سطوح غیر استاندارد RAID

"سطوح غیراستاندارد RAID" (به انگلیسی: "Non-standard RAID levels") به مجموعه ای از معماری ها، پیاده سازی ها و فناوری های ذخیره سازی گفته می شود که خارج از سطوح استاندارد RAID توسعه یافته اند. این فناوری ها معمولاً توسط شرکت های تولیدکننده تجهیزات ذخیره سازی، توسعه دهندگان سیستم عامل یا پروژه های متن باز با هدف رفع محدودیت های RAIDهای سنتی، افزایش کارایی، بهبود تحمل خطا یا ارائه قابلیت های مدیریتی پیشرفته ایجاد شده اند.

فناوری RAID (مخفف "Redundant Array of Independent Disks") نخستین بار در اواخر دهه ۱۹۸۰ میلادی معرفی شد و سطوح استانداردی نظیر RAID 0، RAID 1، RAID 4، RAID 5 و RAID 6 را تعریف کرد. با گسترش ظرفیت دیسک های ذخیره سازی و افزایش نیاز به دسترس پذیری و کارایی بیشتر، برخی تولیدکنندگان راهکارهای اختصاصی یا توسعه یافته ای ارائه کردند که در قالب استانداردهای اولیه RAID قرار نمی گرفتند.

برخلاف RAIDهای استاندارد که ساختار و رفتار مشخصی دارند، سطوح غیراستاندارد RAID ممکن است از روش های متفاوتی برای توزیع داده، محاسبه داده های توازن (Parity)، افزونگی (Redundancy)، بازسازی داده ها و مدیریت فضای ذخیره سازی استفاده کنند. برخی از این فناوری ها، مانند RAID-DP توسعه یافته توسط NetApp و RAID-Z مورد استفاده در سامانه فایل ZFS، به طور گسترده در محیط های سازمانی و سامانه های ذخیره سازی پیشرفته مورد استفاده قرار گرفته اند.

سطوح غیراستاندارد RAID از نظر طراحی و هدف با یکدیگر تفاوت دارند. برخی از آن ها برای افزایش سرعت بازسازی آرایه پس از خرابی دیسک طراحی شده اند، برخی دیگر امکان استفاده از دیسک هایی با ظرفیت های متفاوت را فراهم می کنند و گروهی نیز با هدف رفع مشکلات شناخته شده RAIDهای سنتی، مانند مشکل «حفره نوشتن» (Write Hole)، توسعه یافته اند.

 RAID-DP 

 RAID-DP چیست؟ 
"RAID-DP" مخفف ("RAID Double Parity") یک فناوری اختصاصی حفاظت از داده است که توسط شرکت NetApp توسعه داده شد. این فناوری به عنوان جایگزینی برای RAID 4 در سامانه های ذخیره سازی این شرکت معرفی شد و با استفاده از دو بلوک توازن (Parity)، امکان تحمل خرابی هم زمان دو دیسک را فراهم می کند.

در RAID 4 سنتی، داده ها میان چندین دیسک توزیع می شوند و یک دیسک مجزا برای ذخیره اطلاعات توازن (Parity) مورد استفاده قرار می گیرد. اگرچه این روش در زمان معرفی خود کارامد بود، اما با افزایش ظرفیت دیسک ها و طولانی تر شدن فرآیند بازسازی (Rebuild)، خطر از دست رفتن داده ها در صورت خرابی هم زمان دو دیسک افزایش یافت. RAID-DP برای رفع این محدودیت توسعه داده شد.

 نحوه عملکرد 
RAID-DP از دو نوع اطلاعات توازن (Parity) مستقل استفاده می کند. نخستین مجموعه توازن (Parity)، عملکردی مشابه RAID 4 دارد و مجموعه دوم به عنوان لایه ای اضافی برای محافظت در برابر خرابی دومین دیسک عمل می کند. در نتیجه، آرایه می تواند بدون از دست رفتن داده ها خرابی دو دیسک فیزیکی را به طور هم زمان تحمل کند.

برخلاف RAID 6 که معمولاً بر پایه الگوریتم های استاندارد دوگانه توازن پیاده سازی می شود، RAID-DP از پیاده سازی اختصاصی NetApp برای مدیریت اطلاعات توازن (Parity) استفاده می کند. هدف اصلی این طراحی، حفظ کارایی بالا در کنار افزایش قابلیت اطمینان سامانه ذخیره سازی است.

 مزایا 

 تحمل خرابی هم زمان دو دیسک
 افزایش قابلیت اطمینان در آرایه های ذخیره سازی بزرگ
 مناسب برای دیسک های با ظرفیت بالا که فرآیند بازسازی طولانی تری دارند
 ادغام کامل با معماری ذخیره سازی NetApp

 محدودیت ها 

 فناوری اختصاصی بوده و خارج از محصولات NetApp به صورت گسترده مورد استفاده قرار نگرفته است.
 جزئیات پیاده سازی آن در مقایسه با استانداردهای رایج RAID کمتر مستندسازی شده است.
 وابستگی به سخت افزار و نرم افزارهای اختصاصی NetApp.

 مقایسه با RAID 6 
از دیدگاه تحمل خطا (Fault tolerance)، RAID-DP و RAID 6 هر دو قادر به تحمل خرابی دو دیسک هستند. با این حال RAID-DP بخشی از معماری ذخیره سازی اختصاصی NetApp محسوب می شود، در حالی که RAID 6 یک استاندارد عمومی است که توسط طیف گسترده ای از کنترلرها و سیستم عامل ها پشتیبانی می شود.Dimitri Pertin, Alexandre van Kempen, Benoît Parrein, Nicolaa Normand. "Comparison of RAID-6 Erasure Codes". The third Sino-French Workshop on Information and Communication Technologies, SIFWICT 2015, Jun 2015, Nantes, France. ffhal-01162047f

 RAID 7, RAID N+M 

 RAID 7 
"RAID 7" نام یک فناوری اختصاصی ذخیره سازی است که توسط شرکت Storage Computer Corporation توسعه داده شد. برخلاف تصور رایج، RAID 7 بخشی از سطوح استاندارد RAID محسوب نمی شود و هیچ گاه توسط صنعت ذخیره سازی به عنوان جانشین RAID 6 یا یک استاندارد رسمی پذیرفته نشد.

این فناوری بر پایه مفاهیم RAID 3 و RAID 4 طراحی شده بود و از یک سامانه کنترل اختصاصی برای مدیریت عملیات ورودی و خروجی، زمان بندی درخواست ها و پردازش اطلاعات توازن (Parity) استفاده می کرد. هدف اصلی از طراحی RAID 7 افزایش کارایی و کاهش تأخیر در محیط هایی بود که تعداد زیادی عملیات هم زمان خواندن و نوشتن انجام می شد.

از ویژگی های RAID 7 می توان به استفاده از حافظه نهان (Cache) اختصاصی، پردازنده در آن واحد (Real-Time Processor) و سیستم عامل تعبیه شده برای مدیریت آرایه اشاره کرد. این ویژگی ها باعث می شدند عملکرد آن در برخی بارهای کاری از RAID های متداول آن زمان بهتر باشد.

با وجود مزایای فنی، RAID 7 به دلیل ماهیت اختصاصی، هزینه بالا و عدم پذیرش گسترده در بازار، هرگز به یک راهکار فراگیر تبدیل نشد و امروزه عملاً منسوخ شده محسوب میشود.

 ویژگی ها 

 استفاده از پردازنده اختصاصی برای مدیریت آرایه
 بهره گیری از حافظه نهان مستقل
 امکان پردازش همزمان چندین درخواست ورودی و خروجی
 سازگار نبودن با استانداردهای عمومی RAID

 محدودیت ها 

 فناوری کاملا اختصاصی
 وابستگی به سخت افزار و نرم افزار شرکت سازنده
 عدم پشتیبانی گسترده در صنعت ذخیره سازی
 منسوخ شدن با ظهور ریدکنترلر های مدرن

 RAID N+M 
"RAID N+M" یک روش توصیف آرایه های ذخیره سازی مبتنی بر افزونگی (Redundancy) است که در آن «N» نشان دهنده تعداد دیسک های داده ها و «M» نشان دهنده تعداد دیسک های افزونگی (Redundancy) یا توازن (Parity) است.

برخلاف سطوح سنتی RAID که تعداد مشخصی از دیسک های توازن (Parity) را دارند، در معماری N+M تعداد دیسک های افزونگی یا توازن می تواند بسته به نیاز سامانه تغییر کند. این روش به ویژه در سامانه های ذخیره سازی بزرگ، مراکز داده و معماری های مبتنی بر [./Https://en.wikipedia.org/wiki/Erasure_code Erasure Coding] مورد استفاده قرار می گیرد.

برای مثال، در یک آرایه 2+10، ده دیسک برای ذخیره داده و دو دیسک برای ذخیره اطلاعات افزونگی مورد استفاده قرار می گیرد. چنین آرایه ای معمولاً می تواند خرابی هم زمان دو دیسک را بدون از دست رفتن داده ها تحمل کند.

استفاده از مدل N+M در سامانه های ذخیره سازی مدرن امکان دستیابی به تعادل میان ظرفیت ذخیره سازی، کارایی و تحمل خطا را فراهم می کند. به همین دلیل بسیاری از سامانه های ذخیره سازی توزیع شده و محصولات ذخیره سازی سازمانی به جای استفاده از سطوح RAID سنتی، از معماری های مبتنی بر N+M بهره می برند تا نسبت به نیاز خود تعداد هارد دیسک های مشخص برای افزونگی (Redundancy) و توازن (Parity) مشخص کنند.

 نمونه ها 
+آرایهتعداد هارد دیسک داده هاهارد دیسک افزونگی و توازنتحمل خرابی8+181یک دیسک20+4204چهار دیسک14+3143سه دیسک

 کاربردها 

 سامانه های ذخیره سازی سازمانی
 مراکز داده های بزرگ
 سامانه‌های مبتنی بر Erasure Coding
 ذخیره سازی توضیع شده

 RAID 5E، RAID 5EE و RAID 6E 
"RAID 5E" و "RAID 5EE" و "RAID 6E" از جمله توسعه های غیراستاندارد سطوح RAID مبتنی بر توازن (Parity) هستند که با هدف کاهش زمان بازیابی آرایه پس از خرابی دیسک و بهبود دسترس پذیری داده ها طراحی شده اند. حرف «E» در نام این سطوح از واژه ''Enhanced'' (بهبود یافته) گرفته شده است.

ویژگی مشترک این سطوح، استفاده از فضای ذخیره سازی رزرو (Hot Spare) در داخل آرایه RAID است. در RAID های سنتی، دیسک رزرو معمولاً به صورت یک دیسک مستقل و غیرفعال در سامانه حضور دارد و تنها در صورت خرابی یکی از دیسک ها وارد مدار می شود. در مقابل، RAID های سری E بخشی از فضای آرایه را به صورت توزیع شده برای بازیابی سریع تر داده ها اختصاص می دهند.

 RAID 5E 
RAID 5E  نسخه ای توسعه یافته از RAID 5 است که در آن فضای رزرو (Spare Space) میان تمامی دیسک های آرایه توزیع می شود. در این ساختار، علاوه بر بلوک های داده و توازن، بلوک های خالی ویژه ای نیز در سراسر آرایه پراکنده هستند که در صورت خرابی یک دیسک برای بازسازی داده ها مورد استفاده قرار می گیرند.

این روش باعث می شود فرایند بازسازی بدون نیاز به انتظار برای فعال شدن یک دیسک رزرو مستقل آغاز شود و زمان بازیابی کاهش یابد.

 مزایا 

 کاهش زمان بازسازی آرایه
 استفاده کارامدتر از فضای ذخیره سازی
 افزایش دسترسی پذیری داده ها

 محدودیت ها 

 کاهش ظرفیت قابل استفاده نسبت به RAID 5 استاندارد
 پشتیبانی محدود در کنترلرهای RAID

 RAID 5EE 
RAID 5EE مخفف (Enhanced Enhanced RAID 5) توسعه ای بر RAID 5E محسوب می شود. در این روش، فضای رزرو به جای قرار گرفتن در انتهای آرایه، در سراسر آرایه توزیع می شود. این توزیع یکنواخت باعث می شود عملیات خواندن و نوشتن در فضای رزرو نیز متعادل تر انجام شود.

در هنگام خرابی دیسک، داده های بازسازی شده مستقیماً در بلوک های رزرو (Spare Space) توزیع شده نوشته می شوند که می تواند زمان بازسازی را نسبت به RAID 5E کاهش دهد.

 مزایا 

 توزیع یکنواخت تر بار کاری
 بازسازی سریعتر نسبت به RAID 5E
 بهبود کارایی در برخی بارهای کاری

 محدودیت ها 

 پیچیدگی بیشتر در پیاده سازی
 عدم تبدیل شدن به یک استاندارد فراگیر صنعتی

 RAID 6E 
RAID 6E نسخه توسعه یافته RAID 6 است که علاوه بر دو بلوک توازن (Parity) مستقل، از فضای رزرو توزیع شده نیز استفاده می کند. این سطح می تواند خرابی هم زمان دو دیسک را تحمل کند و در عین حال مزایای فضای رزرو داخلی را نیز ارائه دهد.

از آنجا که RAID 6E بر پایه RAID 6 ساخته شده است، ظرفیت قابل استفاده آن نسبت به RAID 5E و RAID 5EE کمتر است، اما سطح حفاظت از داده ها بالاتر خواهد بود.

 مزایا 

 تحمل خرابی همزمان دو دیسک
 زمان بازسازی کمتر نسبت به RAID 6 سنتی
 مناسب برای آرایه های بزرگ با دیسک های پرظرفیت

 محدودیت ها 

 توازن (Parity) بیشتر برای ذخیره سازی
 پیچیدگی بالاتر در مدیریت توازن (Parity) و بازسازی
 پشتیبانی محدود در مقایسه با RAID 6 استاندارد

 مقایسه 
سطح RAIDتحمل خرابیفضای رزرو داخلیمبناRAID 5Eیک دیسکبلهRAID 5RAID 5EEیک دیسکبله (توزیع شده)RAID 5ERAID 6Eدو دیسکبلهRAID 6

 منابع 

رده:مقاله‌های ایجادشده توسط ایجادگر