ کد برابری برای یافتن خطا در داده ها استفاده می کنیم.

• از یک درایو تعیین شده برای ذخیره برابری استفاده می کند.
• ساختار Raid-2 بسیار پیچیده است زیرا در این تکنیک از دو دیسک استفاده می کنیم. یک کلمه برای ذخیره بیت های هر کلمه و کلمه دیگر برای ذخیره تصحیح کد خطا استفاده می شود.
• معمولاً استفاده نمی شود.

مزایای

1. در صورت Error Correction از کد hamming استفاده می کند.
2. از یک درایو تعیین شده برای ذخیره برابری استفاده می کند.

معایب

1. ساختار پیچیده و هزینه بالایی به دلیل درایو اضافی دارد.
2. برای تشخیص خطا به یک درایو اضافی نیاز دارد.

RAID 2، که به ندرت در عمل استفاده می شود، داده ها را در سطح بیت (به جای بلوک) Strip می کند و از کد Hamming برای تصحیح خطا استفاده می کند. دیسک‌ها توسط کنترل‌کننده همگام‌سازی می‌شوند تا در جهت زاویه‌ای یکسان بچرخند، بنابراین معمولاً نمی‌تواند چندین درخواست را به طور همزمان انجام دهد. با این حال، بسته به کد همینگ با نرخ بالا، بسیاری از اسپیندل‌ها به صورت موازی برای انتقال همزمان داده‌ها کار می‌کنند تا «نرخ‌های انتقال داده بسیار بالا» امکان‌پذیر باشد،

4. RAID-3 (Byte-Level Stripping with Dedicated Parity)

این شامل stripping  در سطح بایت با نوارگذاری برابری اختصاصی است.

• در این سطح، اطلاعات برابری را در یک بخش دیسک ذخیره می کنیم و در یک درایو برابری اختصاصی می نویسیم.
• هر زمان که خرابی درایو رخ دهد، به دسترسی به درایو برابری کمک می کند، که از طریق آن می توانیم داده ها را بازسازی کنیم.
• در اینجا دیسک 3 حاوی بیت های برابری برای دیسک 0، دیسک 1 و دیسک 2 است. اگر داده ها از بین رفت، می توانیم آن را با دیسک 3 بسازیم.

مزایای

1. داده ها را می توان به صورت عمده منتقل کرد.
2. داده ها به صورت موازی قابل دسترسی هستند.

معایب

1. برای برابری به یک درایو اضافی نیاز دارد.
2. در مورد فایل های کم حجم، کند عمل می کند.

RAID 3 که به ندرت در عمل مورد استفاده قرار می گیرد، . یکی از ویژگی‌های RAID 3 این است که به طور کلی نمی‌تواند چندین درخواست را به طور همزمان سرویس دهد، که این اتفاق می‌افتد زیرا هر بلوک داده، طبق تعریف، در تمام اعضای مجموعه پخش می‌شود و در یک مکان فیزیکی روی هر دیسک قرار می‌گیرد. بنابراین، هر عملیات I/O نیاز به فعالیت روی هر دیسک دارد.

این باعث می‌شود که برای برنامه‌هایی مناسب باشد که بالاترین نرخ انتقال را در خواندن و نوشتن طولانی‌مدت دنبال می‌کنند، به عنوان مثال ویرایش ویدیوی فشرده نشده. برنامه هایی که خواندن و نوشتن کوچک را از مکان های تصادفی دیسک انجام می دهند، بدترین عملکرد را از این سطح خواهند داشت.

نیاز به چرخش همزمان همه دیسک ها (در یک مرحله قفل) ملاحظات طراحی را اضافه کرد که هیچ مزیت قابل توجهی نسبت به سایر سطوح RAID نداشت. هر دو RAID 3 و RAID 4 به سرعت با RAID 5 جایگزین شدند. RAID 3 معمولاً در سخت‌افزار پیاده‌سازی می‌شد و مشکلات عملکرد با استفاده از حافظه پنهان دیسک بزرگ برطرف می‌شد.

ادامه مطالب را در قسمت سوم این مقاله مشاهده بفرمایید …