نیاز به محافظت از اطلاعات ارزشمند در برابر خرابی‌های سخت افزاری و از دست دادن داده‌ها، منجر به توسعه پیکربندی‌های مختلف RAID (Redundant Array of Independent Disks) شده است. در این میان RAID 5 به دلیل تعادل کارآمد بین عملکرد، قابلیت اطمینان و مقرون به صرفه بودن، به عنوان یک انتخاب محبوب متمایز است.
در این مطلب، بررسی می‌کنیم که RAID 5 چیست و نحوه عملکرد آن به عنوان یک راه حل ذخیره سازی داده چگونه است؟
RAID 5 چیست؟
RAID 5 یک فناوری ذخیره سازی داده است که از چندین درایو برای دستیابی به تحمل خطا (fault tolerance) و افزونگی داده‌ها (data redundancy) استفاده می‌کند. برای پیاده سازی به حداقل سه دیسک نیاز دارد، اگرچه می تواند با دیسک‌های بیشتری نیز کار کند. برخلاف سایر سطوح RAID ، RAID 5 اطلاعات حفاظتی را در تمام درایوهای آرایه توزیع می‌نماید تا به حفظ یکپارچگی داده‌ها در صورت خرابی درایو کمک کند.
ساختار
یک آرایه RAID 5 از چندین دیسک (معمولا سه یا بیشتر)، تشکیل شده است. داده‌ها به بلوک‌ها تقسیم می‌شوند و در تمام درایوهای آرایه راه راه ( striped) می‌شوند و هر درایو بخشی از هر بلوک را ذخیره می‌کند. در کنار بلوک‌های داده، RAID 5 اطلاعات برابری را نیز محاسبه می‌کند که در بین درایوها توزیع می‌شود. این طرح برابری توزیع شده تضمین می کند که هیچ درایوی تمام اطلاعات برابری را در خود نگه نمی‌دارد. در عوض، هر درایو در آرایه بخشی از داده‌های برابری را ذخیره می‌کند. این توزیع تحمل خطای آرایه را افزایش می‌دهد، زیرا شکست هر درایو منفرد را می‌توان با استفاده از اطلاعات برابری توزیع شده در درایوهای باقی مانده بازیابی کرد.
بهره وری فضا
یکی از مزایای RAID 5 کارایی فضای آن است. با توزیع اطلاعات برابری بین درایوها، RAID 5 امکان استفاده کارآمد از فضای دیسک را فراهم می‌کند.
مجموع ظرفیت قابل استفاده یک آرایه RAID 5 مجموع ظرفیت‌های همه درایوهای آرایه است، منهای ظرفیت یک درایو که برای اطلاعات برابری رزرو شده است.
U = (N – 1) * S
U – ظرفیت قابل استفاده
N – تعداد دیسک‌ها
S – اندازه کوچکترین دیسک
برای مثال، در یک آرایه RAID 5 با چهار درایو 1 ترابایتی، ظرفیت قابل استفاده 3 ترابایت خواهد بود.
افزونگی و تحمل خطا
RAID 5 با استفاده از داده‌های برابری (parity data)، تحمل خطا را فراهم می‌کند. اگر یکی از درایوها در آرایه خراب شود، اطلاعات برابری ذخیره شده در درایوهای باقی مانده می‌تواند برای بازسازی داده‌های از دست رفته استفاده شود. آرایه در حالت تخریب شده به کار خود ادامه می‌دهد تا زمانی که درایو خراب جایگزین و بازسازی شود. اطلاعات برابری، توزیع شده در درایوهای باقی مانده، امکان بازسازی داده‌های درایو خراب را فراهم می‌کند.
parity scheme توزیع شده همچنین محافظت در برابر از دست دادن داده‌ها را در صورت خرابی یک درایو ارائه می‌دهد. این افزونگی تضمین می‌کند که حتی اگر یکی از درایوها از کار بیفتد، داده‌های ذخیره شده در آرایه دست نخورده و در دسترس باقی می‌مانند. با این حال، توجه به این نکته مهم است که اگر چندین درایو از کار بیفتد یا اگر یک درایو خراب به سرعت جایگزین نشود، خطر از دست رفتن اطلاعات وجود دارد. بنابراین، مانیتور بر سلامت درایوها و تعویض هر گونه خرابی در اسرع وقت بسیار مهم است.
عملکرد و ظرفیت
RAID 5 تعادل خوبی بین عملکرد و ظرفیت ارائه می‌دهد. از آنجایی که داده‌ها در چندین درایو راه راه هستند، عملیات خواندن و نوشتن را می‌توان همزمان انجام داد و در نتیجه عملکرد بهبود یافت. ظرفیت آرایه، همانطور که قبلا ذکر کردیم، با ظرفیت کل همه درایوها منهای یک درایو رزرو شده برای برابری محاسبه می‌شود. در نتیجه، RAID 5 استفاده کارآمد از ظرفیت را فراهم می‌کند و امکان ذخیره‌سازی قابل استفاده بزرگ‌تری را در مقایسه با سایر سطوح RAID ، مانند RAID 1 (mirroring) فراهم می‌کند. با این حال، عملیات نوشتن نیاز به زمان پردازش اضافی برای محاسبه و نوشتن اطلاعات برابری دارد که write penalty را معرفی می‌کند.
write penalty و Rebuild Time
write penalty به Rebuild Time مورد نیاز برای محاسبه و نوشتن اطلاعات برابری در طول عملیات نوشتن اشاره دارد که می‌تواند بر عملکرد کلی نوشتن یک آرایه RAID 5 در مقایسه با سطح RAID بدون برابری، مانند RAID 0، تأثیر بگذارد. write penalty در طول عملیات نوشتن تصادفی بیشتر قابل توجه است زیرا هر عملیات نوشتن نیازمند به روز رسانی بلوک داده مربوطه و اطلاعات برابری مرتبط است. . با این حال، تاثیر جریمه نوشتن را می‌توان با استفاده از یک کنترلر RAID سخت افزاری اختصاصی یا با استفاده از پیاده سازی‌های نرم افزاری جدیدتر که فرآیند نوشتن را بهینه می‌کند، کاهش داد.
بازسازی یک درایو شکست خورده در یک آرایه RAID 5 می‌تواند زمان بر باشد، به خصوص برای درایوهای با ظرفیت بیشتر. در طی فرآیند بازسازی، داده‌های درایوهای باقی‌مانده و اطلاعات برابری برای بازسازی داده‌های از دست رفته در درایو جدید استفاده می‌شوند. زمان بازسازی (Rebuild Time) به عواملی مانند اندازه درایوها، بار روی آرایه در طول بازسازی و عملکرد سیستم بستگی دارد. توجه به این نکته مهم است که در طول فرآیند بازسازی، آرایه در یک وضعیت آسیب پذیر است، زیرا هر گونه خرابی درایو اضافی می تواند منجر به از دست رفتن اطلاعات شود. بنابراین، داشتن یک استراتژی بکاپ و نظارت دقیق بر فرآیند بازسازی برای اطمینان از یکپارچگی و در دسترس بودن داده‌ها، مهم است.
مزایای RAID 5
- تعادل خوبی از عملکرد و افزونگی داده را ارائه می‌دهد.
- استفاده کارآمد از ظرفیت ذخیره سازی، زیرا برابری بین درایوها توزیع می‌شود.
- می‌تواند در برابر خرابی یک درایو بدون از دست دادن اطلاعات مقاومت کند.
معایب RAID 5
- عملکرد نوشتن به دلیل نیاز به محاسبه برابری می‌تواند تحت تاثیر قرار گیرد.
- بازسازی یک آرایه پس از خرابی درایو می‌تواند زمان بر و resource-intensive باشد.
- اگر چندین درایو از کار بیفتد یا بخش‌های بدی را در طول فرآیند بازسازی ایجاد کنند، ممکن است داده‌ها از بین بروند.
نتیجه
RAID 5 تعادل قانع کننده‌ای بین کارایی ذخیره سازی، تحمل خطا و عملکرد ارائه می‌دهد که به طور گسترده در برنامه‌های مختلف که در آن ترکیبی از حفاظت از داده‌ها و بهینه سازی ظرفیت مورد نظر است، استفاده می‌شود. RAID 5 با توزیع داده‌ها و اطلاعات برابری بین چندین درایو، افزونگی و تحمل خطا را فراهم می‌کند و از خرابی درایو محافظت می‌نماید. با این حال، برای اطمینان از یکپارچگی و در دسترس بودن داده‌ها، مهم است که زمان بازسازی و خطر احتمالی خرابی‌های متعدد درایو را به دقت در نظر بگیرید. پیاده سازی RAID 5، همراه با نظارت و نگهداری مناسب، می‌تواند یک راه حل ذخیره سازی قابل اعتماد و کارآمد برای طیف گسترده‌ای از برنامه‌ها ارائه دهد.
