RAID هو حل تم تطويره في الأصل لسوق خادم الشبكة كوسيلة لإنشاء مساحة تخزين كبيرة بتكلفة أقل. وبشكل أساسي ، قد يستغرق الأمر عدة محركات أقراص ثابتة منخفضة التكلفة ويجمعها معًا من خلال وحدة تحكم لتوفير محرك سعة أكبر. هذا هو ما يقف RAID لتقف عليه: مجموعة مكررة من محركات الأقراص أو الأقراص الرخيصة. ولتحقيق ذلك ، كانت هناك حاجة إلى برامج وأجهزة تحكم متخصصة لإدارة البيانات التي يتم تقسيمها بين المحركات المختلفة.
في نهاية المطاف ، سمحت قوة المعالجة لنظام الكمبيوتر القياسي الخاص بك ميزات لتصفية طريقهم إلى سوق الكمبيوتر الشخصي .
قد يكون تخزين RAID الآن برمجيًا أو جهازًا ، ويمكن استخدامه لثلاثة أغراض مميزة. وتشمل هذه القدرات والأمان والأداء. السعة هي عملية بسيطة تشارك عادة في كل أنواع إعداد RAID المستخدمة تقريبًا. على سبيل المثال ، يمكن ربط محركي أقراص صلبة معًا كمحرك واحد إلى نظام التشغيل بشكل فعال ، مما يجعل محرك الأقراص الظاهري ضعف السعة. الأداء هو سبب رئيسي آخر لاستخدام إعداد RAID على جهاز كمبيوتر شخصي. في نفس المثال لمحركين يستخدمان كمحرك واحد ، يمكن لوحدة التحكم تقسيم جزء البيانات إلى جزئين ثم وضع كل جزء من هذه الأجزاء على محرك منفصل. هذا يضاعف فعالية أداء كتابة أو قراءة البيانات على نظام التخزين. أخيرا ، يمكن استخدام RAID لأمن البيانات.
يتم ذلك باستخدام بعض المساحة على محركات الأقراص لنسخ البيانات التي يتم كتابتها إلى كلا محركات الأقراص. مرة أخرى ، مع اثنين من محركات الأقراص يمكننا أن نجعل ذلك حتى تتم كتابة البيانات إلى كل من محركات الأقراص. وبالتالي ، في حالة فشل محرك أقراص واحد ، لا يزال الآخر لديه البيانات.
استنادًا إلى أهداف صفيف التخزين الذي تريد وضعه معًا لنظام الكمبيوتر الخاص بك ، سوف تستخدم أحد مستويات RAID المتعددة لتحقيق هذه الأهداف الثلاثة.
بالنسبة لأولئك الذين يستخدمون محركات الأقراص الصلبة في أجهزة الكمبيوتر الخاصة بهم ، من المحتمل أن يكون الأداء أكثر من مجرد مشكلة. من ناحية أخرى ، قد يرغب هؤلاء الذين يستخدمون محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة في الحصول على محرك أقراص أصغر وربطهم معًا لإنشاء محرك أقراص واحد أكبر. لذلك دعونا نلقي نظرة على مستويات مختلفة من RAID التي يمكن استخدامها مع جهاز كمبيوتر شخصي.
RAID 0
هذا هو أدنى مستوى من RAID وفي الواقع لا يقدم أي شكل من أشكال التكرار وهذا هو السبب في أنه يتم الإشارة إلى مستوى 0. أساسا ، يأخذ RAID 0 اثنين أو أكثر من محركات الأقراص ويضعها معا لتصميم محرك سعة أكبر. يتم تحقيق ذلك من خلال معالج يسمى striping. يتم تقسيم كتل البيانات إلى قطع البيانات ثم كتابتها بالترتيب عبر محركات الأقراص. وهذا يوفر أداءً متزايدًا لأنه يمكن كتابة البيانات في نفس الوقت إلى محركات الأقراص بواسطة جهاز التحكم بضرب سرعة محركات الأقراص بفعالية. فيما يلي مثال على كيفية عمل ذلك عبر ثلاثة أقراص:
| قيادة 1 | القيادة 2 | محرك 3 | |
|---|---|---|---|
| كتلة 1 | 1 | 2 | 3 |
| بلوك 2 | 4 | 5 | 6 |
| بلوك 3 | 7 | 8 | 9 |
لكي يعمل RAID 0 بفعالية لتعزيز أداء النظام ، تحتاج إلى تجربة ومحركات أقراص متطابقة. يجب أن يكون لكل محرك أقراص نفس سعة التخزين وخصائص الأداء بالضبط.
إذا لم يتم ذلك ، فستقتصر القدرة على مضاعفة أصغر محركات الأقراص والأداء إلى أبطأ محركات الأقراص ، حيث يجب الانتظار حتى يتم كتابة جميع الخطوط قبل الانتقال إلى المجموعة التالية. من الممكن استخدام محركات أقراص غير متطابقة ولكن في هذه الحالة ، قد يكون إعداد JBOD أكثر فعالية.
إن JBOD هي مجرد مجموعة من محركات الأقراص وهي عبارة عن مجموعة من محركات الأقراص التي يمكن الوصول إليها بشكل مستقل عن بعضها البعض ولكنها تظهر كمحرك تخزين واحد إلى نظام التشغيل. يتم تحقيق ذلك عادةً من خلال وجود امتداد للبيانات بين محركات الأقراص. غالبًا ما يشار إلى هذا باسم SPAN أو BIG.
على نحو فعال ، يشاهدها التشغيل كلها كقرص منفرد لكن الكتل ستكتب عبر القرص الأول حتى تملأ ، ثم تتقدم إلى الثانية ، ثم الثالثة ، إلخ. وهذا مفيد لإضافة سعة إضافية إلى نظام حاسوبي قائم. مع محركات بأحجام مختلفة ولكنها لن تزيد من أداء مجموعة محركات الأقراص.
أكبر مشكلة في إعداد RAID 0 و JBOD هي أمان البيانات. نظرًا لأن لديك العديد من محركات الأقراص ، تزداد فرص تلف البيانات نظرًا لوجود المزيد من نقاط الفشل . إذا فشل أي محرك في صفيف RAID 0 ، تصبح جميع البيانات غير قابلة للوصول. في JBOD ، سيؤدي فشل محرك الأقراص إلى فقد أي بيانات حدثت على محرك الأقراص هذا. نتيجة لذلك ، من الأفضل لأولئك الذين يرغبون في استخدام هذه الطريقة في التخزين الحصول على بعض الوسائل الأخرى لعمل نسخة احتياطية من بياناتهم.
RAID 1
هذا هو المستوى الحقيقي الأول من RAID لأنه يوفر مستوى كامل من التكرار للبيانات المخزنة على المصفوفة. يتم ذلك من خلال عملية تسمى النسخ المتطابق. بشكل فعال ، يتم نسخ كافة البيانات التي يتم كتابتها إلى النظام إلى كل محرك في صفيف المستوى 1. عادة ما يتم هذا النموذج من RAID من خلال زوج من محركات الأقراص فقط ، حيث إن إضافة المزيد من محركات الأقراص لن يضيف أي سعة إضافية ، وإنما المزيد من التكرار. لتقديم مثال أفضل على هذا ، إليك مخطط يوضح كيفية كتابته لمحركين:
| قيادة 1 | القيادة 2 | |
|---|---|---|
| كتلة 1 | 1 | 1 |
| بلوك 2 | 2 | 2 |
| بلوك 3 | 3 | 3 |
للحصول على الاستخدام الأكثر فعالية من إعداد RAID 1 ، سيستخدم النظام مرة أخرى محركات الأقراص المتطابقة التي تشترك في نفس السعة وتقييمات الأداء.
إذا تم استخدام محركات أقراص غير متطابقة ، فستكون سعة الصفيف مساوية لأصغر سعة للمحرك في المصفوفة. على سبيل المثال ، إذا تم استخدام محرك تيرابايت واحد تيرابايت واحد ونصف تيرابايت واحد في صفيف RAID 1 ، فإن سعة هذه المصفوفة على النظام ستكون مجرد تيرابايت واحد.
يعتبر هذا المستوى من RAID فعالاً للغاية بالنسبة لأمن البيانات نظرًا لأن محركي الأقراص يتشابهان بشكل فعال. إذا فشل أحد محركي الأقراص ، فسيحتوي الآخر على البيانات الكاملة للآخر. عادةً ما تحدد مشكلة هذا النوع من الإعداد تحديد أي من محركات الأقراص التي فشلت لأنه غالبًا ما يتعذر الوصول إلى التخزين عند فشل أحدهما ، ولن يتم استعادته بشكل صحيح حتى يتم إدخال محرك أقراص جديد بدلاً من محرك الأقراص الذي تم فشله واسترداده يتم تشغيل العملية. كما ذكر من قبل ، ليس هناك أي مكاسب في الأداء على الإطلاق من هذا. في الواقع ، ستكون هناك خسارة طفيفة في الأداء من الحمل العلوي لوحدة التحكم RAID.
RAID 1 + 0 أو 10
هذا هو مزيج معقد نوعًا ما من كل من مستويات RAID 0 والمستوى 1 . على نحو فعال ، سوف تحتاج وحدة التحكم إلى أربعة محركات أقراص كحد أدنى لكي تعمل في هذا الوضع لأن ما ستقوم به هو جعل اثنين من أزواج من محركات الأقراص. المجموعة الأولى من محركات الأقراص هي مجموعة نسخ متطابقة تستنسخ البيانات بين الاثنين. تم عكس المجموعة الثانية من محركات الأقراص أيضًا ولكن تم إعدادها لتكون الشريط الأول. وهذا يوفر كل من تكرار البيانات ومكاسب الأداء. فيما يلي مثال لكيفية كتابة البيانات عبر أربعة محركات أقراص باستخدام هذا النوع من الإعداد:
| قيادة 1 | القيادة 2 | محرك 3 | محرك 4 | |
|---|---|---|---|---|
| كتلة 1 | 1 | 1 | 2 | 2 |
| بلوك 2 | 3 | 3 | 4 | 4 |
| بلوك 3 | 5 | 5 | 6 | 6 |
بصراحة ، هذه ليست طريقة مرغوبة من RAID ليتم تشغيلها على نظام الكمبيوتر. على الرغم من أنه يوفر بعض الأداء ، إلا أنه ليس جيدًا نظرًا للكم الهائل من النفقات العامة على النظام. بالإضافة إلى ذلك ، إنه مضيعة كبيرة للفضاء حيث أن مجموعة محركات الأقراص لن تصل إلا إلى نصف سعة جميع محركات الأقراص مجتمعة. إذا تم استخدام محركات أقراص غير متطابقة ، فسيقتصر الأداء على أبطأ محركات الأقراص وستكون السعة مضاعفة أصغر محرك أقراص فقط.
RAID 5
هذا هو أعلى مستوى من RAID الذي يمكن العثور عليه في أنظمة الكمبيوتر المستهلك ، وهو طريقة أكثر فاعلية لزيادة القدرة والتكرار. يحقق ذلك من خلال عملية من شريط البيانات مع تماثل. يلزم وجود ثلاثة محركات أقراص كحد أدنى للقيام بذلك ، حيث يتم تقسيم البيانات إلى خطوط على العديد من محركات الأقراص ، ولكن يتم تعيين كتلة واحدة عبر الشريط جانباً للتكافؤ. لتوضيح ذلك بشكل أفضل ، دعنا أولاً نلقي نظرة على كيفية كتابة البيانات عبر ثلاثة محركات أقراص:
| قيادة 1 | القيادة 2 | محرك 3 | |
|---|---|---|---|
| كتلة 1 | 1 | 2 | ص |
| بلوك 2 | 3 | ص | 4 |
| بلوك 3 | ص | 5 | 6 |
في جوهرها ، يأخذ وحدة تحكم محرك جزء من البيانات المراد كتابتها عبر جميع محركات الأقراص في الصفيف. يتم وضع الجزء الأول من البيانات على المحرك الأول ويتم وضع الثاني على الثاني. يحصل محرك الأقراص الثالث على بتة التعادلية التي هي في الأساس مقارنة بين البيانات الثنائية في الأول والثاني. في الرياضيات الثنائية ، لديك 0 و 1 فقط. يتم إجراء عملية رياضيات منطقية لمقارنة البتات. إذا قام الاثنان بإضافة رقم زوجي (0 + 0 أو 1 + 1) ، فستكون بتة التماثل صفرًا. إذا قام الإثنان بإضافة رقم فردي (1 + 0 أو 0 + 1) ، فستكون بتة التماثل واحدة. السبب في ذلك هو أنه في حالة فشل أحد محركات الأقراص ، يمكن أن تتحكم وحدة التحكم في البيانات المفقودة. على سبيل المثال ، إذا فشل أحد المحركات ، وترك محرك الأقراص الثاني والثالث فقط ، وكان محرك الأقراص الثاني يحتوي على كتلة بيانات واحدة ، أما محرك الأقراص الثالث فيحتوي على كتلة تماثل واحدة ، فيجب أن تكون كتلة البيانات المفقودة على محرك الأقراص صفر.
يوفر ذلك تكرارًا فعالًا للبيانات يسمح باستعادة جميع البيانات في حالة تعطل محرك الأقراص. الآن بالنسبة لمعظم إعدادات المستهلك ، سيؤدي الفشل إلى توقف النظام عن عدم وجوده في حالة وظيفية. من أجل الحصول على وظائف النظام ، من الضروري استبدال محرك الأقراص الفاشل بمحرك أقراص جديد. ثم يجب أن تتم عملية إعادة بناء البيانات على مستوى وحدة التحكم والتي ستقوم بعد ذلك بعمل وظيفة منطقية عكسية لإعادة إنشاء البيانات على محرك الأقراص المفقود. يمكن أن يستغرق هذا بعض الوقت ، خاصةً لمحركات الأقراص ذات السعة الأكبر ، ولكنها قابلة للاسترداد على الأقل.
الآن تعتمد سعة صفيف RAID 5 على عدد محركات الأقراص في الصفيف وقدرتها. مرة أخرى ، يتم تقييد الصفيف بواسطة محرك أقراص أصغر سعة في الصفيف لذا فمن الأفضل استخدام محركات الأقراص المتطابقة. مساحة التخزين الفعالة تساوي عدد محركات الأقراص مطروحًا منها أقل مرة من السعة الأقل. لذلك في الرياضيات ، هو (ن -1) * Capacitymin . لذا ، إذا كان لديك ثلاثة محركات أقراص 2 جيجابايت في صفيف RAID 5 ، فإن السعة الإجمالية ستكون 4 جيجابايت. مصفوفة RAID 5 الأخرى التي تستخدم أربعة محركات أقراص 2 جيجابايت سيكون لديها سعة 6 جيجابايت.
أصبح أداء RAID 5 أكثر تعقيدًا بعض الشيء من بعض أشكال RAID الأخرى بسبب العملية المنطقية التي يجب القيام بها لإنشاء بتة التعادلية عند كتابة البيانات إلى محركات الأقراص. هذا يعني أن أداء الكتابة سيكون أقل من صفيف RAID 0 مع نفس عدد محركات الأقراص. قراءة الأداء ، من ناحية أخرى ، لا تعاني بقدر الكتابة لأن العملية المنطقية لم تتم لأنها تقرأ البيانات المستقيمة من محركات الأقراص.
العدد الكبير مع جميع إعدادات RAID
لقد ناقشنا مختلف إيجابيات وسلبيات كل مستوى من مستويات RAID التي يمكن استخدامها على أجهزة الكمبيوتر الشخصية ولكن هناك مشكلة أخرى لا يدركها العديد من الأشخاص عندما يتعلق الأمر بإنشاء إعدادات محرك RAID. قبل استخدام إعداد RAID ، يجب أن يتم إنشاؤه أولاً بواسطة برنامج وحدة تحكم الأجهزة أو داخل برنامج نظام التشغيل. يقوم هذا بشكل أساسي بتهيئة التنسيق الخاص المطلوب لتتبع الطريقة الصحيحة لكتابة البيانات وقراءتها على محرك الأقراص.
قد لا يبدو هذا وكأنه مشكلة ، ولكن إذا كنت بحاجة إلى تغيير الطريقة التي تريد بها تهيئة صفيف RAID. على سبيل المثال ، لنفترض أنك تشغل بيانات منخفضة وتريد إضافة محرك أقراص إضافي إما لمجموعة RAID 0 أو RAID 5. في معظم الحالات ، لن تتمكن من إعادة تكوين صفيف RAID أولاً والذي سيؤدي أيضًا إلى إزالة أي بيانات تم تخزينها في محركات الأقراص هذه. وهذا يعني أنه يجب عليك الاحتفاظ بنسخة احتياطية من بياناتك بالكامل وإضافة محرك الأقراص الجديد وإعادة تكوين صفيف محرك الأقراص وتنسيق صفيف محرك الأقراص هذا ثم استعادة البيانات الأصلية مرة أخرى إلى محرك الأقراص. يمكن أن تكون هذه عملية مؤلمة للغاية. وكنتيجة لذلك ، تأكد من أنك قمت بالفعل بإعداد الصفيف بالطريقة التي تريدها لأول مرة.