RAID یک فناوری ذخیره‌سازی داده‌ها است که با ترکیب چندین دیسک سخت‌افزاری در قالب یک واحد منطقی، عملکرد بالاتر و امنیت بیشتر اطلاعات را فراهم می‌کند. این روش به‌ویژه در سرورها، مراکز داده و سیستم‌هایی که نیاز به در دسترس بودن و پایداری اطلاعات دارند، بسیار پرکاربرد است. RAID با ایجاد افزونگی (Redundancy) یا توزیع داده‌ها بین چند دیسک از خرابی و از دست رفتن داده‌ها جلوگیری می‌کند.

RAID چیست؟

RAID مخفف عبارت Redundant Array of Independent Disks به‌معنای است. این فناوری برای ترکیب چندین هارد دیسک فیزیکی در یک مجموعه واحد طراحی شده تا از نظر کارایی، امنیت یا هر دو نسبت به استفاده از یک دیسک تنها مزایای بیشتری ارائه دهد. در RAID داده‌ها به روش‌های خاصی بین دیسک‌ها توزیع می‌شوند که این روش‌ها بسته به نوع RAID می‌توانند شامل افزونگی (برای محافظت از اطلاعات در برابر خرابی دیسک) یا توزیع داده برای افزایش سرعت خواندن و نوشتن باشند.

RAID معمولاً در محیط‌هایی مورد استفاده قرار می‌گیرد که عملکرد و پایداری اطلاعات اهمیت بالایی دارد، مانند سرورها، سیستم‌های ذخیره‌سازی تحت شبکه (NAS و SAN) و دیتاسنترها. این فناوری در چندین سطح یا مدل پیاده‌سازی می‌شود، از جمله RAID 0، RAID 1، RAID 5، RAID 10 و سایر ترکیب‌ها. هر سطح RAID ویژگی‌ها، مزایا و محدودیت‌های خاص خود را دارد و انتخاب نوع مناسب آن به نیازهای فنی و بودجه کاربر بستگی دارد.

تاریخچه RAID

ایده اولیه RAID در سال 1987 توسط سه پژوهشگر دانشگاهی به نام‌های دیوید پترسون، رندی کاتز و گارث گیبسون مطرح شد. آن‌ها در گزارشی علمی با عنوان «A Case for Redundant Arrays of Inexpensive Disks» پیشنهاد کردند که به‌جای استفاده از دیسک‌های گران‌قیمت و پیشرفته، می‌توان از چندین دیسک ارزان‌تر استفاده کرد و با استفاده از Redundancy عملکرد و قابلیت اطمینان را حتی فراتر از دیسک‌های تکی ارتقا داد. این گزارش اصطلاح “RAID” را وارد ادبیات فناوری کرد و جرقه توسعه طیف گسترده‌ای از فناوری‌های ذخیره‌سازی مقاوم‌پذیر را زد.

هرچند RAID به‌عنوان اصطلاحی رسمی در آن زمان معرفی شد، اما مفهوم استفاده از چند دیسک به‌صورت هم‌زمان قبلاً هم مورد توجه قرار گرفته بود. برای مثال، نورمن کن اوچی از شرکت IBM در سال 1977 برای فناوری مشابهی ثبت اختراع انجام داده بود که بعدها با نام RAID 4 شناخته شد. در دهه ۸۰ میلادی نیز شرکت‌هایی مانند Digital Equipment و Geac Computer در زمینه پیاده‌سازی راهکارهای مشابه فعالیت داشتند. ارائه چارچوبی منسجم برای انواع RAID در گزارش سال 1988 باعث همگرایی بازار، تسهیل در توسعه محصولات و در نهایت محبوبیت روزافزون این فناوری در صنعت ذخیره‌سازی شد.

RAID چگونه کار می‌کند؟

RAID با ترکیب چندین هارد دیسک در یک آرایه منطقی (Logical Array) عمل می‌کند تا عملکرد یا افزونگی را افزایش دهد. این آرایه می‌تواند به‌صورت نرم‌افزاری یا سخت‌افزاری پیاده‌سازی شود. بسته به سطح RAID داده‌ها یا به‌صورت موازی بین دیسک‌ها تقسیم می‌شوند یا با اطلاعات تکراری و چک‌سام ذخیره می‌گردند تا در صورت خرابی یک دیسک، اطلاعات قابل بازیابی باشند.

• Striping (تقسیم داده‌ها):

در این روش داده‌ها به بلوک‌های کوچک تقسیم و به‌صورت متوالی روی چند دیسک نوشته می‌شوند. این کار باعث افزایش سرعت خواندن و نوشتن می‌شود، چون چند دیسک به‌صورت همزمان درگیر عملیات هستند.

• Mirroring (آینه‌سازی):

در این تکنیک داده‌ها به‌طور همزمان روی دو یا چند دیسک کپی می‌شوند. در صورت خرابی یکی از دیسک‌ها، نسخه پشتیبان همچنان در دسترس است و از آن برای ادامه کار استفاده می‌شود.

• Parity (افزونگی با بررسی برابری):

در برخی سطوح RAID بیت‌های کنترلی به‌نام parity تولید شده و همراه داده‌ها ذخیره می‌شوند. این بیت‌ها امکان بازسازی اطلاعات از دست‌رفته را در صورت خرابی یک دیسک فراهم می‌کنند، بدون نیاز به ذخیره کامل اطلاعات تکراری.

• Hot Spare (دیسک آماده به‌کار):

برخی آرایه‌های RAID از دیسک‌های یدکی (Hot Spare) استفاده می‌کنند که در صورت خرابی یکی از دیسک‌ها، به‌طور خودکار جایگزین آن می‌شوند و فرآیند بازسازی اطلاعات آغاز می‌شود، بدون نیاز به دخالت دستی.

انواع RAID و تفاوت آن‌ها

• انواع استاندارد RAID

RAID 0

RAID 0 داده‌ها را به صورت نواری (striping) بین دو یا چند دیسک تقسیم می‌کند و در نتیجه سرعت خواندن و نوشتن بسیار بالایی فراهم می‌شود. اما این نوع هیچ‌گونه افزونگی ندارد، بنابراین در صورت خرابی یکی از دیسک‌ها، کل اطلاعات از دست می‌رود. RAID 0 برای کاربردهایی مناسب است که سرعت اولویت دارد و اطلاعات حساس نیستند.

RAID 1

RAID 1 داده‌ها را به‌صورت کامل روی دو دیسک (یا بیشتر) کپی می‌کند. به این روش Mirroring می‌گویند. اگر یکی از دیسک‌ها خراب شود، نسخه‌ مشابهی از اطلاعات روی دیسک دیگر باقی می‌ماند. این نوع RAID سطح بالایی از اطمینان را فراهم می‌کند، اما ظرفیت قابل استفاده فقط برابر با ظرفیت یکی از دیسک‌ها خواهد بود.

RAID 2

RAID 2 داده‌ها را در چندین دیسک با استفاده از کدهای تصحیح خطا (ECC) ذخیره می‌کند. این نوع از دیسک‌های ویژه‌ای برای بررسی و اصلاح خطاهای بیت استفاده می‌کند و بسیار پیچیده است. امروزه به دلیل هزینه بالا و پیشرفت تکنولوژی کنترلرها، استفاده از آن منسوخ شده است.

RAID 3

در RAID 3 داده‌ها در سطح بایت بین دیسک‌ها تقسیم شده و یک دیسک مجزا برای ذخیره اطلاعات پاریتی در نظر گرفته می‌شود. این ساختار می‌تواند در برابر خرابی یک دیسک مقاومت کند، اما به دلیل نیاز به همگام‌سازی دائمی، کارایی آن در دسترسی‌های همزمان به فایل‌ها پایین است.

RAID 4

RAID 4 شبیه RAID 3 است با این تفاوت که داده‌ها به‌جای بایت، در سطح بلوک بین دیسک‌ها توزیع می‌شوند. همچنان از یک دیسک مجزا برای پاریتی استفاده می‌شود. مشکل اصلی آن گلوگاه ایجاد شده در دیسک پاریتی است که باعث کاهش کارایی در نوشتن می‌شود.

RAID 5

RAID 5 داده‌ها و پاریتی را به صورت توزیع شده بین همه دیسک‌ها ذخیره می‌کند. این ساختار امکان تحمل خرابی یک دیسک را بدون از دست رفتن اطلاعات فراهم می‌سازد و کارایی خوبی در خواندن و نوشتن دارد. RAID 5 یکی از رایج‌ترین سطوح RAID در سازمان‌هاست.

RAID 6

RAID 6 مانند RAID 5 است اما از دو بلاک پاریتی استفاده می‌کند، بنابراین می‌تواند خرابی همزمان دو دیسک را تحمل کند. امنیت داده‌ها در RAID 6 بیشتر است، اما نسبت به RAID 5 عملکرد نوشتن کندتری دارد و به حداقل چهار دیسک نیاز دارد.

• انواع ترکیبی RAID

RAID 0+1 (RAID 01)

RAID 01 ابتدا داده‌ها را روی چند دیسک به‌صورت نواری (striping) تقسیم می‌کند، سپس از کل آرایه نواری، یک نسخه‌ی آینه تهیه می‌شود. این ساختار سرعت بالایی دارد، اما تنها در صورتی ایمن است که دیسک‌ها در یک طرف از آینه دچار خرابی نشوند. اگر هر دو دیسک از آرایه نواری خراب شوند داده‌ها از بین می‌روند.

RAID 1+0 (RAID 10)

RAID 10 ترکیبی از آینه‌سازی و نواری‌سازی است که ابتدا داده‌ها را آینه کرده، سپس بین آن‌ها نواربندی انجام می‌دهد. این ساختار امنیت بالا و عملکرد خوبی دارد. RAID 10 در برابر خرابی چند دیسک (در شرایط خاص) مقاومت نشان می‌دهد و برای دیتاسنترها و پایگاه‌های داده‌ای حساس بسیار مناسب است.

RAID 5+0 (RAID 50)

RAID 50 ترکیبی از چند آرایه RAID 5 است که در سطح RAID 0 با یکدیگر ترکیب شده‌اند. این ساختار ضمن حفظ عملکرد بالای RAID 0، از مزایای افزونگی RAID 5 نیز بهره‌مند می‌شود. با این حال پیاده‌سازی آن پیچیده‌تر است و برای محیط‌های حرفه‌ای با نیاز به ظرفیت بالا مناسب‌تر است.

RAID 6+0 (RAID 60)

RAID 60 مشابه RAID 50 است، با این تفاوت که به‌جای RAID 5، از چندین آرایه RAID 6 استفاده می‌شود. این سطح از RAID افزونگی بیشتری ارائه می‌دهد، چرا که می‌تواند تا دو دیسک از هر آرایه را از دست بدهد بدون اینکه داده‌ها از بین بروند. RAID 60 برای سیستم‌هایی که به حداکثر اطمینان از داده نیاز دارند، کاربرد دارد.

کاربرد فناوری RAID چیست؟

• مراکز داده (Data Centers)
• سرورها و زیرساخت‌های سازمانی
• سیستم‌های ذخیره‌سازی تحت شبکه (NAS و SAN)
• پایگاه‌های داده (Databases)
• سیستم‌های مجازی‌سازی
• ایستگاه‌های کاری حرفه‌ای (Workstations)
• سیستم‌های نظارت تصویری و امنیتی
• سیستم‌های پشتیبان‌گیری و آرشیو

مزایا و معایب استفاده از فناوری RAID