هارد دیسک یکی از مهم‌ترین قطعات هر سیستم رایانه‌ای است؛ جایی که سیستم‌عامل، فایل‌ها، پایگاه‌های داده و هر چیزی که ذخیره می‌شود، روی آن قرار می‌گیرد. هارد دیسک‌ها از یک یا چند صفحه که شبیه CD بوده و سطح‌شان با مواد مغناطیسی پوشیده شده ساخته می‌شوند. وظیفه هارد دیسک حفظ پیوسته داده‌هاست؛ هر داده دیجیتالی که برای ذخیره‌سازی ارسال شود تا زمانی که از سکتور حذف نشود، در آنجا باقی می‌ماند. اما اگر همین قطعه دچار خرابی شود، چه اتفاقی می‌افتد؟ برای سرورها و زیرساخت‌های حیاتی، از دست دادن داده یعنی از دست دادن پول، اعتبار و در برخی موارد، یک کسب‌وکار کامل. فناوری RAID دقیقاً برای پاسخ به همین چالش طراحی شده است.

RAID چیست؟ Redundant Array of Independent Disks

RAID مخفف Redundant Array of Independent Disks است؛ فناوری‌ای که چند هارد دیسک را به یکدیگر متصل می‌کند تا یک واحد ذخیره‌سازی واحد بسازند. این ترکیب بسته به سطح RAID انتخاب‌شده می‌تواند سرعت خواندن/نوشتن را افزایش دهد، در برابر خرابی دیسک محافظت کند، یا هر دو را با هم فراهم آورد. در واقع با اتصال تعدادی هارد دیسک به یکدیگر، یک واحد را به وجود می‌آورد که با توجه به سطح فناوری RAID پیاده‌سازی‌شده، سبب افزایش کارایی و عملکرد سیستم می‌شود.

این فناوری در ابتدا برای دیسک‌های SCSI مطرح شد. بعدها در دیسک‌های IDE نتایج چندان رضایت‌بخشی نداشت، اما با ظهور دیسک‌های SATA به استانداردی پرکاربرد در سرورها و ایستگاه‌های کاری حرفه‌ای تبدیل شد. امروز سرورهای ابری، NAS‌های خانگی و سیستم‌های ذخیره‌سازی سازمانی بدون RAID تصورناپذیرند.

در چند سال اخیر به دلیل مشکلات فراوانی که سبب از دست رفتن داده‌ها و اطلاعات هارد دیسک و خسارات مالی شده، بهره‌گیری از فناوری‌ای که قادر باشد از به وجود آمدن این مشکلات ممانعت کند از اهمیت بسیار زیادی برخوردار شده است. وسایل ذخیره‌سازی قدیمی اغلب از یک هارد دیسک استفاده می‌کردند، اما پس از ایجاد این فناوری، سیستم‌ها می‌توانستند داده و اطلاعات را بر روی تعداد بیشتری هارد دیسک ذخیره کنند.

استفاده از تکنولوژی RAID

امروز از تکنولوژی RAID به منظور سه هدف اصلی استفاده می‌شود: افزایش ظرفیت، افزایش کارایی، و افزایش امنیت.

هدف‌های استفاده از فناوری RAID

افزایش ظرفیت: به طور معمول افزایش ظرفیت در هر سیستم RAID دارای اهمیت است. برای مثال دو هارد دیسک می‌توانند به هم اتصال داده شوند و یک واحد ذخیره‌سازی با ظرفیت بالا را تشکیل دهند. این مدل از ذخیره‌سازی سبب می‌شود علاوه بر بهبود کارایی سیستم، ظرفیت ذخیره‌سازی داده‌ها افزایش پیدا کند.

افزایش کارایی: افزایش کارایی را می‌توان دلیلی بر استفاده از این فناوری قلمداد کرد. زمانی که دو هارد دیسک به هم اتصال داده می‌شوند، سبب تشکیل یک حافظه می‌شوند. در این صورت کنترلر قادر می‌باشد اطلاعات را به دو بخش تقسیم کند و هر قسمت را در یک هارد دیسک قرار دهد. با انجام این کار، کارایی و عملکرد سیستم ذخیره‌سازی برای خواندن و نوشتن اطلاعات افزایش می‌یابد.

امنیت: این تکنولوژی می‌تواند به خوبی امنیت را برای کاربران فراهم کند. داده‌ها و اطلاعات بر روی دو یا چند هارد دیسک قرار داده می‌شوند. اگر مشکلی برای یکی از دیسک‌ها به وجود آید، همچنان داده‌ها به وسیله هارد دیسک دیگر قابل دسترس می‌باشند.

تکنیک‌های پایه RAID

تمام سطوح RAID از ترکیب سه تکنیک اصلی ساخته می‌شوند. سازماندهی RAID به دو صورت مستقل امکان‌پذیر است: اول قرار دادن داده‌ها در آرایه به وسیله استفاده از تکنیک‌های Striping، Parity و Mirroring؛ دوم پیاده نمودن فناوری RAID که در بردارنده پیاده‌سازی نرم‌افزاری و سخت‌افزاری می‌شود.

Striping (نواربندی)

تقسیم نمودن داده‌ها به قسمت‌هایی با اندازه معین، سپس نوشتن این داده‌ها به ترتیب در هارد دیسک‌ها. این استراتژی سبب افزایش سرعت سیستم ذخیره‌سازی می‌شود. نتیجه این است که عملیات خواندن و نوشتن به صورت موازی انجام می‌شود و سرعت به شکل چشمگیری بالا می‌رود. البته اگر یکی از دیسک‌ها خراب شود، داده‌های آن بخش از بین می‌رود.

Mirroring (آینه‌سازی)

استراتژی نوشتن یک کپی از داده‌ها به صورت همزمان بر روی تعدادی هارد دیسک می‌باشد. این تکنیک سبب ممانعت از میان رفتن داده‌ها می‌شود. یک نسخه یکسان از تمام داده‌ها به صورت همزمان روی دو یا چند دیسک نوشته می‌شود. اگر یک دیسک از کار بیفتد، نسخه دیگر بلافاصله جای آن را می‌گیرد. این روش بالاترین سطح محافظت را دارد اما نصف ظرفیت به عنوان Redundancy صرف می‌شود.

Parity (برابری)

در این فناوری مثل تکنیک Striping داده‌ها به قسمت مساوی تقسیم می‌شوند. علاوه بر این یک کد Parity تولید می‌کند و سپس در یک یا تعدادی هارد دیسک ذخیره می‌کند. داده‌های Parity به سیستم RAID اجازه می‌دهند که چنانچه داده‌های هارد دیسک با مشکل روبرو شوند، آنها را تشخیص و بازسازی کند. اگر یک دیسک خراب شود، سیستم از روی کد Parity می‌تواند داده‌های از دست رفته را بازسازی کند.

سطوح مختلف RAID

بسته به نیاز می‌توان سطوح مختلفی از RAID را پیاده‌سازی کرد. هر سطح ترکیب خاصی از Striping، Mirroring و Parity دارد:

سطح RAID روش حداقل دیسک مزیت اصلی نقطه ضعف
RAID 0 Striping 2 بیشترین سرعت بدون محافظت از داده
RAID 1 Mirroring 2 بالاترین محافظت نصف ظرفیت هدر می‌رود
RAID 5 Striping + Parity 3 تعادل سرعت و امنیت بازسازی پس از خرابی کند است
RAID 6 Striping + Double Parity 4 تحمل خرابی 2 دیسک سربار محاسباتی بیشتر
RAID 10 Mirroring + Striping 4 سرعت و محافظت همزمان هزینه بالا

RAID 0: سرعت بدون محافظت

داده‌ها به صورت Stripe روی تمام دیسک‌ها پخش می‌شوند. سرعت خواندن و نوشتن تقریباً برابر تعداد دیسک‌ها ضربدر سرعت یک دیسک است. اما اگر یک دیسک خراب شود، تمام داده‌ها از دست می‌روند. مناسب برای محیط‌هایی که سرعت مهم‌تر از امنیت داده است، مثل رندرینگ ویدیو یا ویرایش فیلم.

RAID 1: آینه قابل اعتماد

هر داده‌ای روی هر دو دیسک نوشته می‌شود. خرابی یک دیسک هیچ تأثیری بر دسترسی به داده‌ها ندارد. ظرفیت موثر نصف ظرفیت کل است. بیشتر برای سرورهای حیاتی و پایگاه‌های داده استفاده می‌شود که از دست دادن داده به هیچ عنوان قابل قبول نیست.

RAID 5: محبوب‌ترین سطح سازمانی

داده‌ها به صورت Stripe روی دیسک‌ها پخش می‌شوند و اطلاعات Parity به صورت توزیع‌شده روی تمام دیسک‌ها ذخیره می‌شود. یک دیسک می‌تواند خراب شود و سیستم همچنان کار کند. بازسازی پس از خرابی ممکن است چند ساعت تا چند روز طول بکشد؛ در این مدت آسیب‌پذیری بالاست.

RAID 10: بهترین ترکیب

ترکیب RAID 1 و RAID 0؛ ابتدا دیسک‌ها به جفت‌های Mirror تقسیم می‌شوند، سپس جفت‌ها Stripe می‌شوند. هم سرعت بالا دارد هم از خرابی یک دیسک از هر جفت محافظت می‌کند. قیمتش هم بالاتر است اما برای محیط‌های بحرانی بهترین گزینه است.

RAID سخت‌افزاری در مقابل RAID نرم‌افزاری

RAID را می‌توان به دو شکل پیاده‌سازی کرد. این امر واضح است که نسخه سخت‌افزاری آن از پایداری و سرعت بالایی برخوردار است. استفاده از نسخه نرم‌افزاری در مواقعی پیشنهاد می‌شود که با کمبود بودجه روبرو هستید یا اگر بخواهید آن را روی یک سیستم پشتیبان پیاده‌سازی کنید نه سیستم اصلی.

در RAID سخت‌افزاری، کنترل‌کننده‌هایی با نام RAID Controller وظیفه پیاده‌سازی را بر عهده دارند. این کنترلرها تمام عملیات محاسباتی را مستقل از پردازنده اصلی انجام می‌دهند و پردازنده سرور را آزاد می‌گذارند. کنترلرهای سخت‌افزاری معمولاً باتری دارند که از اطلاعات حافظه کش محافظت می‌کند. ولیکن به دلیل اینکه کنترل‌کننده‌های سخت‌افزاری قابلیت‌های بیشتری نسبت به شیوه نرم‌افزاری دارند، از اینرو کارایی و عملکرد روش سخت‌افزاری به مراتب بیشتر از نوع نرم‌افزاری می‌باشد.

در RAID نرم‌افزاری، سیستم‌عامل وظیفه پیاده‌سازی را دارد. مثلاً در لینوکس با دستور mdadm --create /dev/md0 --level=5 --raid-devices=3 /dev/sd{b,c,d} می‌توان RAID 5 نرم‌افزاری ساخت. این روش ارزان‌تر است اما بخشی از توان پردازنده را مصرف می‌کند.

RAID جایگزین بک‌آپ نیست

این نکته را هیچ‌وقت نباید فراموش کرد: RAID یک سیستم بک‌آپ نیست. اگر یک فایل به اشتباه حذف شود، ویروسی به داده‌ها آسیب بزند، یا آتش‌سوزی رخ دهد، RAID کمکی نخواهد کرد. برای محافظت کامل، باید RAID را با یک استراتژی بک‌آپ منظم ترکیب کرد. قانون ۳-۲-۱ را به یاد داشته باشید: سه نسخه از داده‌ها، روی دو نوع رسانه مختلف، یکی خارج از محل نگهداری.

کاربرد RAID در هاستینگ و سرور

فناوری RAID روشی بسیار مهم در حوزه کارایی سیستم و امنیت اطلاعات سازمانی می‌باشد. ذخیره داده و اطلاعات با درجه امنیت بالا بر روی ابزارهای ذخیره‌سازی اطلاعات، به خصوص فضای ذخیره‌سازی سرورها از فاکتورهای مهمی است که باید در هنگام خرید و یا پیکربندی تجهیزات به آن توجه نمود.

سرورهای میزبانی وب به RAID نیاز جدی دارند. اگر سرور شما RAID نداشته باشد و یک دیسک خراب شود، تمام وب‌سایت‌های روی آن سرور از دسترس خارج می‌شوند تا هارد جدید نصب و بک‌آپ بازیابی شود؛ فرآیندی که ممکن است چند ساعت تا چند روز طول بکشد. با RAID 1 یا RAID 10، در صورت خرابی یک دیسک، سرور بدون هیچ وقفه‌ای به کار خود ادامه می‌دهد.

سوالات متداول

آیا RAID 5 هنوز گزینه خوبی است؟

برای هارد دیسک‌های کوچک‌تر بله، اما با هارد دیسک‌های ۸ ترابایت و بالاتر، خطر شکست دیسک دوم در طول بازسازی واقعی است. RAID 6 یا RAID 10 برای دیسک‌های بزرگ‌تر توصیه می‌شود.

آیا می‌توان دیسک SSD در RAID استفاده کرد؟

بله. RAID روی SSD هم کار می‌کند و به خاطر سرعت بالای SSD، نتایج بسیار چشمگیری دارد. اما باید از SSD‌هایی با ضمانت نوشتن مناسب برای کاربری سرور استفاده کرد.

RAID چقدر طول می‌کشد تا پس از خرابی دیسک بازسازی شود؟

بستگی دارد. برای یک دیسک ۲ ترابایت در RAID 5، بازسازی ممکن است ۶ تا ۲۴ ساعت طول بکشد. در طول این مدت اگر دیسک دیگری خراب شود، تمام داده‌ها از بین می‌روند. برای همین RAID 6 که تحمل خرابی همزمان دو دیسک را دارد برای محیط‌های بحرانی ایمن‌تر است.

آیا سرورهای صباهاست از RAID استفاده می‌کنند؟

بله. سرورهای میزبانی صباهاست با RAID سخت‌افزاری پیکربندی شده‌اند تا در صورت خرابی هر دیسک، سرویس بدون وقفه باقی بماند و داده‌های مشتریان محفوظ بماند.

جمع‌بندی

فناوری RAID یکی از پایه‌ای‌ترین ابزارها برای هر کسی است که امنیت و پایداری ذخیره‌سازی برایش اهمیت دارد. انتخاب سطح RAID مناسب به نیاز شما بستگی دارد: اگر سرعت می‌خواهید، RAID 0؛ اگر محافظت می‌خواهید، RAID 1؛ اگر تعادل می‌خواهید، RAID 5 یا RAID 10. مهم‌ترین نکته این است که RAID را با بک‌آپ منظم ترکیب کنید تا در برابر هر نوع حادثه‌ای آماده باشید. سرمایه‌گذاری در RAID مناسب، بیمه‌ای است که هزینه‌اش را در اولین بحران به ارزش خود ثابت می‌کند.

امیدواریم این مقاله برایتان مفید واقع شده باشد. اگر سوالی دارید که در این مقاله پاسخش را پیدا نکردید، در قسمت کامنت‌ها سوال خود را مطرح کنید، کارشناسان ما در کمتر از چند دقیقه به سوالات پاسخ خواهند داد.

این مقاله را با دوستان خود به اشتراک بگذارید.

موفق باشید.