RAID ، سخت افزاری و نرم افزاری؛ کدام یک بهتر است؟

[javadshahvand]

تکنولوژی Redundant Array of Independent Disks-RAID در چند سال گذشته برای نیازهای محافظتی از داده ها در سرورها رشد چشمگیری داشته است. اولین پیاده سازی تکنولوژی RAID به ۱۹۹۰ وقتی که بُردهای کنترلی بسیار گران قیمت با پردازشگرهای توانمند I/O به عنوان میزبان قدرتمند پردازنده مورد استفاده بودند بر می‌گردد. در آن زمان RAID سخت افزاری تنهاترین راه حل ارائه شده بود که باعث محدودیت استفاده از آن تنها در سرورهای گران قیمت می‌گردید. امروزه RAID در همه جا یافت می‌شود. از یک نرم افزار سیستم عامل تا کنترولر مستقل که داده ها را با قابلیت بالایی در شبکه ذخیره می‌کند. همچنین RAID را می‌توان در لپ تاپ‌ها، کامپیوترهای رومیزی و سرورها با هارد دیسک های متعدد مشاهده کرد.
این مقاله می‌کوشد راه حل هایی که برای RAID وجود دارد مرور کرده و بهترین آنها را برای انتخاب شما معرفی کند. ابتدا تعریفی از RAID نرم افزاری در مقابل RAID سخت افزاری ارائه شده و سپس تشریح پیاده سازی آنها و مزایای هر یک آورده خواهد شد.
RAID چیست؟
مخففی است از عبارت آرایه‌ی افزونه‌ای برای دیسک های مستقل که راهی است برای مجازی سازی متعدد هارد دیسک های مستقل به یک یا چند آرائه برای بهبود عملکرد، ظرفیت و دسترسی. ظرفیت کل آرائه به نوع RAIDی که ساخته شده و همچنین تعداد و ظرفیت دیسک‌ها بستگی دارد. این ظرفیت کلی آرائه مستقل از نوع RAID سخت افزاری یا نرم افزاری است که ممکن است استفاده کرده باشید. جدول زیر را دنبال کنید تا پیاده سازی‎‌های مختلف، نقاط قوت و ضعف، تاثیر روی عملکرد سیستم‌ها و اثربخشی در بالا بردن دسترسی به داده ها، در انواع RAID ها را مشاهده نمایید.

برای مشاهده این لینک/عکس می بایست عضو شوید ! برای عضویت اینجا کلیک کنید

RAID نرم افزاری:
راه ساده برای تشریح RAID نرم افزاری این است که بدانیم برای انجام وظیفه خود از پردازشگر سیستم شما بهره می‌گیرد. به این معنی که نیاز پردازشی و قدرتی که RAID قرار است از آن برای فعالیت خود استفاده کند علاوه بر پردازش های معمول مورد نیاز سیستم عامل و نرم افزارهای اجرا شده روی آن، بر پردازشگر سیستم تحمیل می‌شود.
RAID نرم افزاری به دو راه مورد استفاده قرار می‌گیرد:
۱) به عنوان یک راه حل نرم افزاری خالص (Pure)
2) به عنوان یک راه حل ترکیبی که شامل سخت افزارهای طراحی شده برای بهبود کارایی پردازشگر است.
۱) راه حل نرم افزاری خالص: در این حالت نرم افزار بدون هیچ گونه کمک سخت افزاری تنها با استفاده از امکانات سیستم به عنوان یک نرم افزار کاربردی در کنار سایر نرم افزارهای اجرا شده در سیستم عامل انجام وظیفه خواهد نمود. هارد دیسک مورد استفاده در این روش همان دیسکی است که سیستم عامل روی آن قرار دارد. برخی از این RAID های نرم افزاری قابلیت یکپارچه شدن با سیستم عامل سرور به همراه برنامه های رایگان را دارا هستند که باعث ارزان شدن این روش می‌گردد.
برخی مزایا و معایب این روش:
- هزینه پایین (تنها هزینه، دیسک های اضافه شده است)
- عدم محافظت در هنگام بوت (عدم قابلیت مدیریت و محافظت از دیسک های خراب در مرحله بوت)
- بار اضافی تحمیلی بر روی سرورها (بدلیل اجرا شدن روی سیستم عامل. این روش برای RAID 0,1,10 پیشنهاد می‌شود)
- محدودیت در مهاجرت به سیستم عامل دیگر
- آسیب پذیری در مقابل ویروس‌ها
- امکان از دست دادن تمام داده ها بدلیل مشکلات سخت افزاری یا نرم افزاری سیستم عامل
- عدم استفاده از قابلیت کش
۲) راه حل ترکیبی – سخت افزار با کمک نرم افزار: در این روش نرم افزار RAID با کمک سخت افزارهای اضافه شده بر روی مادربرد مانند یک HBA با یک بایوس RAID که ضعف راه حل قبلی را هنگام بوت سیستم برطرف می‌سازد، انجام وظیفه می‌کند. بعلاوه اینکه درایورهای سخت افزاری مورد استفاده در این روش توسط اکثر سیستم های عامل مطرح پشتیبانی می‌شود.
برخی مزایا و معایب این روش:
- هزینه معقول (فقط یک HBA و یا یک فلش دیسک برای بایوس به عنوان هزینه تحمیل خواهد شد)
- محافظت در هنگام بوت
- کاربر گرافیکی مخصوص برای ساخت و نگهداری RAID
- سایر معایب موجود در روش اول.
RAID سخت افزاری:
در این روش برنامه RAID از طریق پردازشگر و رم تعبیه شده در دستگاهی مستقل از کامپیوتر میزبان اجرا می‌شود. سخت افزار می‌تواند بصورت یکپارچه بر روی مادربرد و یا یک کارت اسلات قابل نصب بر روی مادربرد استفاده شود.
ساده ترین راه برای تشخیص اینکه کدام نوع RAID سخت افزاری یا نرم افزاری برای کار شما مناسب‌تر است بررسی مشخصات فنی یا برگه های راهنمای هر یک می‌باشد. اگر روش ارائه شده شامل میکروپروسسور (معمولاً I/O، پردازشگر یا در برخی موارد ROC – به معنی RAID تعبیه شده در چیپست) بود، روش ارائه شده سخت افزاری است. و اگر پردازشگری در کار نبود نرم افزاری است. برای شما مهم است که بدانید کدام روش چه اثراتی در روند کار شما داشته و مطلوب شما است. اثرات مورد بحث موارد زیر هستند:
- وضعیت عملکرد پردازشگر هنگام اجرای سایر برنامه ها
- قدرت کارایی دیسک هایی که می‌توانند روی سیستم اضافه شوند
- سهولت بازگرداندن اطلاعات بعد از خرابی
- قابلیت مدیریت و مونیتورینگ پیشرفته داده ها
- امکان مدیریت دیسک ها بطور همزمان در سیستم عامل های مختلف
- امکان نصب باطری پشتیبان تا کَش نوشتاری سیستم را ارتقاء ببخشد
پیاده سازی RAID سخت افزاری:
به دو روش ممکن است. ۱) بصورت یک کارت مستقل ۲) بصورت یکپارچه ارائه شده بر روی چیپست مخصوص.


در قسمت نخست به تعریف RAID و انواع آن و سپس RAID نرم افزاری و معایب و مزایای آن پرداختیم. در این بخش می‌خواهیم به انواع سخت افزاری آن پرداخته و سپس مقایسه ای بین این دو انجام داده تا برایمان مشخص شود چه نوع RAIDی برای کار ما مناسب‌تر است.
پیاده سازی RAID سخت افزاری:
به دو روش ممکن است. ۱) بصورت یک کارت مستقل ۲) بصورت یکپارچه ارائه شده بر روی چیپست مخصوص.
۱) بصورت یک کارت مستقل:
یک نوع کارت قابل نصب بر روی اسلات های PCI-X یا PCIe مادربرد است که پردازشگر و کنترولر I/O بر روی آن تعبیه شده. قیمت برخی از این کارت ها بالا است اما انعطاف پذیری آن باعث شده روشی مناسب در بین روش های RAID بحساب آید. در اینجا عملکرد RAID از سیستم میزبان کاملاً جدا است. شخصیت مستقل این کارت اجازه استفاده حداکثری از قدرت پردازشگر و رم سریعتر آن را ممکن می‌سازد. کارت RAID بصورت کامل و با تمام ظرفیت وظایف ذخیره سازی در دیسک های مستقل را حتی هنگام خرابی دیسک ها انجام می‌دهد. مزایای پیچیده و فضای بیشتر دیسک ها بعنوان نمونه در سطوح RAID 5,6 بدون فشار بر روی سیستم در این روش قابل دسترسی است.
رابط های I/O اضافی بر روی کارت معمولاً بسط پذیری بیشتری ( اضافه کردن دیسک های بیشتر با ظرفیت بیشتر ) را برای سیستم فراهم می آورد. حتی آرائه های RAID چندگانه فشاری بر عملکرد سیستم ندارند. در نتیجه مهاجرت به سایر سیستم عامل ها،دستگاهها و پلت فرم‌ها ممکن است.

مزایا و معایب این روش:
- محافظت هنگام بوت (هیچ فشار منفی هنگام بوت سیستم در زمان خرابی های متوسط یا کامل وجود ندارد)
- عملکردی مستقل از بار اعمالی بر روی سرور ( رم سریع، پردازشگر سریع و بدون فشار بر روی سیستم میزبان)
- برنامه RAID مستقل از میزبان (عدم از دست دادن اطلاعات در اثر خرابی سیستم)
- حفاظت پیشرفته در صورت قطع شدن برق (برخلاف RAID نرم افزاری)
- عدم آسیب پذیری به ویروس
- بهره مندی از کاربر گرافیکی مستقل برای مدیریت و ساخت RAID
- سهولت در مهاجرت و جایگزینی
- پشتیبانی از ویژگی های پیشرفته RAID
- قابلیت کَش روی کنترولر با استفاده از باطری پیشتیبان
- هزینه بالای پردازشگر I/O، مموری روی کارت.
۲) بصورت یکپارچه بر روی چیپست:
در این روش، پردازشگر RAID، کنترولر رم، رابط کاربری، رابط I/O برای ارتباط با هارد دیسک ها، و برخی اوقات خود رم، تمامی در یک چیپ جمع شده اند. این چیپ می‌تواند در یک مادربرد با هزینه پایینی تعبیه شده باشد. ROC جایگزین شده با چیپ I/O را می‌توان بر روی بسیاری از مادربردهای سرور یافت. (به عنوان نمونه یک چیپ کنترولر SCSI) بدین معنی که روش ROC چیزی فراتر از یک ارتباط بین هارد دیسک هاست.
مزایا و معایب RAID سخت افزاری مبتنی بر ROC:
- محافظت هنگام بوت (هیچ فشار منفی هنگام بوت سیستم در زمان خرابی های متوسط یا کامل وجود ندارد)
- عملکردی مستقل از بار اعمالی بر روی سرور ( رم سریع، پردازشگر سریع و بدون فشار بر روی سیستم میزبان)
- برنامه RAID مستقل از میزبان (عدم از دست دادن اطلاعات در اثر خرابی سیستم)
- حفاظت پیشرفته در صورت قطع شدن برق (برخلاف RAID نرم افزاری)
- عدم آسیب پذیری به ویروس
- بهره مندی از کاربر گرافیکی مستقل برای مدیریت و ساخت RAID
- سهولت در مهاجرت و جایگزینی
- پشتیبانی از ویژگی های پیشرفته RAID
- قابلیت کَش روی کنترولر با استفاده از باطری پیشتیبان
- هزینه متوسط
- محدودیت در انعطاف پذیری و مهاجرت
کدان یک از RAID سخت افزاری یا نرم افزاری برای برنامه شما مناسب است؟
اکنون که مزایا و معایب انواع روش های پیاده سازی RAID را دانستیم می‌توانیم با نگاهی به چند سناریوی سرور و بهینه سازی آن به اهداف مورد نیاز خود برسیم.
روش نرم افزاری خالص RAID: مناسب برای سطوح RAID 0,1 با وجود این مشکل عدم قابلیت استفاده در هنگام بوت را داراست.
برنامه های پیشنهادی: ۱- ایستگاههای کاری بدون نیاز به ذخیره سازی داده با ظرفیت بالا ۲- سرورهای ابتدایی بدون نیاز به محافظت هنگام بوت
روش راه حل ترکیبی: از نظر هزینه تقریباً با روش نرم افزاری خالص مشابه است اما قابلیت محافظت در بوت را نیز داراست.
برنامه های پیشنهادی: ۱- سرورهای ابتدایی بدون نیاز به ذخیره سازی با ظرفیت بالا. ۲- محاسبه گرهای متصل شده به دیتاسنترهای تحت شبکه.
روش سخت افزاری: دارای غنی ترین و بالاترین ویژگی های کاربردی است که می‌تواند بصورت یکپارچه همراه با مادربرد (ROMB) و یا کارت های افزونه ای استفاده شود.
برنامه های پیشنهادی: ۱- ایستگاههای کاری با عملکرد و ذخیره سازی اطلاعات بالا. ۲- سرورهای ابتدایی-سازمانی که نیاز به عملکرد بهتر و ذخیره سازی در زیرسیستم دارند.
به طور کلی RAID سخت افزاری علاوه بر مزیت های نرم افزاری الگوریتم های پیچیده را نیز ارائه می‌دهد. به عنوان مثال اندازه گیری ها نشان داده نرم افزار RAID 6 بار سنگینی را بر روی منابع سیستم تحمیل می‌کند در حالیکه RAID سخت افزاری در پیکربندی مشابه عملکرد بسیار بهتری دارد.
برای مشاهده این لینک/عکس می بایست عضو شوید ! برای عضویت اینجا کلیک کنید
نتیجه گیری:
این مقاله مزایای روش های RAID سخت افزاری و نرم افزاری را بررسی کرد. پیشرفت ها در تکنولوژی سیلیکون امکان یکپارچه سازی سخت افزار RAID در یک چیپست را ممکن ساخته که بزودی بصورت انبوه روی چیپست های سرور شاهد آن خواهیم بود و این یعنی کاهش هزینه پیاده سازی. این کاهش هزینه به ساخت سرورهای ارزان قیمت که کاربران بیشتری را سرویس دهد کمک می‌کند. در حال حاضر، سطوح جدیدی از محافظت و مدیریت داده ها در دسترس هستند. RAID 6 دو دیسک خراب و همچنین رمزنگاری داده ها را پیشیبانی می‌کند. در بسیاری ازموارد RAID سخت افزاری بهترین عملکرد را با هزینه ای مناسب به ارمغان می آورد.
منبع:کوله پشتی به نقل از Adaptec