آشنايي با فناوری کاربردی RAID

 کمي تاريخچه
ایده مجازی‌سازی در ابزارهای ذخیره‌سازی را اولین بار David A. Patterson، Garth A. Gibson و Randy Katz در دانشگاه کالیفرنیا، برکلی و در سال 1987 ارائه کردند. این سیستم در آن زمان با نام آرایه قابل جایگزینی دیسک‌های ارزان‌قیمت Redundant Array of inexpensive Disks شناخته می‌شد که بعدها به RAID تغییر پیدا کرد. هم‌اکنون نام RAID به‌عنوان یک شناسه برای معرفی تمامی فناوري‌هایی که داده‌ها را ميان دو یا چند درایو ذخیره‌سازی فیزیکی توزیع می‌کنند، استفاده مي‌شود. این آرایه سپس توسط سیستم‌عامل به‌عنوان یک درایو واحد در دسترس خواهدبود.
فناوري RAID دارای پروتکل‌های متعددی است که هر یک ويژگي‌هاي خاصی داشته و برای استفاده در محیط‌های متفاوت طراحی شده‌اند. هر پروتکل ترکیب متفاوتی از میزان اعتمادپذیری و کارایی را در اختیار سیستم خواهدگذاشت.
تعدادی از پروتکل‌های استانداردشده به‌عنوان سطوح مختلف استاندارد معرفی می‌شوند. در مراحل ابتدایی استاندارد‌سازی تنها پنج سطح برای RAID در نظر گرفته شده‌بود اما از آن زمان، تعداد بسیار بیشتری از سطوح که اغلب از طراحی‌های تودرتو استفاده می‌کنند نیز معرفی شده‌اند. در ادامه به معرفی سطوحي خواهيم‌پرداخت که بيشترين استفاده را در استاندارد  RAIDدارند.

 
انواع فناوري RAID
RAID0 اولین سطح استاندارد RAID است که بلوک‌های داده‌ها را بدون خطایابی و همچنین بدون همانندسازی ميان دو درایو فیزیکی توزیع می‌کند. البته این سطح به این دلیل که هیچ‌گونه امکان جایگزینی را ارائه نکرده و از هیچ سیستم تشخیص خطایی نيز استفاده نمی‌کند، جزء سطوح استاندارد اولیه RAID نبود. RAID0 کارایی را افزایش داده و تقریباً استفاده از تمامی فضای ذخیره‌سازی هارددیسک را امکان‌پذير می‌کند. حجم ذخیره‌سازی آرایه برابر با حجم کوچک‌ترین درایو ضربدر تعداد درایوهای موجود در آرایه است. برای مثال، در صورت استفاده از یک درایو 120 گیگابایتی و یک درایو 100 گیگابایتی، حجم کلی ذخیره‌سازی برابر با 200 گیگابایت خواهدبود. این سطح هیچ‌گونه محافظتی در برابر از دست رفتن اطلاعات ارائه نمی‌کند. هرگونه بروز خطا در هر یک از درایوهای موجود در آرایه به از دست رفتن تمامی اطلاعات منجر خواهدشد. به همین دلیل، افزایش تعداد درایوهای هر آرایه به صورت بالقوه‌ای امکان از دست رفتن داده‌ها را افزایش می‌دهد. در صورتی که امکان خرابی هر هارددیسک در سه سال پنج درصد باشد، در آرایه‌ای با دو هارددیسک، احتمال خرابی در مدت زمان مشابه دو برابر یعنی ده درصد خواهدبود. در پایین‌ترین سطح، امکان بروز خرابی دو برابر بیشتر از یک درایو فیزیکی واحد است که به‌طور معمول شامل یک هارددیسک مي‌شود. این مشکل به این دلیل اتفاق می‌افتد که هنگام نوشته شدن داده‌ها روی درایوهای آرایه، کنترل‌کننده RAID داده‌ها را به تکه‌هایی با نام بلوک‌های داده‌ای می‌شکند. اندازه این بلوک‌ها را کاربر از گزینه‌های موجود در بخش تنظیم کنترل‌کننده RAID تعیین مي‌کند. هر چند هر بلوک می‌تواند تا اندازه یک بایت کوچک باشد اما به‌طور معمول، آن‌ها ضریبی از اندازه 512 بایتی سکتورهای هارددیسک هستند. این موضوع به هر درایو اجازه می‌دهد، در زمان خواندن یا نوشتن داده‌ها، به صورت مستقل به داده‌ها دسترسی داشته‌باشد. بلوک‌های داده یکی پس از دیگری روی سکتورهای مشابه روی درایوهای متفاوت نوشته‌می‌شوند. این روش به سیستم اجازه می‌دهد، تعداد بیشتری از بلوک‌های مربوط به یک بخش بزرگ از داده‌ها را به صورت همزمان از روی هارددیسک‌ها بازخوانی کرده و به این ترتیب پهنای باند مؤثر را افزایش دهد. RAID0 از هیچ روش بررسی خطایی استفاده نمی‌کند، به همین دلیل هیچ‌یک از خطاها قابل تصحیح نخواهندبود. هرچه تعداد دیسک‌های یک آرایه بیشتر باشد، کارایی بالاتر خواهدبود اما از سوی دیگر، خطر از دست رفتن داده‌ها نیز به همان میزان افزایش خواهدیافت. از RAID0 تنها در سیستم‌هایی استفاده می‌شود که صرفاً برای کارایی بالا طراحی شده‌اند. داده‌هایی که برای مدت کوتاهی (کمتر از یک روز) روی سیستم ذخیره خواهندشد یا داده‌هایی که به سهولت قابل جایگزینی هستند، به‌طور معمول در سیستم‌هایی با فناوري RAID0 ذخیره می‌شوند .

RAID 1
RAID1 دومین سطح استاندارد RAID است که داده‌های مشابه را روی دو یا چند هارددیسک می‌نویسد. این سطح شامل هیچ‌گونه توزیع داده‌ای نيست و درایوها، داده‌هایی دقیقاً مشابه را دریافت خواهندکرد. اگرچه امکان استفاده از چندين هاردديسک در RAID1 وجود دارد اما تقریباً تمامی پیکربندی‌ها از دو درایو فیزیکی استفاده می‌کنند. سیستم تا زمانی که یکی از درایوها در حال کار باشد، قابل استفاده خواهدبود. در صورت استفاده از سیستم‌عامل‌های مناسب، امکان افزایش سرعت در خواندن اطلاعات وجود خواهدداشت، هرچند سرعت نوشتن در هر حالت، مشابه زمانی است که سیستم از یک درایو فیزیکی منفرد استفاده می‌کند. اجرای RAID1 با استفاده از کنترل‌کننده‌های مجزا برای هر دیسک و خوانش همزمان، گاهی Multiplexing نیز نامیده می‌شود. RAID0 اغلب به‌عنوان امن‌ترین و البته گران‌قیمت‌ترین پیکر‌بندی RAID شناخته‌می‌شود. به این دلیل که داده‌های مشابهی روی تمامی هارددیسک‌های موجود در آرایه ذخیره می‌شود، فضای ذخیره‌سازی در دسترس فقط به اندازه فضای ذخیره‌سازی کم‌حجم‌ترین درایو موجود در آرایه خواهدبود. به‌عنوان یک مثال ساده، یک آرایه RAID1 که از دو درایو هارددیسک سخت مشابه، با ضریب خطای پنج درصد در سه سال استفاده می‌کند، دارای ضریب خطایي برابر با فقط 25/. درصد در طول مدت مشابه خواهدبود. از آنجا که احتمال بروز خطا در هر هارددیسک به صورت استاتیکی مستقل است، احتمال بروز خطا در هر دو درایو به صورت همزمان بسيار کم خواهدبود اما در صورتی که هارددیسک سخت اول خراب شده و تعویض نشود، احتمال از دست رفتن اطلاعات در طول سه سال، پنج درصد خواهدبود.