نظرة عامة على RAID

    تُعد تقنية RAID تقنية تُستخدم لتحسين أداء وموثوقية تخزين البيانات. ويتألف نظام RAID من محركين أو أكثر تعمل بالتوازي، ويمكن أن تكون هذه المحركات أقراصًا صلبة أو محركات أقراص SSD (محركات أقراص الحالة الصلبة). ويمكن تصنيف تقنية RAID إلى SoftRAID وHardRAID. وفي SoftRAID، يتولى نظام التشغيل إدارة بنية الذاكرة. في HardRAID، يوجد وحدة تحكم ومعالج مخصصان داخل القرص لإدارة الذاكرة.

مستويات RAID

تشمل مستويات RAID مستويات RAID الأساسية (0 و1 و5 و6) ومستويات RAID الموزعة (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 نظام RAID 0 على تقنية توزيع البيانات، حيث يتم تقسيم دفق البيانات إلى عدة أجزاء أو كتل، ويتم تخزين كل كتلة على قرص مختلف. وبالتالي، عندما يحتاج النظام إلى قراءة البيانات، يمكنه قراءة البيانات من جميع الأقراص في وقت واحد ودمجها لإعادة تكوين دفق البيانات بالكامل. وتتمثل ميزة هذا النهج في أن عمليات القراءة/الكتابة تكون أسرع بشكل ملحوظ، مما يجعله مثاليًا للسيناريوهات التي تكون فيها الأداء له الأسبقية على الاعتبارات الأخرى. بالإضافة إلى ذلك، فإن السعة الإجمالية للمجلد بأكمله هي مجموع سعات جميع الأقراص الفردية.

ما المقصود بالتوزيع المتوازي؟ يتم تقسيم البيانات على عدة أقراص وتوزيعها بالتساوي على جميع الأقراص، مما يمنع حدوث أي حمل زائد على قرص واحد. ويمكن استرجاع البيانات من عدة أقراص في آن واحد، مما يؤدي إلى تحسين السرعة والأداء.

المزايا

• البيانات موزعة على عدة محركات أقراص

• مساحة القرص مستغلة بالكامل

• يلزم وجود محركي أقراص على الأقل

• أداء عالٍ

العيوب

• لا تدعم تكرار البيانات

• لا يدعم ميزة تحمل الأعطال

• لا توجد آلية للكشف عن الأخطاء

• يؤدي تعطل أي قرص واحد إلى فقدان البيانات بالكامل في المصفوفة المعنية

RAID 1

يستخدم نظام RAID 1 مفهوم النسخ المتطابق للبيانات، حيث يتم نسخ البيانات أو استنساخها على مجموعة من الأقراص المتطابقة بحيث يمكن استخدام قرص آخر في حالة تعطل أحد الأقراص. كما أنه يحسّن أداء القراءة، حيث يمكن الوصول إلى كتل البيانات المختلفة في وقت واحد من جميع الأقراص.

ومع ذلك، وعلى عكس نظام RAID 0، ينخفض أداء الكتابة لأن جميع محركات الأقراص يجب تحديثها كلما تمت كتابة بيانات جديدة. ومن العيوب الأخرى إهدار المساحة في نسخ البيانات، مما يؤدي إلى زيادة تكاليف التخزين.

ما المقصود بنسخ البيانات المتطابق؟ يعني نسخ البيانات المتطابق عبر عدة أقراص تخزين أن نسخًا من البيانات يتم تخزينها عبر أجهزة تخزين مختلفة، مما يزيد أيضًا من التكرار والأداء.

يُعد RAID 1 أكثر أنظمة RAID استخدامًا، وهو مصمم لتعزيز أمان البيانات المخزنة. على سبيل المثال، إذا تمت كتابة ملف وحفظه على محرك أقراص ثابت واحد، يتم حفظه تلقائيًا على محركات الأقراص الثابتة 2 أو 3 أو أقراص أخرى. وهذا يعني أن النظام يوفر تكرارًا كاملاً، أي أنه في حالة تعطل محرك أقراص واحد، يكون المحرك الثاني جاهزًا لتولي المهمة.

المزايا

·يقوم بعملية النسخ المتطابق للبيانات، حيث يتم نسخ البيانات نفسها من محرك أقراص إلى آخر لتحقيق التكرار.

• سرعات قراءة عالية، حيث يمكن استخدام أي محرك أقراص إذا كان أحدهما مشغولاً

• يستمر المصفوف في العمل بشكل طبيعي حتى في حالة تعطل أي محرك أقراص

• يلزم وجود محركي أقراص على الأقل

العيوب

• تكلفة أعلى (يتطلب كل محرك أقراص محركًا إضافيًا لعملية النسخ المتطابق)

• انخفاض أداء الكتابة بسبب الحاجة إلى تحديث جميع محركات الأقراص

RAID 5

يتطلب نظام RAID 5 ثلاثة محركات أقراص على الأقل، ومثل نظام RAID 0، يتم توزيع البيانات على عدة محركات أقراص، ولكنه يتضمن أيضًا "توزيع التكافؤ" عبر هذه المحركات. وفي حالة تعطل محرك أقراص واحد، تُستخدم معلومات التكافؤ المخزنة على محركات الأقراص الأخرى لإعادة بناء البيانات. ولا يحدث أي توقف عن العمل. سرعات القراءة عالية جدًا، لكن سرعات الكتابة أبطأ قليلاً بسبب الحاجة إلى حساب التكافؤ. وهو مثالي لخوادم الملفات والتطبيقات التي تحتوي على عدد محدود من محركات أقراص البيانات.

يفقد نظام RAID 5 33% من مساحة التخزين (عند استخدام ثلاثة محركات أقراص) بسبب آلية التكافؤ، لكنه يظل إعدادًا أكثر فعالية من حيث التكلفة مقارنةً بنظام RAID 1. ويستخدم الإعداد الأكثر شيوعًا لنظام RAID 5 أربعة محركات أقراص، مما يقلل من فقدان مساحة التخزين إلى 25%. ويمكن أن يعمل هذا النظام مع ما يصل إلى 16 محرك أقراص.

يُعرف RAID 5 أيضًا باسم التوزيع مع التكافؤ الموزع:

المزايا

·توزيع البيانات على مستويات الكتل مع التكافؤ الموزع

·يتم توزيع التوزيع المتساوي على الأقراص الموجودة في المصفوفة

·أداء عالٍ

·فعال من حيث التكلفة

·يتطلب 3 محركات أقراص على الأقل

العيوب

• قد يستغرق الاسترداد وقتًا أطول في حالة تعطل أحد الأقراص، حيث يتعين حساب التكافؤ من جميع محركات الأقراص المتاحة

• لا يمكنه تحمل حدوث أعطال متزامنة في محركات الأقراص

RAID 6

يستخدم نظام RAID 6 كتل توازن مزدوجة لتحقيق تكرار بيانات أفضل مقارنةً بنظام RAID 5، مما يزيد من قدرة تحمل الأعطال لتشمل ما يصل إلى عطلين في محركات الأقراص ضمن المصفوفة. ويحتوي كل قرص على كتلتين للتوازن، يتم تخزينهما على أقراص مختلفة ضمن المصفوفة. ويُعد نظام RAID 6 بنية تحتية عملية للغاية للحفاظ على أنظمة ذات توافر عالٍ.

يُعد نظام RAID 6 خيارًا جيدًا لخوادم الويب القياسية، حيث تتمثل معظم العمليات في عمليات قراءة، ولكنه غير موصى به لبيئات الكتابة مثل خوادم قواعد البيانات.

يُعرف RAID 6 أيضًا باسم التوزيع مع التكافؤ المزدوج الموزع:

المزايا

·إزالة البيانات على مستوى الكتلة باستخدام نظام التماثل الموزع DUAL

·ينشئ كتلتين من التوازن

·يمكنها تحمل تعطل محركي أقراص في نفس الوقت ضمن المصفوفة

·زيادة القدرة على تحمل الأعطال والتكرار

·يتطلب 4 محركات أقراص على الأقل

العيوب

• قد تكون التكلفة عاملاً مؤثراً

• يستغرق كتابة البيانات وقتًا أطول بسبب نظام التكافؤ المزدوج

RAID 10 (RAID 1+0)

يجمع RAID 10 بين RAID 1 و RAID 0 بترتيب معكوس. ويُشار إليه أحيانًا باسم RAID «المتداخل» أو «الهجين»، حيث يقدم أفضل ما في كلا النظامين من خلال الأداء السريع لـ RAID 0 والتكرار في RAID 1. في هذا التكوين، يتم ربط عدة كتل RAID 1 ببعضها البعض لتعمل مثل RAID 0. ويُستخدم هذا التكوين عندما تكون هناك حاجة إلى أداء قرص عالٍ (أعلى من RAID 5 أو 6) وتكرار في الوقت نفسه.

المزايا

·لا توجد تعادل

·يدعم تقسيم البيانات في نظام RAID 0 والنسخ المتطابق في نظام RAID 1

·يتم إجراء عملية التخطيط قبل عملية النسخ المتطابق

·السعة المتاحة تساوي n/2 * حجم القرص (n = عدد الأقراص)

·يجب أن يكون عدد محركات الأقراص المطلوبة مضاعفًا للعدد 2

·أداء عالٍ عند تجميع البيانات

العيوب

• التكلفة المرتفعة، حيث يتطلب كل محرك محركًا إضافيًا

• لا يتم استخدام سعة القرص بالكامل (100٪)، حيث يُستخدم نصفها لعمل نسخة متطابقة

• قابلية توسع محدودة للغاية

RAID 50

يتكون RAID 50 من مصفوفتين أو أكثر من مصفوفات RAID 5، مما يشكل مصفوفة متقطعة تشبه RAID 0. وبالمقارنة مع تكوين العدد نفسه من مصفوفات RAID 5، فإنه يوفر أداء وصول أعلى وحماية أقوى للبيانات. يُطلق على مصفوفة واحدة مكافئة لـ RAID 5 اسم "مجموعة فرعية" أو "مصفوفة فرعية"، ويمكن تكوين ثلاث مجموعات فرعية أو أكثر.

يمكن استخدام RAID 50 على الخوادم والمصفوفات لتشغيل تطبيقات متنوعة، مثل خوادم الملفات وخوادم قواعد البيانات وتخزين الأجهزة الافتراضية والنسخ الاحتياطي وتحرير الفيديو وعرض الرسوم المتحركة ثلاثية الأبعاد، وما إلى ذلك.

يُعرف RAID 50 أيضًا باسم "التوزيع المخطط مع التكافؤ الموزع":

المزايا

·يقلل من وقت إعادة البناء

·يحسّن أداء التكرار

·يحسّن أداء الوصول

العيوب

·يتطلب أكثر من 6 محركات أقراص

·يقلل من كفاءة التركيب

·تكرار محدود

RAID 60

يجمع نظام RAID 60 (الذي يُشار إليه أحيانًا باسم RAID 6+0) بين عدة مجموعات RAID 6 (التوزيع مع التكافؤ المزدوج) ونظام RAID 0 (التوزيع). تسمح التكافؤ المزدوج بفشل محركي أقراص في كل مصفوفة RAID 6، بينما يعمل التوزيع على تحسين 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، لكنها مناسبة فقط للتكوينات التي تضم 16 محرك أقراص أو أكثر. وتتراوح السعة القابلة للاستخدام في RAID 60 بين 50% و88%، اعتمادًا على عدد محركات أقراص البيانات في مجموعة RAID.

يرجى ملاحظة أن جميع التكوينات متعددة الفروع المذكورة أعلاه والمتاحة لنظامي RAID 10 و RAID 50 متاحة أيضًا لنظام RAID 60. على سبيل المثال، بالنسبة لـ 36 محرك أقراص، يمكنك الحصول على RAID 60 بحيث يحتوي كل فرع على 18 محرك أقراص، أو RAID 60 بثلاثة أرجل، يحتوي كل منها على 12 محرك أقراص.

يشبه نظام RAID 60 نظام RAID 50، لكنه يوفر مزيدًا من التكرار، مما يجعله مناسبًا للخوادم ذات السعات الهائلة، لا سيما تلك التي لا تقوم بعمل نسخ احتياطية للبيانات (مثل خوادم المراقبة بالفيديو التي تتعامل مع عدد كبير من الكاميرات).

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

المزايا

·يمكن لكل مصفوفة RAID 6 ضمن المجموعة أن تتحمل تعطل محركي أقراص، مما يجعلها آمنة للغاية.

·تتميز بسعة كبيرة جدًا وفعالية من حيث التكلفة، نظرًا لأن مستوى RAID هذا لا يُستخدم إلا في حالة وجود عدد كبير من محركات الأقراص.

العيوب

• يتطلب عددًا كبيرًا من محركات الأقراص

• أعلى قليلاً في السعر مقارنةً بنظام RAID 50 بسبب فقدان عدد أكبر من محركات الأقراص لإجراء حسابات التكافؤ

مقارنة بين مستويات RAID

يعتمد اختيار مستويات RAID على العوامل التالية:

• أداء القراءة

• أداء الكتابة

• القدرة على تحمل الأعطال

• انخفاض أداء المصفوفة (بالنسبة لمستويات RAID المقاومة للأعطال)

• السعة التخزينية الفعلية