RAID (Redundant Array of Indipendent Disks) فناوری است که برای ترکیب چندین دیسک سخت (HDD) یا دیسک حالت جامد (SSD) به یک واحد منطقی استفاده می شود. هدف اصلی RAID افزایش عملکرد، قابلیت اطمینان و امنیت داده‌ها است. با استفاده از RAID، داده ها به صورت توزیع شده بر روی چندین دیسک ذخیره می شوند که این امر می تواند به بهبود سرعت خواندن و نوشتن داده ها و همچنین حفاظت از اطلاعات در صورت خرابی یک یا چند دیسک کمک کند.

در سناریوی خرابی دیسک، سیستم می تواند اطلاعات از دست رفته را از روی داده‌ های موجود (به لطف افزونگی) بازسازی کند یا تا زمانی که دیسک از کار افتاده جایگزین نشود عملیات را با عملکرد ضعیف ادامه دهد. RAID به غیر از اینکه یک راه حل یکسان برای همه باشد، چندین سطح را در بر می گیرد که هر یک برای نیازهای مختلف بهینه شده است.

همانطور که عصر اطلاعات در حال گسترش است، RAID یک مفهوم کلیدی در استراتژی های ذخیره سازی داده باقی می ماند و به تقاضای بی وقفه برای دسترسی به داده ها رسیدگی و در عین حال یکپارچگی و تداوم عملیات را حتی زمانی که اجزای ذخیره سازی از کار بیفتند، حفظ می کند.

آشنایی با RAID

RAID یک فناوری اساسی است که نحوه ذخیره‌ سازی و دسترسی به داده‌ ها در سیستم‌ های محاسباتی را بهتر کرده است. در این بخش، مفاهیم اساسی و زیربنای فنی فناوری RAID را بررسی می کنیم و برای کسانی که به دنبال درک عملیات و مزایای اصلی آن هستند، مفید است.

Striping به فرآیند تقسیم داده ها به بخش های کوچک تر (که به آن ها stripe گفته می شود) و توزیع آن ها بر روی چندین دیسک اشاره دارد. این روش به منظور افزایش سرعت خواندن و نوشتن داده ها و بهبود عملکرد کلی سیستم ذخیره سازی استفاده می شود.

زمانی که داده ها به یک RAID با قابلیت striping ارسال می شوند، به بخش های کوچک تر تقسیم می شوند. به عنوان مثال، اگر یک فایل 1 مگابایتی باشد و اندازه stripe، شصت و چهار کیلوبایت باشد، این فایل به 16 بخش 64 کیلوبایتی تقسیم می شود. این بخش ها به صورت متناوب بر روی دیسک های مختلف ذخیره می شوند. به عنوان مثال، بخش اول بر روی دیسک 1، بخش دوم بر روی دیسک 2 و به همین ترتیب ادامه می یابد. این توزیع به این معناست که هنگام خواندن یا نوشتن داده ها، چندین دیسک به طور همزمان فعالیت می کنند. با توزیع داده ها بر روی چندین دیسک، سرعت خواندن و نوشتن به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد، به این علت که چندین دیسک به طور همزمان به اطلاعات دسترسی دارند.

Mirroring، داده‌ های یک درایو را به درایو دیگر کپی می کند و یک «آینه» ایجاد می کند. این سطح بالایی از افزونگی را فراهم می کند زیرا یک کپی دقیق از داده ها را ذخیره می کند و اگر دیسکی از کار بیفتد، سیستم می‌ تواند با استفاده از داده‌ های آینه خود، بدون از دست دادن اطلاعات به کار خود ادامه دهد.

برابری (Parity) به اطلاعاتی اشاره دارد که برای تأمین افزونگی و حفاظت از داده ها استفاده می شود. این اطلاعات به گونه ای محاسبه می شوند که در صورت خرابی یکی از دیسک ها، بتوان داده های از دست رفته را بازیابی کرد. برابری معمولاً در سطوح RAID 5 و RAID 6 استفاده می شود.

RAID چگونه کار می کند؟

در نظر بگیرید که سه دیسک دارید: B ،A و C. در راه اندازی RAID 0، یک فایل به سه قسمت تقسیم می شود (مثلا X2 ،X1 و X3). سپس این قطعات به طور همزمان روی دیسک های B ،A و C نوشته می شوند و این کار عملکرد را افزایش می دهد زیرا وقتی به فایل دسترسی پیدا می شود، هر سه قسمت را می توان به طور همزمان خواند. در راه اندازی RAID 1 با استفاده از همان سه دیسک، این بار با دیسک های B و C به عنوان آینه A، کل فایل X روی هر سه نوشته می شود. اگر A خراب شود، سیستم همچنان می تواند از دیسک های B یا C به فایل دسترسی داشته باشد.

سطوح RAID و موارد استفاده

پیکربندی های مختلف RAID اهداف مختلفی را دنبال می کنند. مثلا: یک سرور بازی ممکن است از RAID 0 برای به حداکثر رساندن سرعت استفاده کند. یک سرور شرکتی ممکن است RAID 1 یا RAID 10 را برای افزونگی داده ها و عملکرد ترجیح دهد و شرکت هایی که مقادیر زیادی داده‌ های حیاتی دارند که زمان از کار افتادگی گزینه‌ بسیار مهمی است، اغلب از RAID 5 یا RAID 6 برای تعادل افزونگی و کارایی ذخیره‌ سازی استفاده می کنند.

در نتیجه، درک اصول RAID ضرورری است چرا که نه تنها داده ها ذخیره می‌ شوند بلکه از نظر ریاضی برای بهینه‌ سازی سرعت، افزایش ظرفیت و اطمینان از افزونگی مهندسی شده‌ اند. این سه گانه مزایا در دنیایی که در دسترس بودن داده ها به اندازه خود داده مهم است، حیاتی است. سازوکارهای اساسی RAID چه برای جلوگیری از خرابی، سرعت بخشیدن به دسترسی به پایگاه داده یا به حداکثر رساندن سرعت در ذخیره سازی باشد، پایه ای قابل اعتماد را فراهم می کند که مدیریت داده مدرن بر آن ساخته شده است.

سخت افزار RAID در مقابل نرم افزار RAID

استراتژی های ذخیره سازی داده ها اغلب شامل تصمیم گیری بین استفاده از راه حل های سخت افزاری یا نرم افزاری برای مدیریت آرایه های دیسک می شود. هر دو فرم با مجموعه ای منحصر به فرد از ویژگی ها، مفاهیم عملکرد و ملاحظات هزینه ارائه می شوند و در زیر به بررسی تفاوت ها، مزایا و معایب این دو رویکرد می پردازیم.

راه حل های مبتنی بر سخت افزار: در بخش سخت افزاری، یک کارت کنترلر اختصاصی تمام عملکردهای آرایه را انجام می دهد. این کارت مستقل از منابع سیستم میزبان است و معمولاً عملکرد بهتری را ارائه می دهد زیرا کارت دارای پردازنده و حافظه کش مخصوص به خود برای مدیریت کارآمد عملیات در دیسک است. کنترل کننده‌ های سخت افزار اغلب با یک باتری پشتیبان ارائه می‌ شوند که در صورت قطع برق، از داده‌ های موجود در حافظه پنهان محافظت می کنند. به طور معمول آن ها طیف بیشتری از انواع آرایه ها را پشتیبانی می کنند و ویژگی های پیشرفته تری مانند مهاجرت سطح RAID و تنظیمات RAID چند سطحی را ارائه می دهند و راه‌ اندازی و مدیریت، اغلب از طریق یک رابط بایوس یا با یک ابزار مدیریت جداگانه قبل از راه‌ اندازی، انجام می‌ شود بنابراین به سیستم عامل میزبان وابسته نیست.

آرایه های مبتنی بر نرم افزار: راه‌ حل‌ های نرم‌ افزاری از منابع خود سیستم میزبان (CPU و RAM) برای اجرای توابع آرایه استفاده می کنند که این رویکرد مقرون‌ به‌ صرفه‌ تر است. این راه حل ها در سیستم عامل تعبیه شده اند که مدیریت آنها را با استفاده از ابزارهای نرم افزاری، نسبتاً آسان می کند. با این حال، این اتکا به سیستم میزبان می تواند به این معنی باشد که عملکرد، کمتر بهینه است به خصوص در مواردی که عملیات فشرده I/O وجود دارد. آن ها معمولاً به سخت افزار اضافی فراتر از کنترلرهای استاندارد SATA یا RAID مادربرد نیاز ندارند. عملکرد آرایه‌ های نرم‌ افزاری می‌ تواند با پیشرفت در قدرت CPU و کارایی نرم افزار به طور قابل توجهی بهبود یابد و شکاف را بر روی همتایان سخت‌ افزاری آن ها کم کند.

انتخاب بین مدیریت آرایه سخت افزار و نرم افزار اغلب به اندازه و ماهیت محیط، سطح عملکرد مورد نیاز و محدودیت های بودجه بستگی دارد. برای محیط های با تقاضای بالا که عملکرد و قابلیت اطمینان بسیار مهم است،‌ علی‌ رغم هزینه‌ های بالاتر، عموماً راه‌ حل‌ های سخت افزاری ترجیح داده می‌ شوند.

از طرف دیگر، تنظیمات کوچکتر یا آنهایی که بودجه محدودی دارند ممکن است متوجه شوند که راه حل های نرم افزاری برای نیازهای آنها کافی است. با افزایش قدرت پردازش و با پیشرفت در فناوری نرم افزار، آرایه های نرم افزاری به گزینه ای قانع کننده حتی در سناریوهایی که قبلاً تنها راه حل های سخت افزاری کافی بود، تبدیل می شوند. با این وجود، هر رویکرد باید بر اساس تقاضای داده های فعلی و پیش بینی شده ارزیابی شود تا تعادل بهینه بین عملکرد، قابلیت اطمینان و هزینه تضمین شود.

RAID و پشتیبان گیری از داده ها

در حالی که فناوری‌ های ذخیره‌ سازی اضافی برای حفظ دسترسی و یکپارچگی داده‌ ها حیاتی هستند اما اهداف متفاوتی نسبت به سیستم‌ های پشتیبان‌ گیری دارند. درک تمایز و به کارگیری هر دو در هماهنگی برای مدیریت و امنیت داده ها بسیار مهم است. این بخش نشان می‌ دهد که چگونه استفاده از آرایه‌ های اضافی و استراتژی‌ های پشتیبان‌ گیری با هم می‌ تواند یک دفاع قوی در برابر از دست دادن داده‌ ها ایجاد کند.

آرایه های اضافی در درجه اول در مورد زمان آپدیت و در دسترس بودن داده های فوری هستند و اگر دیسکی از کار بیفتد، سیستم بدون وقفه به کار خود ادامه می دهد و از خرابی سخت افزار محافظت می کند. این تنظیم برای عملیات مداوم ضروری است اما نباید با استراتژی پشتیبان گیری اشتباه شود و از سوی دیگر، پشتیبان‌ گیری داده‌ های شبکه، ایمنی سیستم را تضمین و امکان بازیابی از انواع سناریوهای از دست دادن اطلاعات را فراهم می‌ کنند که ذخیره‌ سازی اضافی نمی‌ تواند از آنها محافظت کند مانند حذف تصادفی، اشکالات نرم افزاری یا رویداد های فاجعه‌ باری که به طور همزمان بر همه درایوها تأثیر می گذارند.

حفاظت از داده های آنلاین: در اینجا افزونگی وارد عمل می‌ شود و تضمین می‌کند که در صورت نقص سخت‌افزار، آرایه می‌ تواند به سرویس داده‌ ها یا بازسازی اطلاعات از دست رفته از دیسک‌ های دیگر، بدون توقف ادامه بدهد.

امنیت داده های آفلاین: پشتیبان‌ گیری‌ های برنامه‌ ریزی‌ شده منظم، اسنپ شات از داده‌ ها که در مقاطع زمانی خاصی انجام می شوند. این نسخه های پشتیبان باید به طور ایمن، خارج از سایت یا در فضای ابری ذخیره شوند و در صورت نیاز برای بازیابی به راحتی در دسترس باشند.

برنامه ریزی برای بازیابی اطلاعات: یک برنامه بازیابی جامع اغلب شامل افزونگی و پشتیبان گیری می شود که در صورت بروز فاجعه، افزونگی امکان از بین رفتن کامل اطلاعات را از بین می برد در حالی که پشتیبان‌ گیری قابلیت بازیابی طولانی‌ مدت را تضمین می‌ کند.

نتیجه گیری

فناوری RAID نقش مهمی در استراتژی‌ های مدیریت دیتا برای کسب‌ و کارها و افرادی دارد که به راه‌ حل‌ های ذخیره‌ سازی قابل اعتماد نیاز دارند. با توزیع داده ها در چندین دیسک، RAID نه تنها افزونگی داده و تحمل خطا را افزایش می دهد بلکه پتانسیل افزایش عملکرد برای عملیات خواندن و نوشتن را نیز دارد.

با سطوح مختلف RAID موجود، هر کدام تعادل متفاوتی را از نظر حفاظت، عملکرد و کارایی ذخیره‌ سازی ارائه و راه‌ حل‌ های متناسب با نیازها و سناریو های خاص را فراهم می کند. با این حال، تشخیص این نکته ضروری است که RAID جایگزینی برای پشتیبان گیری معمولی از داده ها نیست، در حالی که RAID می تواند در برابر خرابی سخت افزار محافظت کند اما در برابر خرابی داده ها، حذف تصادفی یا رویدادهای فاجعه بار که می تواند کل سیستم ها را تحت تاثیر قرار دهد، محافظت نمی کند. بنابراین، RAID باید به‌عنوان بخشی از یک استراتژی حفاظت از داده‌ های گسترده‌ تر که شامل پشتیبان‌ گیری منظم و یک طرح بازیابی قوی است، مورد استفاده قرار گیرد.

در نهایت، استفاده از این روش باید با درک روشنی از مزایا و محدودیت‌ های آن باشد. با پیاده سازی و نگهداری مناسب، می تواند به طور قابل توجهی انعطاف پذیری سیستم های ذخیره سازی را تقویت کند اما این باید با سایر روش های امنیت داده تکمیل شود تا از حفاظت جامع داده ها اطمینان حاصل شود. از آنجایی که داده ها همچنان دارایی ارزشمندی هستند، نقش این فناوری همچنان سنگ بنای حفاظت از اطلاعات و اطمینان از این که عملیات مبتنی بر داده می تواند با امنیت کامل ادامه یابد، باقی می ماند.