کدام نوع ریدبندی برای سرور مناسب است؟

تاکنون به این موضوع فکر کرده‌اید اگر زمانی هارد دیسک سرور به شکل غیر منتظره خراب شود، چه اتفاقی برای اطلاعات و فایل‌ها رخ خواهد داد؟ در بیشتر موارد، کسب و کارها مجبور می‌شوند سرویس‌های خود را از دسترس خارج کنند، اما برخی دیگر بازهم به کار خود ادامه خواهند داد، چرا برخی از سازمان‌ها با وجود خرابی هارد دیسک‌ سرور بازهم قادر به ادامه فعالیت‌های تجاری خواهند بود؟ در دنیای شبکه و سرور، تصمیم‌گیری در ارتباط با نوع ریدبندی سرور، یکی از موضوعات مهم و پیچیده به شمار می‌رود. این مسئله می‌تواند مشخص کند آیا استراتژی‌های تجاری در برابر مشکلات سخت‌افزار، مقاوم خواهند بود یا در اثر کوچک‌ترین مشکل، داده‌های مهم و کاربردی برای همیشه از دست خواهند رفت. این‌جا است که فناوری رید به یاری کسب‌وکارها می‌آید.

رید چیست؟

رید (RAID) سرنام Redundant Array of Independent Disks یک فناوری حیاتی در مدیریت داده‌ها و ذخیره‌سازی سرورها محسوب می‌شود. هدف اصلی رید افزایش عملکرد و بهبود قابلیت اطمینان و تحمل خطا از طریق ترکیب چند هارد دیسک در قالب یک واحد منطقی است. این فرآیند باعث می‌شود سیستم عامل به جای مشاهده و مدیریت چندین درایو مجزا، تنها یک فضای ذخیره‌سازی بزرگ و واحد را ببیند. رید از سه تکنیک اصلی برای دستیابی به این اهداف استفاده می‌کند. اولین روش قرینه‌سازی (Mirroring) است که داده‌ها را به صورت کاملا یکسان روی دو یا چند دیسک کپی می‌کند؛ این کار بالاترین سطح حفاظت را در برابر خرابی یک دیسک (مانند رید 1) فراهم می‌آورد و بازیابی فوری داده‌ها را تضمین می‌کند. روش دوم بخش‌بندی (Striping) است که داده‌ها را به بلوک‌های کوچکتر تقسیم کرده و آن‌ها را به صورت همزمان روی دیسک‌های متعدد می‌نویسد تا با موازی‌سازی عملیات، سرعت خواندن و نوشتن به طور چشمگیری افزایش یابد (مانند رید 0). روش سوم توازن (Parity) نام دارد که از داده‌های اضافی محاسباتی استفاده می‌کند؛ این داده‌های توازن روی دیسک‌های مختلف توزیع می‌شوند و در صورت خرابی یک یا دو دیسک، می‌توانند برای بازسازی و احیای اطلاعات از دست رفته به کار روند (مانند RAID 5 و RAID 6).

چرا RAID مهم است؟

رید به دو دلیل اصلی اهمیت دارد: حفاظت از داده‌ها و افزایش عملکرد. با ترکیب چندین دیسک فیزیکی در یک آرایه منطقی، رید تضمین می‌کند در صورت خرابی یک دیسک، اطلاعات حیاتی سرور از دست نخواهد رفت. علاوه بر این، با استفاده از تکنیک بخش‌بندی، عملیات خواندن و نوشتن داده‌ها به صورت موازی بین چندین دیسک تقسیم شده و سرعت کلی دسترسی به داده‌ها، به ویژه در بارهای کاری سنگین، به طرز چشمگیری بهبود می‌یابد. در نتیجه، رید یک راهکار ضروری برای هر سیستم ذخیره‌سازی است که به پایداری بالا و سرعت دسترسی مطمئن نیاز دارد.

مفاهیم کلیدی در RAID

مفاهیم کلیدی در رید حول سه اصل اساسی زیر می‌چرخند:

1. تحمل خطا و افزونگی: هدف اصلی رید محافظت از داده‌ها در برابر خرابی دیسک است. این کار از طریق قرینه‌سازی انجام می‌شود که داده‌ها را عينا کپی می‌کند در معماری RAID 1 یا از طریق توازن که اطلاعات محاسباتی اضافی برای بازسازی داده‌ها ذخیره می‌کند مثل رید 5 و 6.

2. بخش‌بندی: برای افزایش عملکرد، داده‌ها به بلوک‌هایی تقسیم شده و به صورت موازی روی چندین دیسک نوشته می‌شوند رید 0. این امر سرعت خواندن/نوشتن را به شدت بهبود می‌بخشد.

3. سطوح رید: هر سطح مانند RAID 1، RAID 5، RAID 10 ترکیبی متفاوت از این اصول را ارائه می‌دهد تا تعادل بهینه‌ای بین سرعت، امنیت و ظرفیت ذخیره‌سازی ایجاد کند.

انواع پیاده‌سازی RAID از منظر نرم افزاری و سخت افزاری

پیاده‌سازی رید به طور کلی به دو روش اصلی نرم‌افزاری (Software RAID) و سخت‌افزاری (Hardware RAID) تقسیم می‌شود که هر کدام مزایا و معایب فنی خاص خود را دارند. رید سخت‌افزاری از یک کنترلر فیزیکی اختصاصی (معمولا یک کارت PCIe جداگانه یا یک چیپست مجتمع روی مادربرد سرور) استفاده می‌کند. این کنترلر دارای پردازنده و حافظه کش مخصوص به خود است که تمام محاسبات پیچیده Striping و Parity را انجام می‌دهد؛ این ویژگی بار پردازشی را از روی پردازنده اصلی سرور برمی‌دارد و بهترین عملکرد، به ویژه در سطوح پیچیده‌ای مانند رید 5، 6 و 10 را تضمین می‌کند.

کنترلرهای سخت‌افزاری قابلیت‌هایی مانند کش‌بک‌نویسی (Write-Back Caching) با باتری بک‌آپ (BBU) برای محافظت از داده‌ها در برابر قطع برق را ارائه می‌دهند که آن‌ها را به انتخاب ارجح برای محیط‌های ماموریت حیاتی تبدیل می‌کند. در مقابل، رید نرم‌افزاری توسط سیستم‌عامل (OS) مدیریت می‌شود مانند Logical Volume Manager در لینوکس یا Storage Spaces در ویندوز. این روش هزینه سخت‌افزاری اضافی ندارد و پیاده‌سازی آن آسان‌تر است، اما تمام محاسبات رید را به پردازنده و حافظه اصلی سرور محول می‌کند. در نتیجه، رید نرم‌افزاری عملکرد I/O را تحت بارهای سنگین کاهش می‌دهد و برای محیط‌هایی که عملکرد حیاتی نیست (مانند ایستگاه‌های کاری یا سرورهای ذخیره‌سازی با حجم کار پایین) مناسب‌تر است، و معمولا به سطوح ساده مانند رید 1 و 0 محدود می‌شود.

معیارهای انتخاب RAID مناسب که باید درنظر بگیرید

انتخاب رید مناسب برای یک محیط سرور نیازمند ارزیابی دقیق چند معیار کلیدی فنی و عملیاتی است، به ویژه که هیچ سطح رید واحدی برای همه سناریوها بهترین نیست. اولین و حیاتی‌ترین معیار، تحمل خطا و قابلیت اطمینان مورد نیاز است. برای سیستم‌های که اهمیت راهبردی دارند مانند دیتابیس‌ها و سرویس‌های تراکنشی، حداقل قابلیت تحمل خرابی یک دیسک ضروری است، اما با توجه به افزایش ظرفیت دیسک‌ها و طولانی‌تر شدن زمان بازسازی که ریسک خرابی دیسک دوم را افزایش می‌دهد، باید ریدهایی با تحمل خطای مضاعف (مانند RAID 6) یا بالاترین سرعت بازسازی (مانند RAID 10) را در نظر گرفت. معیار دوم، عملکرد، شامل سرعت خواندن و نوشتن داده‌ها (I/O Operations) است. بارهای کاری سنگین و تصادفی مانند سرورهای مجازی‌سازی یا پایگاه‌های داده، به شدت به سرعت بالایی نیاز دارند که RAID 10 با ترکیب Striping و Mirroring آن را فراهم می‌کند و بهترین عملکرد نوشتن را ارائه می‌دهد. در مقابل، اگر نیاز اصلی خواندن داده‌های متوالی باشد مانند فایل‌های بزرگ یا آرشیو، می‌توان از ریدهایی با توازن استفاده کرد.

معیار سوم، بهره‌وری از ظرفیت و هزینه است. RAID 10 حدود ۵۰ درصد از فضای ذخیره‌سازی را به افزونگی اختصاص می‌دهد (هزینه بالاتر ظرفیت) در حالی که RAID 5 و RAID 6 با استفاده از توازن، فضای بیشتری از دیسک‌ها را برای داده‌ها آزاد می‌گذارند (N-1 برای RAID 5 و N-2 برای RAID 6)، که این امر آنها را برای سناریوهایی با اولویت ذخیره‌سازی حجیم و هزینه کمتر جذاب‌تر می‌کند. معیار چهارم، هزینه پیاده‌سازی و مدیریت است. رید نرم‌افزاری هزینه سخت‌افزاری ندارد، اما به منابع پردازنده سرور فشار می‌آورد و برای عملکرد بالا مناسب نیست؛ در حالی که رید سخت‌افزاری (با کارت کنترلر اختصاصی) هزینه اولیه بالایی دارد، اما بهترین عملکرد و ویژگی‌های مدیریتی پیشرفته مانند کش‌بک‌نویسی محافظت‌شده با باتری را ارائه می‌دهد که برای تضمین سلامت داده‌ها در هنگام قطع برق ضروری است.

معیار پنجم، نوع دیسک مورد استفاده است. استفاده از دیسک‌های SSD که سرعت I/O بسیار بالایی دارند، می‌تواند مزیت عملکردی RAID 10 را کمتر محسوس کند، اما همچنان برای تحمل خطا لازم است. همچنین، اگر از هارد دیسک‌های با ظرفیت بالا (NL-SAS یا SATA) استفاده می‌شود، که زمان بازسازی طولانی‌تری دارند، انتخاب RAID 6 برای محافظت در برابر خرابی دیسک دوم در طول بازسازی یک الزام است. در نهایت، باید به تعداد دیسک‌های موجود برای آرایه توجه داشت، زیرا هر سطح رید حداقل تعداد دیسک‌های مورد نیاز خود را دارد (به طور مثال، حداقل ۲ دیسک برای RAID 1 و حداقل ۴ دیسک برای RAID 10). تصمیم‌گیری نهایی باید با ارزیابی دقیق و وزنی این معیارها صورت گیرد: RAID 10 برای عملکرد و دسترس‌پذیری بالا و RAID 6 برای تحمل خطای مضاعف و بهینه‌سازی ظرفیت، رایج‌ترین و مناسب‌ترین انتخاب‌ها برای محیط‌های سرور مدرن هستند.

راهنمای انتخاب RAID بر اساس نوع سرور

انتخاب سطح رید باید مستقیما با نقش سرور و نوع بار کاری (Workload) آن همسو باشد. راهنمای کلی برای انتخاب رید بر اساس رایج‌ترین انواع سرور در جدول زیر ارائه شده است:

به طورکلی، انتخاب مناسب‌ترین نوع ریدبندی برای سرور، مستقیما به تعادل مورد نیاز بین عملکرد، تحمل خطا و بهره‌وری از ظرفیت وابسته است. از منظر فنی، برای زیرساخت‌های سرور، دو نوع RAID 10 و RAID 6 به عنوان استاندارد صنعتی شناخته می‌شوند، در حالی که RAID 5 به دلیل ریسک بالای شکست مجدد دیسک طی فرآیند طولانی بازسازی در دیسک‌های حجیم امروزی، برای سرورهای مهم کمتر توصیه می‌شود. RAID 10، اغلب به عنوان استاندارد طلایی برای سرورهای حیاتی و بارهای کاری نیازمند به ورودی/خروجی تصادفی بالا، نظیر دیتابیس‌ها و سرورهای مجازی‌سازی محسوب می‌شود. برتری RAID 10 در بهترین عملکرد نوشتن خلاصه می‌شود، زیرا عملیات نوشتن بدون سربار محاسبات توازن انجام شده و داده‌ها همزمان روی دو مجموعه دیسک آینه‌ای می‌نشینند؛ همچنین تحمل خطای عالی دارد و می‌تواند چندین خرابی دیسک را تحمل کند به شرط آنکه هر دیسک خراب‌شده در یک مجموعه آینه‌ای متفاوت باشد، که بالاترین سطح پایداری و در دسترس بودن را تضمین می‌کند.

در مقابل، RAID 6 با استفاده از دو توازن مجزا (N-2)، امکان تحمل خرابی همزمان دو دیسک را فراهم می‌سازد که امنیت داده‌ها را در طول فرآیند پرخطر بازسازی افزایش می‌دهد و این امر آن را به گزینه‌ای ایده‌آل برای سرورهای ذخیره‌سازی بزرگ داده و آرشیوها تبدیل می‌کند که اولویت در آن تحمل خطای مضاعف و بهینه‌سازی ظرفیت است. اگرچه عملکرد نوشتن در RAID 6 به دلیل انجام دو محاسبه توازن نسبت به RAID 10 کمتر است، اما برای محیط‌هایی که تمرکز بر حجم ظرفیت در دسترس و اطمینان از داده‌ها در برابر شکست‌های دیسک پی‌درپی است، انتخاب مناسبی محسوب می‌شود. در نتیجه، برای سرورهای مدرن و با کارایی بالا، RAID 10 برای سرعت و دسترس‌پذیری بی‌نظیر و RAID 6 برای حداکثر تحمل خطا و ظرفیت بالا، مناسب‌ترین و منطقی‌ترین گزینه‌ها هستند.

حمیدرضا تائبی