نظرة عامة على RAID

    RAID هي تقنية تُستخدم لتحسين أداء تخزين البيانات وموثوقيتها، ويتكون نظام RAID من محركي أقراص أو أكثر تعمل بالتوازي، والتي يمكن أن تكون أقراصًا صلبة أو أقراص SSD (محركات أقراص الحالة الصلبة)، ويمكن تصنيف RAID إلى SoftRAID وHardRAID. في SoftRAID، تتم إدارة بنية الذاكرة بواسطة نظام التشغيل. في HardRAID، توجد وحدة تحكم ومعالج مخصصان داخل القرص لإدارة الذاكرة.

مستويات RAID

تتضمن مستويات RAID مستويات RAID الأساسية (0 و1 و5 و6) ومستويات RAID المخططة (10 و50 و60). تجمع مصفوفات RAID المخططة بين مصفوفتين أو أكثر من مصفوفات RAID الأساسية لتوفير أداء وسعة وتوافر أعلى من خلال تجاوز الحد الأقصى لعدد محركات الأقراص التي تدعمها كل مصفوفة على وحدة تحكم RAID محددة.

RAID 0

يعتمد RAID 0 على تجزئة البيانات، حيث يتم تقسيم دفق البيانات إلى عدة أجزاء أو كتل، مع تخزين كل كتلة على قرص مختلف. لذلك، عندما يحتاج النظام إلى قراءة البيانات، يمكنه قراءة البيانات من جميع الأقراص في نفس الوقت ودمجها لإعادة بناء دفق البيانات بالكامل. وتتمثل ميزة هذا النهج في أن عمليات القراءة/الكتابة تكون أسرع بكثير، مما يجعلها مثالية للسيناريوهات التي يكون فيها الأداء له الأسبقية على الاعتبارات الأخرى. بالإضافة إلى ذلك، فإن السعة الإجمالية لوحدة التخزين بأكملها هي مجموع سعات جميع الأقراص الفردية.

ما هو التجريد؟ يتم تقسيم البيانات عبر أقراص متعددة وتوزيعها بالتساوي على جميع الأقراص، مما يؤدي إلى التخلص من أي حمل زائد على قرص واحد. يمكن استرجاع البيانات من أقراص متعددة في وقت واحد، مما يحسن السرعة والأداء.

المزايا

- يتم توزيع البيانات عبر محركات أقراص متعددة

- يتم استخدام مساحة القرص بالكامل

- يلزم وجود 2 محرك أقراص على الأقل

- أداء عالٍ

العيوب

- لا تدعم تكرار البيانات

- لا تدعم تحمل الخطأ

- لا توجد آلية لاكتشاف الأخطاء

- يؤدي تعطل أي قرص واحد إلى فقدان كامل للبيانات في المصفوفة المقابلة له

RAID 1

يستخدم RAID 1 مفهوم النسخ المتطابق للبيانات، حيث يتم نسخ البيانات أو استنساخها إلى مجموعة من الأقراص المتطابقة بحيث يمكن استخدام قرص آخر في حالة فشل أحد الأقراص. كما أنه يحسن أداء القراءة لأنه يمكن الوصول إلى كتل البيانات المختلفة في نفس الوقت من جميع الأقراص.

ومع ذلك، على عكس RAID 0، يتم تقليل أداء الكتابة لأنه يجب تحديث جميع محركات الأقراص كلما تمت كتابة بيانات جديدة. العيب الآخر هو إهدار المساحة في تكرار البيانات، وبالتالي زيادة تكاليف التخزين.

ما هو النسخ المتطابق للبيانات؟ تعني عملية النسخ المتطابق للبيانات عبر أقراص متعددة أنه يتم تخزين نسخ من البيانات عبر أجهزة تخزين مختلفة، مما يزيد أيضًا من التكرار والأداء.

RAID 1 هو الأكثر استخدامًا RAID، وهو مصمم لتعزيز أمان البيانات المخزنة. على سبيل المثال، إذا تمت كتابة ملف وحفظه على محرك أقراص ثابت واحد، يتم حفظه تلقائيًا على محرك الأقراص الثابتة 2 أو 3 أو الأقراص الأخرى. هذا يعني أن النظام يوفر التكرار الكامل، مما يعني أنه في حالة فشل أحد محركات الأقراص، يكون محرك الأقراص الثاني جاهزاً لتولي المسؤولية.

المزايا

-يقوم بإجراء النسخ المتطابق للبيانات، حيث تتم كتابة البيانات نفسها من محرك أقراص إلى محرك أقراص آخر لتحقيق التكرار.

- سرعات قراءة عالية، حيث يمكن استخدام أي محرك أقراص إذا كان أحد محركات الأقراص مشغولاً

- تستمر المصفوفة في العمل بشكل طبيعي حتى في حالة تعطل أي محرك أقراص

- يلزم وجود 2 محرك أقراص على الأقل

العيوب

- تكلفة أعلى (كل محرك أقراص يتطلب محرك أقراص إضافي للنسخ المتطابق)

- أداء كتابة أبطأ بسبب الحاجة إلى تحديث جميع محركات الأقراص

RAID 5

يتطلب RAID 5 ثلاثة محركات أقراص على الأقل، ومثل RAID 0، يتم تجريد البيانات عبر محركات أقراص متعددة، ولكن يتم توزيع "التكافؤ" عبر محركات الأقراص. في حالة فشل محرك أقراص واحد، يتم استخدام معلومات التكافؤ المخزنة على محركات الأقراص الأخرى لإعادة بناء البيانات. وقت التعطل هو صفر. سرعات القراءة سريعة جداً، ولكن سرعات الكتابة أبطأ قليلاً بسبب الحاجة إلى حساب التكافؤ. وهي مثالية لخوادم الملفات والتطبيقات التي تحتوي على عدد محدود من محركات أقراص البيانات.

يخسر RAID 5 33% من مساحة التخزين (باستخدام ثلاثة محركات أقراص) بسبب التكافؤ، ولكنه لا يزال إعدادًا أكثر فعالية من حيث التكلفة من RAID 1. يستخدم تكوين RAID 5 الأكثر شيوعًا أربعة محركات أقراص، مما يقلل من فقدان مساحة التخزين إلى 25٪. يمكن أن يعمل مع ما يصل إلى 16 محرك أقراص.

يُعرف RAID 5 أيضًا باسم التجريد مع التكافؤ الموزع:

المزايا

-التجريد على مستوى الكتلة مع التكافؤ الموزع

-يتم توزيع التكافؤ عبر الأقراص في المصفوفة

-أداء عالٍ

-فعالة من حيث التكلفة

-يتطلب 3 محركات أقراص على الأقل

العيوب

- قد يستغرق الاسترداد وقتًا أطول في حالة تعطل القرص، حيث يجب حساب التكافؤ من جميع محركات الأقراص المتاحة

- لا يمكن تحمل أعطال محرك الأقراص المتزامنة

RAID 6

يستخدم RAID 6 كتل تكافؤ مزدوجة لتحقيق تكرار أفضل للبيانات من RAID 5، مما يزيد من تحمل الأخطاء في حالة فشل ما يصل إلى اثنين من محركات الأقراص في المصفوفة. يحتوي كل قرص على كتلتي تكافؤ، والتي يتم تخزينها على أقراص مختلفة في المصفوفة. RAID 6 هو بنية تحتية عملية جداً للحفاظ على أنظمة عالية التوفر.

يعد RAID 6 خيارًا جيدًا لخوادم الويب القياسية، حيث تكون معظم المعاملات عبارة عن عمليات قراءة، ولكن لا يوصى به لبيئات إعادة الكتابة مثل خوادم قواعد البيانات.

يُعرف RAID 6 أيضًا باسم التجريد مع التكافؤ الموزع المزدوج:

المزايا

-التجريد على مستوى الكتلة مع التكافؤ الموزع المزدوج

-ينشئ كتلتين متماثلتين

-يمكنه تحمل تعطل محركي أقراص في نفس الوقت في المصفوفة

-التحمل الإضافي للأعطال والتكرار

-يتطلب 4 محركات أقراص على الأقل

العيوب

- قد تكون التكلفة عاملاً في ذلك

- تستغرق كتابة البيانات وقتاً أطول بسبب التكافؤ المزدوج

الغارة 10 (الغارة 1+0)

يجمع RAID 10 بين RAID 1 و RAID 0 بترتيب عكسي. يُشار إليها أحيانًا باسم RAID "المتداخل" أو RAID "الهجين"، حيث تقدم أفضل ما في العالمين مع الأداء السريع ل RAID 0 والتكرار ل RAID 1. في هذا التكوين، يتم توصيل عدة كتل RAID 1 ببعضها البعض لتعمل مثل RAID 0. يتم استخدامه عندما يكون أداء القرص العالي (أكبر من RAID 5 أو 6) والتكرار مطلوبًا.

المزايا

-لا يوجد تكافؤ

-يؤدي تجريد RAID 0 والنسخ المتطابق RAID 1

-يتم تنفيذ التعرية قبل إجراء النسخ المتطابق

-السعة المتاحة هي n/2 * حجم القرص (n = عدد الأقراص)

-يجب أن يكون عدد محركات الأقراص المطلوبة من مضاعفات 2

-أداء عالٍ عند تجريد البيانات

العيوب

- تكلفة عالية، حيث أن كل محرك أقراص يتطلب محرك أقراص إضافي

- لا يتم استخدام 100% من سعة القرص، حيث يتم استخدام النصف للنسخ المتطابق

- قابلية توسع محدودة للغاية

RAID 50

يتكون RAID 50 من مصفوفتين أو أكثر من مصفوفتي RAID 5، مما يشكل مصفوفة مخططة مشابهة ل RAID 0. بالمقارنة مع تكوين نفس العدد من مصفوفات RAID 5، فإنه يوفر أداء وصول أعلى وأداء أقوى لحماية البيانات. تسمى مصفوفة واحدة مكافئة ل RAID 5 "مجموعة فرعية" أو "مصفوفة فرعية"، ويمكن تكوين ثلاث مجموعات فرعية أو أكثر.

يمكن تنفيذ RAID 50 على الخوادم والمصفوفات لتشغيل تطبيقات مختلفة، مثل خوادم الملفات، وخوادم قواعد البيانات، والتخزين والنسخ الاحتياطي للآلة الافتراضية، وتحرير الفيديو، وعرض الرسوم المتحركة ثلاثية الأبعاد، وما إلى ذلك.

يُعرف RAID 50 أيضًا باسم المخطط مع التكافؤ الموزع:

المزايا

-يقلل من وقت إعادة البناء

-تحسين أداء التكرار

-يعزز أداء الوصول

العيوب

-يتطلب أكثر من 6 محركات أقراص

-يقلل من كفاءة التركيب

-التكرار المحدود

RAID 60

يجمع RAID 60 (يُشار إليه أحيانًا باسم RAID 6+0) بين عدة مجموعات RAID 6 (تجريد مع تكافؤ مزدوج) مع RAID 0 (تجريد). يسمح التكافؤ المزدوج بفشل اثنين من محركات الأقراص في كل مصفوفة RAID 6، بينما يحسن التجريد السعة والأداء دون إضافة محركات أقراص إلى كل مصفوفة RAID 6.

مثل RAID 50، يمكن أن تستوعب تكوينات RAID 60 8 محركات أقراص أو أكثر، ولكنها مناسبة فقط للتكوينات التي تحتوي على 16 محرك أقراص أو أكثر. تتراوح السعة القابلة للاستخدام ل RAID 60 من 50٪ إلى 88٪، اعتمادًا على عدد محركات البيانات في مجموعة RAID.

يُرجى ملاحظة أن جميع التكوينات متعددة الفروع المذكورة أعلاه المتوفرة ل RAID 10 و RAID 50 متاحة أيضًا ل RAID 60. على سبيل المثال، بالنسبة لـ 36 محرك أقراص، يمكنك الحصول على RAID 60 مع كل فرع يحتوي على 18 محرك أقراص، أو RAID 60 مع ثلاثة أرجل، يحتوي كل منها على 12 محرك أقراص.

يشبه RAID 60 RAID 50 ولكنه يوفر مزيدًا من التكرار، مما يجعله مناسبًا للخوادم ذات السعات الكبيرة للغاية، خاصة تلك التي لا تقوم بنسخ البيانات احتياطيًا (مثل خوادم المراقبة بالفيديو التي تتعامل مع عدد كبير من الكاميرات).

يُعرف RAID 60 أيضًا باسم المخطط عبر المناطق مع التكافؤ الموزع المزدوج:

المزايا

-يمكن لكل مصفوفة RAID 6 داخل المجموعة أن تتحمل تعطل محركي أقراص اثنين، مما يجعلها آمنة للغاية.

-كبيرة جدًا وفعالة من حيث التكلفة، مع الأخذ في الاعتبار أن مستوى RAID هذا لن يستخدم إلا إذا كان هناك عدد كبير من محركات الأقراص.

العيوب

- يتطلب عددًا كبيرًا من محركات الأقراص

- أكثر تكلفة قليلاً من RAID 50 بسبب فقدان المزيد من محركات الأقراص لحسابات التكافؤ

مقارنة مستوى RAID

يعتمد اختيار مستويات RAID على العوامل التالية:

- قراءة الأداء

- كتابة الأداء

- تحمّل الأخطاء

- تدهور أداء المصفوفة (لمستويات RAID المتسامحة مع الأخطاء)

- سعة التخزين الفعالة