انواع مختلف RAID

انواع مختلف RAID

اسلاید 1: به نام خدا Different kind of RAID’sجهت ارائه به :استاد گرانقدر دکتر اسلامی نژادگرد آورنده :محمدصادق خدادوستبهار 93بعدی

اسلاید 2: چیست؟ RAID RAID مخفف Redundant Array of Independent Disks به معني آرايه‌ پشتيبان ديسک‌‌هاي مستقل است . البته معني لغتي آن در انگليسي ٬ يورش است . اين مفهوم بار اول در سال 1987 توسط تيمي سه نفره در دانشگاه کاليفرنيا البته با نام آرايه ديسـک‌‌هاي پشـتيبان ارزان (Inexpensive به جاي Independent )مطرح شد . در سال‌‌هاي بعد سـازندگان سخت‌افزار آن را به صـورت امروزي در آوردند تا توقع قيمت ارزان را از فناوريRAID برطرف کنند . امروزه کاربرد RAID گسترش بييشتري نسبت به معناي آن يافته و فناوري خاصي را تحت پوشش قرار مي‌دهد که قابليت تقسيم و کپي اطلاعات را بين چندين ديسک دارد و کار آن ایجاد یک واحد از مجموع چند هارد دیسک میباشد. در واقع با قرار دادن چند هارد دیسک در کنار هم و پیاده سازی RAID همه هارد دیسکهای ما به یک واحد تبدیل میشوند و سیستم همه آنها را فقط به عنوان یک منبع واحد میبیند که بسته به اینکه چه سطحی از RAID پیاده سازی شده باشد میتواند باعث افزایش کارایی و یا امنیت اطلاعات و یا تلفیقی از این دو شود. پیاده سازی RAID همچون بسیاری دیگر از تکنولوژی ها هم بصورت سخت افزاری و هم نرم افزاری امکان پذیر است که مسلماً مدل سخت افزاری دارای سرعت و پایداری بیشتری است و مدل نرم افزاری فقط در شرایطی پیشنهاد میشود که با کمبود امکانات و بودجه مواجه هستیم و یا اینکه قرار است بر روی یک سیستم پشتیبان و نه مادر پیاده سازی شود. پر واضح است که نمی توان سیستمی را که در آن از تکنولوژی RAID استفاده نشده است را یک سرویس دهنده نامید و به همین دلیل همیشه سعی شده است مشتری را به پیاده سازی حداقل، که همانا پیاده سازی RAID به روش نرم افزاری است قانع کرد. خوشبختانه همزمان با گسترش فرهنگ استفاده از سیستمها در بین مدیران و صاحبان مشاغل و اهمیت اطلاعات و حفظ آن برای این گروه، هزینه پیاده سازی RAID به کمک پیشرفت تکنولوژی روز به روز ارزانتر میشود و هم اکنون با توسعه بیش از پیش این تکنولوژی و کشیده شدن آن به دایره دیسکهای با تکنولوژی ATA حتی شاهد درخواست پیاده سازی این تکنولوژی بر روی سیستمهای رومیزی هستیم! اما فارغ از اینکه RAID بصورت نرم افزاری و یا سخت افزاری پیاده سازی میشود و یا نیاز ما به استفاده از هارد دیسکهای SCSI و یا ATA ، تکنولوژی RAID دارای سطوح گوناگون است که در ادامه به ذکر عمده ترین آنها می پردازیم:بعدی

اسلاید 3: RAID 0A 8A 7A 6A 5A 4A 3A 2A 1 RAID 0یکی از پر مصرف ترین انواع Raid در حقیقت همین Raid 0 می باشد. این Raid نرم افزاری اطلاعات را بین هارد دیسک ها تقسیم می کند و به این ترتیب هر هارد قسمتی از اطلاعات را ذخیره می نماید. به این ترتیب ما از کل فضای هارد دیسک ها استفاده می کنیم. یعنی اگر ما دو هارد دیسک 4 ترابیت را با Raid 0 تنظیم کرده باشیم، 8 ترابایت فضا برای ذخیره سازی اطلاعات در اختیار داریم. از خصوصیات Raid 0 سرعت بالا در خواندن و نوشتن اطلاعات می باشد. البته تقسیم اطلاعات با توابعی انجام میشود و اگر اطلاعات هر یک از هاردها به هر دلیل از دست رفت، امکان بازیابی آن با کمک هارد دیگر وجود ندارد. در این روش حداقل دو هارد لازم است و اطلاعات فقط strip میشوند ( بین دو هارد پخش میشوند) و mirroring نداریم در نتیجه این روش فقط سرعت را افزایش میدهد و قابلیت اطمینان سازی ( redundancy )را افزایش نمیدهد .بعدیمزايا و مشخصات :داده ها به بلوكهايي تبديل مي شوند و هر بلوك در هارد ديسك مجزا ذخيره مي شود.باعث بالا رفتن كارايي سيستم I/O مي گردد چرا كه بار ترافيكي نقل و انتقالات بين چندين كانال مجزا تقسيم مي شود.بالارفتن كارايي بدليل وجود كنترلرهاي مختلفي كه عمل كنترل ترافيك را به عهده مي گيرند (افزايش سرعت)طراحي بسيار ساده ( زيرا مدار محاسبه Parity وجود ندارد)عدم پرداختن به محاسبات مربوطه به Parity وكنترل خطا (افزايش سرعت به دليل عدم پرداختن به محاسبات مربوط به Parity )معايب : عدم استفاده از Parity . (هيچ گونه كد تشخيص و تصحيح خطا در اين نوع RAID وجود ندارد ) از كار افتادن يك درايو باعث از دست رفتن كليه اطلاعات خواهد شد .عدم كارايي در محيط هاي حساس به حفظ داده ها . موارد استفاده : ميكس و پردازش تصاوير ويديويي (ميكس و مونتاژ )واژه پردازي (نرم افزارهاي تايپ و... )كارهايي كه نياز به سرعت بالا دارد .

اسلاید 4: A 4A 4A 3A 3A 2A 2A 1A 1 RAID 1RAID 1در این شیوه به اصطلاح انعکاسی یا برگردان فایل ها در هارد دیسک ها ذخیره می شود. به عبارت دیگر یک نسخه پشتیبان ( اما به طور همزمان) بر روی هارد دیسک دیگر ذخیره می شود. در این شیوه سرعت نوشتن اطلاعات به نسبت Raid 0 کمتر می باشد همینطور سرعت خواندن اطلاعات به نسبت Raid 0 در Raid 1 کمتر می باشد . در Raid 1 اگر ما دو هارد 4 ترابایت داشته باشیم، با توجه به ذخیره نظیر به نظیر اطلاعات ما در مجموع هم تنها ظرفیت ذخیره سازی 4 ترابایت اطلاعات را داریم . این روش برعکس روش RAID 0 است در این حالت ما mirroring داریم ولی striping نداریم که در نتیجه فقط redundancy افزایش می یابد و سرعت افزایش نمی یابد. بعدیمزايا و مشخصات :هنگام سيكل نوشتن ٬ گويي اطلاعات روي يك ديسك نوشته مي شود (در صورتيكه عملأ بر روي دو ديسك نوشته مي شود . مانند RAID0 ) ولي عمل خواندن ٬ ازهر دوديسك انجام مي شود ( كاهش ترافيك گذرگاه - نوشتن بر روي هر دو ديسك ولي خواندن مجزا )قابليت برگرداندن %100 داده ها هنگام بروز مشكل براي يك ديسك .در نرخ انتقالات داده تغيير محسوسي نداريم. (يعني وجود دو ديسك تفاوتي با يك ديسك ندارد ) .در شرايط خاص ٬ RAID1توانايي تحمل خرابي بيش از يك ديسك را نيز دارد .ساده ترين طراحي در تكنولوژي RAID ( مدار مربوط به Parity وجود ندارد ).معايب : بيشترين تعداد هارد ديسك در ميان انواع RAID (بسته به انتخاب User )هزينه بالا

اسلاید 5: C 2C 1B 2B 1A 2A 1 RAID 2ECCECCECCRAID 2در RAID 2 نیز از روش Striping استفاده می‏شود و داده‏ها به صورت نوارهای سکتوری ذخیره می‏شوند . و بعضی از درایوهای آرایه برای اطلاعات  ECC در نظرگرفته می‏شوند. با وجود این‏که این سطح به‏ندرت در کاربردهای تجاری استفاده شده‏است ولی بیان‏گر مفهوم دیگری از تضمین داده‏ها ست. هر بیت داده که روی هارد دیسک‏ها نوشته‏می‏شود ، کد تصحیح خطا یا ECC مربوط به خود را دارد. این کدها روی درایوهای جداگانه ذخیره می‏شوند و به منظور حفاظت از یکپارچگی و سلامت داده‏ها مورد استفاده قرار می‏گیرندECC . ارزش‏های عددی داده‏های ذخیره‏شده بر روی بلوک‏های مشخص در درایو مجازی را با استفاده از فرمولی به نام check-sum(جمع کنترلی ) جدول بندی می‏کند . سپس در صورت نیاز ٬ جمع کنترلی برای تایید سلامت داده‏ها به انتهای بلوک داده الحاق می‏شود . هنگامی که داده‏ها مجدداً خوانده می‏شوند ٬ جدول بندی ECC مجدداً محاسبه می‏شود . سپس جمع کنترلی هر بلوک داده‏ی خاص ٬ خوانده شده و با آخرین جدول بندی مقایسه می‏شود . چنانچه اعداد همانند باشند داده‏ها بدون نقص هستند ٬ اما اگر تناقضی وجود داشته‏باشد ٬ داده‏ها ی از دست رفته با استفاده از اولین جمع کنترلی( یا جمع کنترلی قبلی ) ‌به عنوان یک نقطه‏ی مرجع ‌قابل محاسبه‏ی مجدد هستند . (Error Checking and Correcting)  بعدیمزايا و مشخصات : تصحيح خطاي بسيار سريع مناسب براي انتقال اطلاعاتمعايب : طراحي بسيار پچيده كه با صدمه ديدن يك ديسك دچار مشكل مي شود . نامناسب در ديد تجاري (تعداد زياد درايوها)

اسلاید 6: C 2C 1B 2B 1A 2A 1 RAID 3PARITYPARITYPARITYRAID 3این سطح در واقع انطباقی از RAID 0 است که مقداری از ظرفیت هر یک از درایوها را قربانی می‏کند اما به سطح بالایی از سلامت اطلاعات و تحمل خطا دست می ‏یابد.در این حالت ، بلوک‏های داده به نوارهایی تقسیم شده و بر روی تمام درایوهای درون آرایه به جز یکی از آن‏ها نوشته می‏شوند. اطلاعات موازنه‏ی نوار که برای بررسی سلامت داده در تمام درایوهای درون زیرسیستم مورد استفاده قرار می‏گیرند درهنگام نوشتن داده‏ها ایجاد شده و بر روی دیسک PARITY ‌نوشته می‏شوند. درایو موازنه نیز به نوارهایی تقسیم شده‏است و هر یک از این نوارها در درایو موازنه برای نگهداری اطلاعات PARITY مربوط به نوارهای داده‏ی متناظر آن که در سراسر آرایه گسترده شده ، مورد استفاده قرار می‏گیرد. اطلاعات موازنه هنگام خواندن داده‏ها بازبینی می‏شود.این شیوه با خواندن یا نوشتن داده‏ها بر روی تمام درایوها به طور هم‏زمان یا به صورت موازی توانایی انتقال داده بسیار بالایی را در اختیار قرار می‏دهد ولی در عین حال مزیت بازسازی داده در صورت از کارافتادن یکی از درایوها و حفظ سلامتی داده‏ها برای سیستم را نیز از دست نمی‏دهد.رکوردهایی که در تمام درایوها گسترده شده‏اند ، نرخ انتقال را در دیسک بهینه می‏کنند.به دلیل این‎که هر درخواست I/O به چندین درایو از آرایه دسترسی دارد.بعدیمزايا و مشخصات : سيكل خواندن و نوشتن بسيار سريع .معايب : طراحي بسيار پيچيده كه با صدمه ديدن يك ديسك مجموعه دچار مشكل مي شود .كاربرد : ميكس و مونتاژ تصوير ويرايش تصوير مانند RAID0

اسلاید 7: C 1C 0B 1B 0A 1A 0 RAID 4PARITYPARITYPARITYRAID 4 RAID 4با RAID 3 یکسان است . به جز این‏که از نوارهای بزرگ‏تری استفاده‏ می‏کند . به همین دلیل رکوردها از هر درایو جداگانه می‏توانند خوانده ‏شوند (‌ البته به جز درایو PARITY). این عمل این امکان را می‏دهد تا عملیات خواندن به اشتراک گذاشته‏شود . در هنگام نوشتن ‌عملیات آهسته می‏شود چون پس از ذخیره شدن داده‏ها بر روی یک دیسک باید اطلاعات PARITY نیز در درایو مربوط بهPARITY نوشته شوند . به هرحال با هر بار عمل نوشتن باید PARITY به روزآوری شود و لذا درایوها در موقع نوشتن نمی‏توانند مشترکاً استفاده شوند . این ساختار مزیت ویژه‏ای نسبت به سایر حالات ندارد .در یک جمله می‏توان گفت که استفاده از نوارهای بزرگ‏تر ( معمولاً دو بلوک) در RAID 4 به نرم‏افزار مدیریت RAID امکان می‏دهد تا با استقلال بیشتری نسبت به RAID 3 به اداره‏ی دیسک‏ها بپردازد . بعدیمزايا و مشخصات : سيكل خواندن بسيار سريع ( ترافيك كمتر در گذرگاه)معايب : پيچيدگي بسيار بالا در طراحي مدار كنترلي مشكل در برگرداندن داده ها هنگام بروز اشكال در يك ديسك ( چرا كه داده ها روي ديسكها توزيع شده است )

اسلاید 8: RAID 5 RAID 5PARITY 3FEDCPARITY 2PARITY 1BAاساساً RAID 5 شبیه RAID 1 است . با این تفاوت که RAID 5 برای هر نوار از داده‏ها یک PARITY ذخیره می‏کند . اما در مقایسه با RAID 1 عملیات نوشتن آهسته‏تر است. زیرا یک زمان اضافی برای نوشتن اطلاعات PARITY نیاز است . در موقع نوشتن اطلاعات RAID 5 تقریباً 60 درصد آهسته‏تر از RAID 1 عمل می‏کند. عملیات خواندن هم هیچ تغییری پیدا نمی‏کند . برای رسیدن به بهترین کارآیی ،RAID 5 باید یک فضای ذخیره‏سازی داشته باشد برابر با حاصل جمع فضای تمامی هارد دیسک‏ها منهای 1. بعضی مواقع به این سطح از RAID ،‌” آرایه با PARITY چرخشی ” نیز گفته‏می‏شود . چرا که مانند RAID 4 ،PARITY ها را در یک درایو جداگانه جمع نمی‏کند و این اطلاعات را در تمام آرایه و بر تمام درایوها توزیع می‏کند . هیچ درایو منحصر بفردی برای ذخیره‏ی اطلاعات PARITY وجود ندارد . تمام درایوها شامل داده هستند و عملیات خواندن می‏تواند از تمام درایوها به صورت مشترک انجام شود . برای نوشتن اطلاعات نیز به یک درایو داده و نیز یک درایو دیگر برای ذخیره‏ی اطلاعات PARITY نیاز داریم . با توجه به این‏که ‌ PARITY رکوردهای مختلف روی درایوهای دیگر قرارمی‏گیرد ، ‌عملیا ت نوشتن معمولاً می‏تواند به اشتراک گذاشته شود .بعدیمزايا و مشخصات : در اين نوع به حداقل 3 درايو ديسك سخت نياز داريم . تك تك بلوك هاي داده روي ديسك ها نوشته مي شوند و Parity مربوط به هر بلوك نيز داخل هارد مربوط ذخيره مي گردد. سيكل خواندن بسيار سريع (ترافيك كمتر در گذرگاه) سيكل نوشتن متوسط (محاسبات مربوط به Parity ) قابليت و اطمينان بالا معايب : خرابي در يك ديسك در خروجي تاثير ندارد. طراحي پيچيده مدار كنترلي مشكل در برگرداندن داده ها هنگام بروز اشكالكاربرد : در سيستمهاي Server و بانكهاي اطلاعاتي ISPها

اسلاید 9: RAID 6 RAID 6PARITY DCD 2D 1D 0C 2C 1PARITY BPARITY 1PARITY APARITY 0C 0B 2PARITY CPARITY 2B 1B 0A 2A 1A 0بعدینسخه پیشرفته RAID5 می باشد که تصحیح و کنترل خطا را بهبود می بخشد RAID6 در واقع از دو PARITY مجزا استفاده می کند . این ویرایش RAID اطمینان و توانایی بالا در زمینه Data storage فراهم می کند . مزايا و مشخصات :. بهترين انتخاب براي كاربردهاي بحراني و حساسمعايب : طراحي مدار كنترلي بسيار پيشرفته و پيچيده . سيكل نوشتن بسيار كند ( دوبار محاسبه مربوط به Parity ) نياز به N+2 درايو ديسك سخت بدليل دارا بودن حالت Parity دو بعدي . ( N تعداد ديسكهاي سخت در حالت معمولي ) ادغام اطمينان بالا با قابليت بالا

اسلاید 10: COMPOUND RAIDترکیبی هستند از RAID های گفته شده برای دسترسی به خواص جدید تر .Nested RAIDبعدی

اسلاید 11: RAID 01بعدیهمین طور که از نام این مرحله از RAID مشخص است از تلفیق RAID 0 و RAID 1 تشکیل شده ٬ در این حالت از سرعت و بازدهی بالای RAID 0 و سیستم Fault Tolrrance ٬ RAID 1 استفاده می شود ٬ برای ساختن و راه اندازی این مرحله از RAID حد اقل نیاز به 4 هارد دیسک دارید و اگر از تعداد دیسک بیشتری استفاده می کنید تعداد آنها باید زوج باشد .مزايا و مشخصات : حداقل به 4 دستگاه هارديسك نياز دارد .RAID 0+1 به عنوان آرايه آينه اي نيز معروف است با اين تفاوت كه قطعات داده ها يا Segment ها طبق استراتژي RAID 0 ايجاد شده اند . تحمل خطاي اين نوع آرايه مانند RAID5 مي باشد . نرخ انتقال بالا . بهترين انتخاب براي سيستمهايي كه به كارايي بالا بدون توجه به حداكثر اطمينان نياز داشته باشند .معايب : RAID 0+1 نبايد با RAID10 اشتباه گرفته شود . كوچكترين مشكل در عملكرد يك درايو , آرايه را به مدل RAID 0 تبديل خواهد كرد . قيمت بسيار بالا جابجايي درايوها بايد به صورت موازي انجام گيرد .كاربرد : پردازشهاي تصويري و fileserever هاي عمومي . RAID 0 RAID 0RAID 1A 8A 7A8A 7A 6A 5A 6A 3A 5A 4A 4A 3A 2A 1A 2A 1

اسلاید 12: RAID 1+0 RAID 1 RAID 1RAID 0A 4A 4بعدیهمان RAID 0 است که دارای اعضای متشکل از RAID 1 می باشد . این نوع شبیه RAID 0+1 ولی دارای تحمل خطا (Fault tolerant ) و عملکرد بازسازی (rebuild )بهتر می باشد . مزایا و مشخصات : - عمل تکه تکه کردن بلوکهای داده همانند RAID 1 انجام می پذیرد . - تصحیح و کنترل خطا نیز مانند RAID 2 می باشد . - نرخ انتقال بالا - در شرایط معین امکان تحمل خرابی چند دیسک در این نوع RAID وجود دارد . معایب : - بسیار گران قیمت - منبع تغذیه حتمأ باید متصل به ups باشد . - جابجایی درایوها باید به صورت موازی انجام گیرد . کاربرد: - سیستمهای Server و بانکهای اطلاعاتی .  A 4A 4A 3A 3A 3A 2A 2A 3A 2A 2A 1A 1A 1A 1

اسلاید 13: RAID 53 RAID 5PARITY 3FEDCPARITY 2PARITY 1BA RAID 5PARITY 3FEDCPARITY 2PARITY 1BA RAID 3بعدیمشخصات و مزایا: - این آرایه RAID حداقل به 5 دستگاه دیسک سخت نیاز دارد . RAID53 - در واقع باید RAID03 نامیده شود زیرا عمل Striping آن همانند RAID0 بوده و Segment بندی آن نیز مانند RAID3 می‌باشد . - تحمل خطای آن مانند RAID3 می باشد . - نسبت به RAID3 دارای نرخ انتقال بسیار بهتری می باشد . معایب: - قیمت بالا - همه دیسک ها باید با همدیگر سنکرون شوند که انتخاب نوع و مدل درایو را محدود می‌سازد. - Stripe کردن در سطح بایت ها نهایتاً در محاسبه ظرفیت فرمت شده تأثیر منفی می گذارد .

اسلاید 14: با تشکر از استاد گرامی و توجه همگی عزیزانپایان