..:: مغز کامپیوتر ::..
کلید رهایی از تاریکی
درباره وبلاگ



مدیر وبلاگ : علی عبدیان
مطالب اخیر
نویسندگان
نظرسنجی
شما بیشتر به چه نوع مطلبی علاقه دارید ؟








استفاده از چندین دیسك سخت در جهت بالابردن كیفیت و اطمینان

مقدمه :
حدود سال‌های 1361- 1360 هجری شمسی سیستم‌های كامپیوتری با افزایش حجم اطلاعات روبرو شدند لذا نیاز به سرویس‌دهی وذخیره‌سازی به‌تر اطلاعات احساس شد. تكنولوژی ذخیره‌سازی گران‌تر می‌شد ولی همچنان نیاز به ذخیره‌سازی وجود داشت و ذخیره‌سازی اطلاعات روی دیسك‌های سخت سرورها مقرون به صرفه نبود. راه حلی مورد نیاز بود تا بتوان وضعیت را بهبود داد و دقیقاً در این زمان بود كه سیستم Raid متولد شد.

به راستی RAID چیست؟ RAID از واژه Redundant Array of Inexpensive Disks به معنای دیسك‌های ارزان قیمتی است كه در یك صف یا آرایه قرار می‌گیرند می‌باشد. در این سیستم چندین دیسك سخت با هم  طبق قاعده‌ای خاص مرتبط شده و ظرفیت بالایی از ذخیره‌سازی را با كیفیت بالا می‌سازد. در واقع ظرفیت ذخیره‌سازی و قابل اطمینان بودن از مشخصه‌های بارز سیستم ذخیره‌سازی جدید هستند. روش جدید ذخیره‌سازی در شبكه‌های بزرگ و بازار سرورهای استاندارد مورد استفاده قرار گرفت و در پنج سال گذشته این سیستم نزد كاربران متداول تر شد.
فایده های RAID


سه دلیل اصلی استفاده از RAID عبارتند از :
•افزونگی
•بالابردن كیفیت
•هزینه پایین تر

افزونگی یا Redundancy مهم‌ترین دلیل استفاده از RAID در سرورها می‌باشد كه درواقع نسخه پشتیبانی از اطلاعات است كه در هنگام آسیب رسیدن به اطلاعات مورد استفاده قرار می‌گیرد. اگر یكی از درایوها در یك آرایه از هارد دیسك‌ها آسیب ببیند و خطا دهد سیستم با تكیه بر درایوهای دیگر اقدام به بازیابی و تعمیر خود به صورت آنلاین می‌نماید (Hot Swappable) . روش افزونگی متناسب با نوع RAID متفاوت است.

بالا رفتن كیفیت تنها زمانی حاصل می‌شود كه از نسخه خاصی از RAID استفاده شود. همچنین كیفیت به تعداد درایوهایی كه در یك آرایه (Array) هستند و به كنترلر آن‌ها وابسته است.

اغلب مدیران IT تمایلی به صرف هزینه‌های زیاد جهت ارتقای سیستم ندارند. زمانی كه روش RAID عرضه شد، هزینه‌ها نیز مورد توجه قرار گرفت. هزینه استفاده از چندین دیسك سخت ظرفیت پایین به مراتب پایین‌تر از یك دیسك سخت با ظرفیت بالا بود و همین امر یكی دیگر از مزایای RAID است.

به طور معمول سه فرم از RAID ها در سیستم‌های كامپیوتری مورد استفاده قرار می‌گیرند یعنی RAID0 ،  RAID 1و RAID 5 . در بیشتر موارد تنها دوتای اول قابل پیاده‌سازی هستند و درواقع یكی از آن ها از لحاظ فنی RAID نمیباشد.
RAID0
پایین ترین سطح قابل استفاده RAID ، سطح  صفر یا LEVEL0 می‌باشد كه در واقع نسخه صحیحی از RAID نمی‌باشد. درصورتیكه یكی از درایوها دچار مشكل شود كلیه اطلاعات آسیب خواهند دید. Raid0 از روشی به نام  Striping استفاده می‌كندStriping  یك تكه از اطلاعات را (مانند یك تصویر گرافیكی) برداشته و در درایوها پخش می‌كند. از فایده های Strip ، ارتقاء كیفیت است. دو برابر حجم اطلاعات قابلیت كپی شدن روی دو درایو در زمان مشخص هستند. در زیر مثالی از نحوه كپی شدن اطلاعات در RAID0 آورده شده است.

در جدول زیر هر ردیف نمایانگر یك بلوك از اطلاعات روی درایو است و هر ستون یك درایو مستقل را نشان می‌دهد. عددها نمایانگر بلوك‌هایی داده هستند.
 
از اینرو درصورتیكه شش بلوك از اطلاعات تشكیل‌دهنده یك فایل اطلاعاتی باشند می‌توانند با سرعتی بیشتر از یك درایو از روی درایوها خوانده شوند. هر درایو كه به صورت موازی كار می‌كند تنها می‌تواند سه بلوك فیزیكی را بخواند و اگر درایوی خطا بدهد و قابل دسترس نباشد اطلاعات ما دیگر قابل دسترسی نخواهد بود. برای داشتن یك فایل نیازمند همه بلوك‌های اطلاعاتی هستیم. فایده این روش بالا بردن كیفیت ذخیره‌سازی و همچنین ظرفیت بالای ذخیره‌سازی اطلاعات خواهد بود. عدم داشتن نسخه جایگزین اطلاعات از مشكلات این روش است.
RAID 1
نسخه RAID1 اولین پیاده‌سازی واقعی RAID به شمار می‌رود و نمونه ساده‌ای از جایگزینی Redundancy به نام mirroring می‌باشد. این مدل به دو درایو با ظرفیت‌های یكسان نیاز دارد. یكی از درایوها فعال است و درایو دیگر Mirror می‌باشد. وقتی اطلاعات روی درایو فعال نوشته می‌شود همان اطلاعات روی درایو mirror هم كپی می‌شود.
در زیر نمونه ای از نحوه نوشته شدن اطلاعات را در RAID1 مشاهده می‌كنید.
 
اگر یكی از درایوها از كار بیفتد درایو بعدی هنوز كل اطلاعات موجود در سیستم را در خود ذخیره دارد. بزرگ‌ترین عیب این مدل داشتن دو درایو با ظرفیت یكی از آن‌هاست و آن بدین معناست كه  ظرفیت واقعی حاصل جمع ظرفیت دو درایو استفاده شده جهت ذخیره‌سازی اطلاعات نیست و نیمی از این ظرفیت برای تهیه نسخه پشتیان مورد استفاده قرار می‌گیرد. فایده این مدل پیاده‌سازی Full redundancy در سیستم است و عیوب آن عبارتند از :
•ظرفیت ذخیره‌سازی به بزرگی ظرفیت كمترین درایو است.
•كیفیت ذخیره‌سازی بالا نمی‌رود.
•برای عوض كردن درایو فعال در صورت بروز مشكل مجبور به قطعی موقت هستیم.
RAID 0+1
این مدل مخلوطی از دو مدل RAID گذشته است و تولید كنندگان سعی كرده اند تا فایده‌های دو مدل قبلی را در یك مدل پیاده‌سازی كنند. در این سیستم حداقل چهار درایو دیسك سخت مورد نیاز است تا بتوان روش های Striping و  Mirroring را مخلوط كرد و به كیفیت بالاتر ذخیره‌سازی همراه با Redundancy رسید. جفت اول درایوها می‌توانند فعال بوده و اطلاعات را مانند RAID0 ذخیره كنند. جفت درایو دوم در واقع كپی از اطلاعات دو درایو اول هستند.
در زیر نمونه پیاده‌سازی این مدل آمده است :
 
در این مدل اطلاعات روی درایوهای مختلف ذخیره می‌شوند و این در حالی است كه در همان زمان یك نسخه از هر بلوك روی درایوهایی دیگر كپی می‌شود. این مدل باعث افزایش كیفیت شده و زمان نوشته‌شدن اطلاعات را كاهش می‌دهد. همچنین اصل Redundancy نیز در آن رعایت می‌شود. بزرگ‌ترین مشكل این مدل هزینه زیاد برای  پیاده‌سازی آن است زیرا حداقل به چهار درایو دیسك سخت نیاز است. پس به طور كلی بالارفتن كارایی و كیفیت ذخیره‌سازی و همچنین داشتن یك Redundancy كامل از اطلاعات از مزایای این مدل می‌باشد. كم شدن ظرفیت موثر ذخیره‌سازی و همچنین نیاز به داشتن تعداد زیادی گرداننده دیسك سخت از معایب این سیستم محسوب می‌شود.
RAID 10 or 1+0
RAID10 بسیار شبیه به RAID 0+1 می‌باشد با این تفاوت كه تقسیم بلوك‌های اطلاعات بین زوج درایوها انجام می‌شود و عملیات Mirroring در هر زوج از درایوها صورت می‌گیرد، یعنی درایو یك و درایو دو RAID1 شده و Mirror هستند. درایو سه و درایو چهار نیز mirror یكدیگر هستند. این دو مجموعه درایو به صورت Strip تنظیم شده و با هم كار می‌كنند.
مثال زیر نحوه نوشته شدن اطلاعات در مدل RAID10 را نشان می‌دهد.
 
RAID10 نیز همانند RAID0+1، حداقل نیاز به چهار دیسك سخت دارد. كارایی تقریباً مانند RAID0+1 است اما حفاظت از اطلاعات كمی بهتر انجام می‌شود. بالارفتن كارایی و كیفیت ذخیره‌سازی و همچنین داشتن Redundancy كامل اطلاعات از مزایای این مدل می‌باشد. كم شدن ظرفیت مؤثر ذخیره‌سازی و همچنین نیاز به داشتن تعداد زیاد گرداننده دیسك سخت از معایب این سیستم محسوب می‌شود.
RAID 5
قدرتمندترین مدل RAID در كامپیوترهای Desktop به كار گرفته می‌شود. به طور كلی این متد نیز نیازمند كارت كنترلر جهت مدیریت آرایه می‌باشد اما برخی از سیستم عامل‌های كامپیوترهای رومیزی نیز می‌توانند  RAID را ایجاد كنند. این روش از روش Stripping با قابلیت ایجاد  Parity در جهت ایجاد Redundancy اطلاعات استفاده می‌كند. حداقل سه گرداننده دیسك سخت برای ایجاد آرایه Raid5 مورد نیاز است. برای بالابردن كارایی ، هم ظرفیت بودن آن ها توصیه می‌شود.

Parity  یا زوجیت حاصل از فرمولی ریاضی است كه دو بلوك از اطلاعات را مقایسه كرده و بلوكی جدید حاصل از دو بلوك اول ایجاد می‌كند. ساده ترین راه برای توضیح آن زوج یا فرد بودن است. اگر مجموع دو بلوك زوج باشد پس بیت Parity نیز زوج خواهد شد و اگر مجموع دو بلوك فرد باشد بیت Parity نیز فرد خواهد شد. بنابراین 0+0 و 1+1 هردو برابر 0 خواهند شد و در 1+0 یا 0+1 برابر یك خواهد شد. منطبق بر این مدل ریاصی باینری درصورت مشكل در یك درایو (در یك آرایه) این امكان وجود دارد كه با بیت Parity بتوان اطلاعات را بازیابی كرد.

حال مثالی از RAID5 را مرور می‌كنیم. در جدول زیر هر سطر نمایانگر بلوك فیزیكی درایو خواهد بود و هر ستون یك درایو مستقل است. شماره ها نشاندهنده بلوك های اطلاعات هستند. تكرار شماره ها نیز نشانگر تكرار بلوك اطلاعاتی خواهد بود. در این جدول “P” بیت Parity را برای دو بلوك اطلاعاتی نشان می‌دهد.
 
بیت Parity  در درایوهای مختلف كپی شده است. در این روش به دلیل وجود چندین درایو ، سرعت نوشتن اطلاعات بالاتر می‌رود لذا كارایی در این حالت بالاتر رفته است. همچنین اطلاعات به دلیل وجود بیت Parity كاملا Redundant هستند.

درصورت وجود خطا در درایو شماره دو ، اطلاعات به دلیل وجود بیت Parity و قسمتی از اطلاعات در درایو دیگر قابل بازیابی هستند. ظرفیت ذخیره‌سازی به دلیل ایجاد Parity تا حدودی كاهش می‌یابد. ظرفیت آرایه منطبق بر فرمول زیر كاهش می‌یابد. در این فرمول n تعداد درایوها  و z نمایانگر ظرفیت آن هاست.

(n-1)z = Array Capacity

به طور مثال درصورتی كه سه درایو 500 GB داشته باشیم حجم كلی موثر قابل استفاده معادل  (3-1)x500GB یا  1000GB خواهد شد.

سخت افزار RAID5 همچنین می‌تواند تابعی به نام Hot Swap را پشتیبانی كند و آن بدین صورت است كه می‌توان در حالی كه سیستم در حال كار است درایو جدیدی را به مجموعه درایوهای آرایه اضافه كنیم و یا اینكه در صورت آسیب دیدن یكی از درایوها ، آن را با درایو سالم تعویض كنیم. بدیهی است برای بازیابی اطلاعات آرایه زمان مورد نیاز است. با توجه به موارد فوق مزایا و عیوب این مدل عبارتند از :

مزایا:
•بالابردن كارایی آرایه
•Redundancy كامل
•همیشه بالا بودن سیستم

عیوب:
•هزینه بالای پیاده‌سازی
•كاهش كارایی در هنگام بازیابی
RAID سخت‌افزاری یا نرم‌افزاری :
جهت پیاده‌سازی RAID نیاز به سیستم عامل و یا سخت‌افزاری است كه بتواند جریان اطلاعات را از سیستم كامپیوتر به آرایه‌ای از درایوها هدایت كند. در راستای پیاده‌سازی نرم‌افزاری، بخشی از قدرت پردازش پردازنده به طور مستقل به RAID اختصاص خواهد یافت.

پیاده‌سازی نرم‌افزاری مقرون به صرفه‌تر خواهد بود زیرا تمام آنچه كه باید هزینه شود خرید دیسك سخت خواهد بود. مشكل پیاده‌سازی نرم‌افزاری كیفیت آن است. به طور كلی كیفیت این روش كاملاً وابسته به پردازنده، حافظه، درایوها و مدل RAID ای است كه استفاده می‌شود.

RAIDسخت‌افزاری به دلیل وجود مدار الكترونیكی اختصاصی و پردازش RAID مستقل از پردازنده اصلی سیستم مفیدتر است. این مدل به‌ترین كیفیت را برای پیاده‌سازی RAID در یك آرایه درایو ارائه می‌دهد. بزرگ‌ترین مشكل RAID سخت‌افزاری هزینه زیاد آن است.
انتخاب گرداننده دیسك سخت مناسب:
كیفیت پیاده‌سازی RAID كاملاً وابسته به كیفیت درایوهایی خواهد بود كه در یك آرایه مورد استفاده قرار می‌گیرند. برای داشتن به‌ترین نتیجه، كلیه دیسك‌های سخت باید از یك برند و هم ظرفیت باشند و آن به این معناست كه كلیه درایوها دارای كیفیت  و ظرفیت یكسان هستند.

ظرفیت یك آرایه RAID وابسته به روشی است كه انتخاب می‌كنیم. در RAID0 عملیات Striping تنها قابل پیاده‌سازی روی ظرفیتی یكسان از  دو دیسك سخت خواهد بود. به طور مثال درصورتی كه از دو دیسك سخت با ظرفیت های 80GB و  100GB استفاده شود ظرفیت نهایی 160GB خواهد بود. در RAID1 ، اطلاعات روی ظرفیت كم‌تر Mirror خواهند شد. از این رو اگر دو دیسك سخت فوق را در نظر بگیریم، ظرفیت مؤثر 80GB خواهد بود. RAID5 به دلیل وجود فرمول ریاضی كمی‌پیچیده‌تر است. در این حالت كمترین ظرفیت مورد استفاده قرار خواهد گرفت. درصورتی كه دارای دیسك‌های سخت  80GB،  100GB و 120GB باشیم ظرفیت نهایی 160GB خواهد بود. همچنین كیفیت آرایه به درایوها بستگی خواهد داشت. 

جمع بندی :
با توجه به مطالبی كه مطالعه كردید كلیه RAIDها منطبق بر نیاز سازمان و تامین شرایط اولیه سخت افزاری قابل پیاده‌سازی هستند. بسیاری از مشتریان به دلیل بالا بودن كیفیت RAID0 ، آن را برای پیاده‌سازی ترجیح می‌دهند. همچنین بیشتر سیستم‌های كامپیوتری تنها از RAID0 یا  1 پشتیبانی می‌كنند. پیاده‌سازی RAID0+1 یا RAID5 مستلزم هزینه بالا است و لذا بیش‌تر در شبكه‌های بزرگ و سرورهای اصلی مورد استفاده قرار می‌گیرد.






نوع مطلب : سخت افزار، 
برچسب ها :
لینک های مرتبط :
نظرات پس از تایید نشان داده خواهند شد.


آمار وبلاگ
  • کل بازدید :
  • بازدید امروز :
  • بازدید دیروز :
  • بازدید این ماه :
  • بازدید ماه قبل :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :
 
 
 
شبکه اجتماعی فارسی کلوب | Buy Website Traffic | Buy Targeted Website Traffic