اتفاقات روزمره ، اخبار مهم و دیگر مطالب میهن وب هاست را می توانید در این قسمت مطالعه کنید

کلمه RAID مخفف عبارت redundant array of independent disks است. از تکنولوژی RAID برای افزایش کارایی و قابلیت اطمینان سیستم های ذخیره سازی داده، استفاده می شود. RAID می تواند در سطح نرم افزاری یا سخت افزاری پیاده سازی گردد. در واقع این تکنولوژی با مجازی سازی دیسک های فیزیکی، سرعت دسترسی به داده ها را بالا برده و با ایجاد افزونگی داده (نگهداری داده در دو مکان جداگانه) باعث بالا بردن قابلیت اطمینان سیستم می شود. عموما به RAID های سخت افزاری، raid controller گفته می شود که در مقابل RAID های Server-Based قرار می گیرند و ترکیبی از نرم افزار و سخت افزار هستند. در این مقاله در مورد raid controller و باتری آن و همچنین موارد استفاده سخت افزاری و نرم افزاری صحبت خواهد شد.

raid controller چیست؟

در واقع raid controller یک تراشه یا کارت سخت افزاری است که بین سیستم عامل و دیسک های ذخیره سازی قرار می گیرد. RAID ها دارای سطوح مختلفی بوده و عموما سرعت دسترسی به داده ها را بالا می برند و موجب افزونگی داده می شوند. شایان ذکر است که معمولا، RAID برای SSD ها، افزونگی داده ایجاد می کند اما سرعت دسترسی به داده های آن را بالا نخواهد برد و افزایش سرعت RAID صرفا برای HDD ها رخ خواهد داد. البته RAID های سخت افزاری که به صورت اختصاصی برای کار با SSD ها تولید شده اند، می توانند در کنار افزایش افزونگی، کارایی را نیز افزایش دهند. یک raid controller با استفاده از مجازی سازی، درایوهای ذخیره سازی فیزیکی را به گروه های مجازی با سطوح امنیتی متفاوت و افزونگی داده های خاص، تبدیل می کند.

تصویر(1)

می توان یک raid controller را به دو بخش، رابط کاربری front-end و رابط کاربری back-end تقسیم کرد. رابط کاربری front-end معمولا با استفاده از یک host-based adapter یا به اختصار HBA، با سرور در ارتباط است، در حالی که رابط back-end به وسیله ATA SCSI، SATA، SAS اقدام به اتصال و مدیریت درایوهای ذخیره سازی اطلاعات می کند.

raid controller ها بر اساس چندین معیار مانند نوع اتصال آن (SATA یا SAS)، تعداد پورت ها و تعداد درایوهای پشتیبانی شده، سطوحی که RAID پشتیبانی می کند، معماری رابط کاربری آن و میزان حافظه کش دسته بندی می شوند. در واقع یک raid controller که برای کار با SATA تولید شده است، نمی تواند از SAS پشتیبانی کند یا raid controller که برای RAID 1 ساخته شده، نمی تواند  RAID 10 را پیاده سازی نماید.

تصویر(2)

باید این نکته را در نظر داشت که raid controller ها، کنترل کننده دیسک ذخیره سازی اطلاعات نیستند. کنترل کننده های فضای ذخیره سازی، دیسک فعال را به سیستم عامل ارائه می دهند، در حالی که raid controller ها به مانند یک کش برای RAM عمل می کنند و قابلیت RAID را پیاده سازی می نمایند. تعداد و ماهیت دیسک های RAID شده به کانفیگ raid controller وابسته است.

RAID سخت افزاری: RAID Controller

این نوع RAID Controller خود به دو صورت external و internal وجود دارد. نوع external آن با نام RAID Controller Card و نوع internal آن با نام RAID-on-Chip شناخته می شود.

• نوع RAID Controller Card: این نوع RAID Controller از طریق PCIe یا PCI-X به مادربورد متصل می شود و شامل یک پردازنده RAID و پردازنده I/O به همراه رابط اتصال به درایوها می باشد.
• نوع RAID-on-Chip: نوع ارزانی از RAID Controller ها و در واقع یک تراشه در مادربورد می باشد که رابط های ورودی و خروجی HDD، پردازنده RAID و کنترل RAM را در خود جای داده است. فریمور، RAID را در زمان بوت سیستم لود کرده و سپس کنترل داده ها را به درایوها منتقل می کند.

RAID نرم افزاری: Server-Based RAID

در RAID نرم افزاری، قابلیت RAID از سوی سیستم میزبان ارائه می شود. RAID نرم افزاری به دو صورت software-defined که در سیستم عامل قرار دارد و یک معماری چندگانه که شامل بخش سخت افزاری برای کاهش لود CPU است، پیاده سازی می شود.

• نوع Software-only RAID: این نوع RAID به صورت عمومی در سیستم عامل ها وجود دارد و همین امر، آن را به ارزانترین روش بهره مندی از تکنولوژی RAID تبدیل می کند. نرم افزار موجود در سیستم عامل، RAID را مدیریت کرده، محاسبات RAID را انجام می دهد و توسط HBA یا دیگر ورودی و خروجی های محلی، به درایو های ذخیره سازی متصل می شود. این نوع RAID، زمانی که سیستم عامل درایور RAID را فراخوانی می نماید، شروع به کار خواهد کرد.
• نوع Hybrid hardware/software RAID: در واقع این نوع RAID از یک قطعه سخت افزاری برای فراهم ساختن عملکردهای RAID تحت BIOS در مادربرد، استفاده می کند. از این رو هزینه پیاده سازی آن نیز از حالت Software-only RAID بیشتر خواهد بود اما مزیت Hybrid hardware/software RAID این است که خطاهای زمان لود سیستم عامل ها روی آن بی تاثیر خواهد بود.

باتری در RAID سخت افزاری

امروزه گونه غالب RAID Controller ها از نوع SAS به خصوص SAS3 هستند. البته می توان برخی RAID controller های ارزان را که نهایتا از RAID سطح 0 یا 1 پشتیبانی می کنند، در بازار یافت اما این RAID controller ها بیشتر برای درایوهای بوت سیستم عامل، NAS های ساده و دیگر موارد مشابه قابل استفاده هستند. یک RAID controller برای پیاده سازی RAID های مشابه همچون RAID 5 و RAID 6 باید عملیات XOR را انجام دهد تا بتواند تشخیص دهد که هر داده را باید در کدام درایو بنویسد. در استانداردهای پردازنده های امروزی، محاسبه این که چه داده ای باید در کدام دیسک نوشته شود، حتی برای 8 درایو 10 ترابایتی، کار سختی نیست اما زمان محاسبه آن بالا خواهد بود.

شرکت های تولید کننده raid controller و باتری آن برای سالیان متمادی، نیاز به سرعت و کارایی بالاتر را با اضافه کردن DRAM، پوشش داده اند. در صورت وجود DRAM، سیستم میزبان می تواند داده ها را در خود RAID controller بنویسد.

تصویر(3)

در این حالت، داده ها تا زمان محاسبه parity به صورت موقت در DRAM نگهداری می شوند اما با قطع شدن برق، اطلاعات DRAM ها حذف خواهند شد. از این رو وجود یک واحد باتری پشتیبان (Battery Backup Unit) یا به اختصار BBU، بسیار حائز اهمیت است.

در صورت وجود یک BBU، حتی اگر برق منبع تغذیه نیز قطع شود، raid controller و باتری آن می تواند داده ها را تا چندین ساعت داخل DRAM خود نگه دارد. در RAID controller هایی که دارای Flash-Backed Write Cache یا به اختصار (FBWC) هستند، در زمان قطعی برق، داده های موجود در DRAM، توسط باتری به FBWC منتقل خواهند شد.

تصویر(4)

افرادی که در صنایع مرتبط با RAID کار می کنند، طی سال ها با raid controller و باتری آن آشنایی پیدا کرده اند و از قابلیت ها و مزیت های فوق العاده آن مطلع هستند اما به خاطر داشته باشید که باتری های RAID باید در یک دوره زمانی مشخص تعویض گردند. افراد تمایل دارند تا خیالشان از عملکرد صحیح سرورهایشان راحت باشد و اطمینان داشته باشند که از آنها به درستی نگهداری می شود.

تصویر(5)

برای سرورهایی که عمر عملیاتی آنها کمتر از 36 ماه است، نگرانی از بابت تعویض باتری وجود نخواهد داشت اما برای سازمان هایی که سرور هایشان برای بیش از 3 الی 4 سال روشن است حتما باید بررسی و تعویض باتری صورت پذیرد. توجه داشته باشید که وجود برآمدگی در باتری RAID controller می تواند یک نشانه از معیوب شدن آن باشد و بهتر است قبل از خرابی باتری، آن را تعویض نمایید.

تصویر(6)

سخن پایانی

قطعا هزینه یک RAID مبتنی بر سخت افزار از نمونه نرم افزاری آن بیشتر است اما مزیت های بیشتر آن همچون بالا بردن کارایی سیستم و جدا بودن از خطاهای بوت سیستم عامل، از مهمترین نقاط قوت RAID controller های سخت افزاری است. از دیگر قابلیت های raid controller و باتری آن به شرح زیر می باشد:

•  استفاده از حافظه کش: معمولا RAID controller دارای حافظه کش جداگانه است که همین امر باعث افزایش سرعت عملیات های RAID می شود.
• انجام پردازش مجزا: RAID controller ها جدا از سیستم عامل عمل کرده و به طور مستقل بر پیکربندی RAID نظارت دارند. به دلیل اینکه RAID controller به توان پردازشی دیسک ها نیاز ندارد، در دو مبحث ظرفیت و سرعت، نسبت به RAID های نرم افزاری برتری خواهند داشت.
• جدا بودن از خطا های زمان بوت: برخلاف RAID نرم افزاری که به دلیل قرار گرفتن داخل سیستم عامل، در معرض خطاهای زمان بوت سیستم عامل قرار دارد، RAID controller سخت افزاری هیچ تاثیری از خطای بوت نمی پذیرد و به عملکرد خود ادامه خواهد داد.

در پایان باید این نکته را مد نظر داشت که هر محیطی به RAID controller سخت افزاری نیاز ندارد. به عنوان مثال، در یک سیستم ذخیره سازی با بودجه کم، می توان با انجام RAID 0 نرم افزاری باعث افزایش سرعت HDD ها شد یا با پیاده سازی نرم افزاری RAID 1 از قابلیت افزونگی داده ها استفاده نمود. قطعا برای محیط هایی با کارایی بالا به همراه محاسبات فشرده زیاد، RAID های سخت افزاری سطح 5 یا 6 گزینه بسیاری بهتری خواهند بود. احتمالا هیچ RAID نرم افزاری نخواهید یافت که بتواند RAID 10 را پیاده سازی کند و قطعا بهترین گزینه RAID controller سخت افزاری خواهد بود.