فناوری Raid در SSD

RAID در SSD ها، روشی است که معمولاً برای محافظت از داده ها با توزیع بلوک های داده اضافی در چندین SSD استفاده می شود. به عبارت دیگر هدف اصلی فناوری Raid ذخیره داده‌ های یکسان در دیسک‌ های متفاوت برای جلوگیری از از دست رفتن داده‌ ها به هنگام وقوع آسیب و حادثه در درایو ها است.

در تعریف فناوری Raid به زبان ساده می توان گفت Raid در واقع تکنولوژی مجازی سازی ذخیره دیتا است. برای شناسایی تعداد زیادی هارد توسط سیستم، باید این هارد ها به روشی به هم متصل شوند. این اتصال که به صورت نرم ‌افزاری یا سخت‌ افزاری صورت می‌ گیرد، با نام فناوری Raid شناخته می‌ شود.

عبارت RAID به معنای «آرایه اضافی از دیسک‌ های ارزان قیمت»، که بعداً به آرایه اضافی از دیسک‌ های مستقل تغییر کرد، در اواخر دهه 1980 ظاهر شد، زمانی که درایو های هارد دیسک مکانیکی (HDD) ابزار ذخیره‌ سازی اولیه بودند. هدف اصلی Raid بهبود عملکرد و افزایش تحمل خطا بود.

فروشندگان این فناوری از آن زمان مفهوم Raid را به سرور ها و سیستم های ذخیره سازی که از SSD های مبتنی بر فناوری NAND با کارایی بالاتر استفاده می کنند، گسترش داده اند.

سیستم‌ های ذخیره‌ سازی به طور کلی از فناوری Raid در سطح کل درایو استفاده نمی کنند ولی به هر حال باز هم خطای افزونگی رخ می دهد. مانند Raid معمولی مبتنی بر HDD، داده ها را می توان در سطح بلوک تقسیم کرد و به طرق مختلف در بین SSD های متعدد توزیع کرد. در واقع فناوری Raid با قرار دادن داده درون چندین دیسک کار می‌ کند.

مفاهیم کلیدی فناوری Raid

سه مفهوم کلیدی در Raid وجود دارد:

• Mirroring، که در آن داده ها به طور همزمان در دو درایو جداگانه نوشته می شوند.
• striping، که در آن داده ها به طور مساوی بین دو یا چند درایو تقسیم می شوند.
• برابری، که در آن داده های باینری خام از طریق عملیاتی برای محاسبه یک نتیجه باینری یا بلوک برابری که برای افزونگی و تصحیح خطا استفاده می شود، منتقل می شود.

سطوح استاندارد فناوریRaid

سطوح استاندارد فناوری Raid مورد استفاده در سیستم‌های مبتنی بر HDD و SSD شامل RAID 0 (خط‌ کشی ساده)، RAID 1 (ساده یا چند آینه ای)، RAID 3 (خط کشی در سطح بایت، به علاوه یک درایو اختصاص داده شده برای ذخیره اطلاعات برابری)، RAID 4 (خط کشی در سطح بلوک با درایو برابری)، RAID 5 (خط کشی در سطح بلوک با برابری توزیع شده، که حداقل به سه درایو نیاز دارد)، RAID 6 (خط کشی در سطح بلوک با طرح برابری توزیع شده دوگانه).

نواری، بدون افزونگی یا برابری، اغلب برای افزایش عملکرد استفاده می شود. خط بندی با برابری یا برابری دوگانه حفاظت از داده ها را تقویت می کند. در اکثر انواع Raid، ذخیره کردن بلوک‌ های داده اضافی، سیستم را قادر می‌ سازد تا در صورت خرابی یک یا چند درایو، اطلاعات از دست رفته را بازسازی کند.

Raid مبتنی بر HDD در مقابل Raid مبتنی بر SSD

یکی از اهداف اصلی Raid مبتنی بر HDD در ابتدا افزایش عملکرد بود. یک سیستم عامل (OS) هارد دیسک ها را به عنوان یک واحد ذخیره سازی منطقی می بیند و شما به طور مستقل هر دیسک را نخواهید دید. اما از آنجایی که عملیات خواندن و نوشتن در چندین درایو یا هادر دیسک ذخیره سازی پخش می شود، ورودی ها یا خروجی ها (I/O) می توانند به طور همزمان به یک مجموعه تبدیل شود، که در این حالت سیستم عامل آن ها را به عنوان یک منبع واحد در نظر می گیرد، در نتیجه باعث افزایش سرعت عملکرد و افزایش توان عملیاتی می شود.

سیستم‌ های ذخیره‌ سازی معمولاً از فناوری Raid برای یک جا کردن SSD‌ها برای اهداف عملکردی استفاده نمی‌ کنند. SSD های مبتنی بر فلش به طور ذاتی عملکرد بالاتری نسبت به هارد دیسک ها(HDD) ارائه می دهند و بازسازی سریع تری را در Raid مبتنی بر برابری امکان پذیر می کنند. به جای بهبود عملکرد، فروشندگان معمولاً از فناوریRAID مبتنی بر SSD برای محافظت از داده ها در صورت خرابی درایو استفاده می کنند.

برخی از فروشندگان آرایه فلش، استراتژی‌ های SSD RAID را توسعه داده‌ اند که ادعا می‌ کنند از فناوری RAID استاندارد فراتر رفته و مزایایی مانند به حداقل رساندن تأثیر عملکرد برخی از انواع RAID را ارائه می‌ دهند. دلایل دیگری که فروشندگان حافظه SSD تغییرات یا جایگزین هایی را برای Raid استاندارد در نظر می گیرند، شامل تفاوت در نحوه خرابی HDD و SSD است.

هنگامی که یک هارد دیسک (HDD) از کار می افتد، کل درایو از بین می رود. با یک SSD، ممکن است فقط یک قسمت یا بخش هایی از درایو از کار بیفتد. در نتیجه، برخی از فروشندگان رویکردهای سفارشی سازی شده فناوری Raid را برای محافظت در برابر خرابی درایو استفاده می کنند.

سطوح غیر استاندارد فناوری Raid

نمونه‌هایی از Raid غیراستاندارد در استفاده کنونی با آرایه‌های تمام فلش عبارتند از:

• Dell EMC’s XtremIO Data Protection (XDP)
• Pure Storage’s RAID-3D.

به گفته Dell EMC، تفاوت بین الگوریتم‌ های XDP و Raid، کاهش استاندارد در عملیات ورودی/خروجی مورد نیاز در هر به‌ روز رسانی نواری است. Dell EMC ادعا کرد که الگوریتم‌ های Raid قبلی باید در نظر می‌ گرفتند که چگونه داده‌ ها را به هم پیوسته نگه دارند تا از جستجوی سر درایو دیسک جلوگیری کنند، در حالی که XDP رسانه‌ های دسترسی تصادفی مانند فلش را فرض می‌ کند و می‌ تواند داده‌ ها را با کارایی بیشتر تنظیم و بازخوانی کند.

به گفته Pure Storage، RAID-3D تأخیر عملکرد را به عنوان یک شکست درایو تلقی می کند و از برابری برای رفع تنگنا ها و تسهیل تأخیر ثابت استفاده می کند. Pure Storage ادعا کرد که RAID-3D همچنین از جمع‌ های کنترل مستقل و برابری اختصاصی برای شناسایی و رفع خطای بیت استفاده می‌ کند.

آرایه تمام فلش SolidFire NetApp از یک الگوریتم تکراری توزیع شده، معروف به Helix، به عنوان جایگزینی برای Raid سنتی استفاده می کند. به گفته فروشنده، Helix به جای یک مجموعه Raid محدود، کپی های اضافی از داده ها را در درایو ها در یک خوشه ذخیره سازی پخش می کند.

آرایه RAID SSD در مقابل آرایه RAID HDD

اصطلاح SSD RAID گاهی اوقات به عنوان نام جایگزین برای آرایه ذخیره سازی که مجهز به SSD های مبتنی بر فلش است و از نوعی Raid استفاده می کند، استفاده می شود.

از مزایای آرایه های ذخیره سازی مبتنی بر SSD نسبت به آرایه های ذخیره سازی مبتنی بر HDD می توان به کاهش زمان دسترسی و عملکرد عالی I/O اشاره کرد. با این حال، عملکرد ایده آل SSD RAID به ترکیبی بهینه از ریزپردازنده، کش، نرم افزار و منابع سخت افزاری نیاز دارد. وقتی همه این عوامل به بهترین شکل ممکن با هم کار کنند، یک SSD RAID می تواند به طور قابل توجهی بهتر از Raid با ظرفیت ذخیره سازی مبتنی بر HDD باشد.

یک SSD معمولی انرژی کمتری نسبت به یک HDD مصرف می کند. هنگامی که تعداد زیادی درایو با هم ترکیب می شوند، صرفه جویی در انرژی آرایه RAID SSD در مقایسه با آرایه HDD RAID می تواند به کاهش هزینه های عملیاتی طولانی مدت منجر شود. در پایگاه داده های بزرگ، راندمان بهبود یافته SSD ها در مقایسه با HDD ها می تواند هزینه خنک کننده را، هم از نظر سیستم های خنک کننده ساده تر و هم از نظر هزینه های برق کمتر کاهش دهد.

معایب SSD RAID

SSD RAID دارای محدودیت ها و معایبی است که تا حد زیادی به رسانه ذخیره سازی مربوط می شود. SSDها در مقایسه با هارد های HDD با ظرفیت ذخیره سازی مشابه، قیمت بالاتری برای هر گیگابایت دارند. درایو های مبتنی بر فلش NAND قبل از فرسوده شدن، غیرقابل اعتماد شدن و نیاز به تعویض پیدا کردن به تعداد مشخصی از چرخه های برنامه محدود می شوند.

اگرچه بهترین هاردهای SSD دارای طول عمر قابل مقایسه با هارد دیسک های مکانیکی هستند، اما هزینه تعویض یک SSD از هزینه جایگزینی برای هارد دیسک با ظرفیت ذخیره سازی مشابه بیشتر است.

منبع: techtarget.com