سطوح مختلف RAID

تا کنون در ارتباط با اینکه RAID چیست؟ و انواع RAID صحبت کردیم، در این مقاله قصد داریم به بررسی سطوح مختلف RAID بپردازیم. RAID  دارای چندین سطح می‌باشد که نوع آن معمولا به وسیله یک عدد مشخص می‌شود. وقتی که صحبت از سطوح RAID می‌شود منظور کیفیت ذخیره اطلاعات نیست، بلکه نحوه ذخیره‌سازی اطلاعات در آرایه‌ای از دیسک‌ها می‌باشد. تا کنون ۹ سطح متفاوت RAID پیاده‌سازی شده‌است که عبارتند از:

		RAID 0
		RAID 1
		RAID 2
		RAID 3
		RAID 4
		RAID 5
		RAID 6
		RAID 10 یا RAID 1+0
		RAID 01 یا RAID 0+1

RAID 0: در این سطح، اطلاعات به بلوک‌هایی با اندازه‌های مساوی تقسیم و هر بلوک به یک دیسک منتقل می‌گردد. به عنوان مثال اطلاعات به بلوک‌های A و B  با اندازه‌های مساوی تقسیم و به دیسک‌ها منتقل می‌شوند. این روش اغلب توسط تکنیک striping استفاده می‌گردد و باعث افزایش سرعت خواندن و نوشتن اطلاعات می‌شود.

پیش از استفاده توجه داشته باشید، RAID 0 روشی برای مقابله با از دست رفتن اطلاعات نیست. به‌عبارتی در این روش هیچگونه کپی از اطلاعات تهیه نمی‌شود و هنگامی که یکی از دیسک‌ها با مشکل برخورد کند، اطلاعات کاملا از دست خواهد رفت که البته می‌توان با پرداخت هزینه اطلاعات را تا حدودی بازیابی نمود.

RAID 1: این نوع RAID  با نام Mirroring نیز شناخته می‌شود و اطلاعات یکسان بر روی چندین دیسک نوشته می‌شود. در این روش حداقل دو دیسک لازم است که یک کپی  از اطلاعات به‌صورت مجزا در هر دیسک ذخیره می‌شود. در این حالت کارایی خواندن اطلاعات از هر دو دیسک افزایش پیدا می‌کند و می‌توان اطلاعات را همزمان از هر دو دیسک خواند. همچنین کارایی عمل نوشتن همانند حالتی می‌باشد که فقط یک دیسک بر روی سیستم وجود دارد.

در RAID 1 چنانچه یکی از دیسک‌ها با مشکل مواجه شود، تا زمانی که دیسک جدید جایگزین دیسک معیوب شود، سیستم می‌تواند همچنان به کار خود ادامه دهد. این سطح ساده‌ترین و آسان‌ترین روش برای ایجاد یک کپی اطلاعات بر روی دیسک دیگر می‌باشد. اما معایبی در این روش وجود دارد و آن این است که هزینه دو دیسک توسط کاربر پرداخت می‌شود ولی فقط یک دیسک (50 درص) آن قابل استفاده خواهد بود. به‌عنوان مثال وقتی 2 دیسک 1 ترابایتی برای سیستم تهیه شود، با این روش فقط 1 ترابایت آن توسط سیستم قابل استفاده خواهد بود.

RAID 2: اين سطح RAID اطلاعات را با استفاده از تکنیک striping به دو قسمت تقسیم کرده و روي 2  ديسک می‌نویسد. همچنین  اطلاعات کنترلي خطا (ECC) را روي ديسک ديگر، در قالب بيت‌‌هاي داده ذخيره می‌کند. برای محاسبه اطلاعات کنترل خطا از الگوريتم ‌هامر (Hammer Code)  استفاده مي‌شود. در هنگام خواندن، داده با اطلاعات کنترلي تطابق داده می‌شود و اگر خطایی وجود داشته‌باشد، تصحيح.

در سطح ۲ RAID سرعت خواندن اطلاعات با توجه به استفاده از روش striping افزایش یافته، اما به دلیل نیاز به خواندن اطلاعات ECC مقداری کاهش پیدا می‌کند.

RAID 3: دراین سطح پبكربندی RAID، روشStriping سطح بايت را با کیک دیسک Parity اختصاصی فراهم می‌كند.

یكي از اثرهای جانبي پيكربندی آرايه به‌صورت RAID 3 اين است كه به‌طور همزمان نمی‌تواند به درخواست‌هاي متعددي سرويس دهد. زیرا كه هر بلوك واحد از داده‌ها بر اساس تعريف در بين تمام دیسک‌های عضور آرايه تقسيم شده و بر روي موقعيت یكسانی از آن‌ها قرار مي‌گيرد. به اين ترتيب، هر عمليات I/O به فعاليت روی هر یک از ديسك‌ها نياز خواهد داشت كه معمولا مستلزم چرخش هماهنگ آن‌ها است. این پیکربندی برای برنامه‌هایی که نیازمند نرخ بالایی برای خواندن و نوشتن اطلاعات به صورت ترتیبی می باشند، مناسب است.

RAID 4: این سطح از RAID از striping بلوک داده با یک دیسک parity اختصاصی استفاده می‌کند. اطلاعات دیسک parity برای بازگردانی اطلاعات از دست رفته به کار میرود؛ یعنی هنگامی که اطلاعات یک دیسک با مشکل مواجه شود، می‌توان با استفاده از دیسک parity، داده‌های از دست رفته را بازگردانی نمود.

RAID 4 حداقل ۳ دیسک لازم دارد که ۲ دیسک آن برای اطلاعات و یک دیسک برای parity استفاده می‌شود. در این سطح به دلیل اینکه داده‌ها به صورت striping ذخیره شده‌اند سرعت خواندن اطلاعات افزایش پیدا می‌کند. ولی به دلیل اینکه داده‌های parity  نیز باید در یک دیسک مجزا ذخیره شوند، نوشتن اطلاعات کمی زمان‌بر خواهد بود.

RAID 5: در این سطح از RAID  حداقل به 3 دیسک نیاز است. همانند RAID 1 اطلاعات به‌صورت Mirroring در دیسک‌ها ذخیره می‌شود. همچنین یک کد parity در بین دیسک‌ها پخش می‌شود که باعث افزایش کارایی می‌گردد و در هنگام بروز مشکل می‌توان اطلاعات از دست رفته را توسط آن بازیابی کرد. در مقایسه با RAID 1 این سطح، سرعت کمتری در نوشتن اطلاعات دارد. زیرا زمانی هم برای نوشتن اطلاعات parity مورد نیاز است.

بیشترین استفاده از RAID 5 در سرورها و شبکهها است چون فضای ذخیره سازی و تحمل خطا برای آن‌ها مهم است.

RAID 6: تا حدودی مشابه RAID 5 می‌باشد، با این تفاوت که داده‌ها را با استفاده از تکنیک striping  به بخش‌هایی تبدیل کرده و دو مجموعه از اطلاعات parity را برای هر بلوک داده ذخیره می‌کند.

هدف از این کار بهبود تحمل خطای سیستم در هنگام مواجه با مشکلات احتمالی است. کارایی RAID 6 به‌دلیل ایجاد سربار درهنگام محاسبه اطلاعات parity  و همچنین نوشتن اطلاعات، کمی پایین‌تر از RAID 5  است ولی به‌دلیل اینکه اطلاعات در بین چند دیسک تقسیم شده‌اند، خواندن اطلاعات به صورت تصادفی کارایی را کمی افزایش می‌دهد.

‏‏‎RAID 10 (‏‏‎RAID 1+0): این نوع از RAID ترکیبی از RAID 0 و RAID 1  است. به‌عبارتی هم عمل اشتراک اطلاعات و  هم تکثیر آن انجام می‌گردد.

ترکیب دیسک‌ها در RAID 10 کمی پیچیده‌تر از سطح 0 و 1 است، همچنین کنترلر برای انجام این کار حداقل نیاز به 4 هارد دیسک دارد.

ابتدا striping داده‌ها بين مجموعه ديسك‌ها صورت گرفته و سپس Mirroring بين آن‌ها اانجام می‌شود، به‌عبارتی دیگر ابتدا RAID 0 بر روی داده‌ها اعمال می‌گردد و سپس بر روی هر بلوک از داده‌ها عمل Mirroring. تقسيم بلوك‌های اطلاعات بين زوج درايوها انجام مي‌گردد و عمليات Mirroring در هر زوج از درايوها صورت مي‌گيرد، می‌توان گفت درايو یک و درايو دو RAID 1 شده‌اند و Mirror هستند، درايو سه و چهار نيز Mirror يكديگر. اين دو مجموعه درايو به صورت Strip تنظيم شده و با هم كار می‌كنند.

‏RAID 01 (RAID 0+1)‎: در این سطح RAID نیز حداقل به 4 دیسک نیازمندیم. عملکرد این سطح از RAID، برخلاف RAID 10 است. بدین صورت که در ابتدا اطلاعات به‌صورت Mirroring به هرمجموعه دیسک  منتقل می‌شود، هر مجموعه دارای یک جفت دیسک می‌باشد، سپس اطلاعات در این مجموعه به صورت striping  بر روی دیسک‌ها دخیره می‌شود.