RAID

RAID 0

RAID 0 تحت نام Data Striping نیز مشهور است و موجب افزایش کارایی سخت‌دیسک‌ها می‌شود. این نسخه از RAID به حداقل دو سخت‌دیسک نیاز دارد و توسط نوشتن فایل‌ها درون چندین «قطعه» (Stripe) و ذخیره کردن هر یک از قطعه‌ها در سخت‌دیسکی متفاوت، عمل می‌کند. برای مثال، اگر فایلی 200 کیلوبایتی و دو سخت‌دیسک داشته باشید، این پیکربندی فایل‌ها را به دو قطعه‌ی مساویِ 100 کیلوبایتی تقسیم کرده و هر قطعه را درون یکی از سخت‌دیسک‌ها ذخیره می‌کند. به عبارتی، نیمی از فایل شما در سخت‌دیسکِ 1 و نیمی دیگر در سخت‌دیسکِ 2 ذخیره می‌شود.

توضیح بالا خیلی مختصر است. در حقیقت مقدار «قطعه» باید در زمان پیکربندی سیستم RAID مشخص شود. به عنوان مثال، اگر در تنظیمات RAID، مقدار قطعه را 128 کیلوبایت درنظر گرفته باشید، فایلِ 200 کیلوبایتی بالا به دو قطعه‌ی مساوی 128 کیلوبایتی تقسیم می‌شود (هر قطعه روی یکی از سخت‌دیسک‌ها قرار دارد) و چون حجم فایل از مجموع حجم دو قطعه کم‌تر است، 28 کیلوبایت در انتهای هر یک از دو قطعه خالی خواهد ‌ماند (به مجموع هر دو قطعه‌ای که بخشی از داده را روی خود ذخیره می‌کنند، یک بلوک می‌گویند). اما اگر به جای فایلی 200 کیلوبایتی، فایلی 64 کیلوبایتی داشتید، آن‌گاه 96 کیلوبایت در انتهای هر قطعه‌ خالی می‌ماند (یعنی 32 کیلو‌بایت روی هر دیسک ذخیره می‌شد). اما اگر در تنظیمات RAID، مقدار قطعه 32 کیلوبایت تنظیم شود، فایل 200 کیلوبایتی به 8 قطعه‌ی 32 کیلوبایتی تقسیم می‌شود و روی هر سخت‌دیسک، 4 قطعه ذخیره خواهند شد و روی هر قطعه، 7 کیلو بایت فضای خالی موجود خواهد بود (جدول شماره‌ی «1»). در وضعیتی مشابه، فایل 64 کیلوبایتی به 2 قطعه‌ی 32 کیلوبایتی تقسیم ‌می‌شود و هیچ‌ فضایی از سخت‌دیسک بیهوده تلف نخواهد شد.

با توجه به این دو مثال، به سادگی متوجه می‌شوید که وقتی با فایل‌های کم‌حجم سر و کار دارید، اگر مقدار قطعه را در تنظیمات RAID بالا در نظر بگیرید، مقداری از فضای ذخیره‌سازی سخت‌دیسک‌های شما بیهوده تلف خواهد شد. بنابراین اگر فایل‌های شما حجم کمی دارند، بهتر است هنگام پیکربندی RAID 0، گزینه‌ی Stripe (همان مقدار قطعه) را روی کم‌ترین میزان، و هنگامی که با فایل‌های حجیم سر و کار دارید، این گزینه را روی مقادیر زیادتر تنظیم کنید.

بلوک	سخت‌دیسک 1	سخت‌دیسک 2
بلوک 1	قطعه‌ی 1	قطعه‌ی 2
بلوک 2	قطعه‌ی 3	قطعه‌ی 4
بلوک 3	قطعه‌ی 5	قطعه‌ی 6
بلوک 4	قطعه‌ی 7	قطعه‌ی 8

جدول شماره‌ی «1»: نحوه‌ی پیکربندی RAID 0 

اما RAID 0 چگونه سبب افزایش کارایی می‌شود؟ در مثال بالا، همان‌طور که مشاهده کردید، به جای ذخیره کردن یک فایل 200 کیلوبایتی در یک سخت‌دیسک، دو فایل 100 کیلوبایتی در دو سخت‌دیسک ذخیره شدند. زمان صرف شده برای ذخیره کردن یک فایل 100 کیلوبایتی، به‌طور تئوری نصف زمانِ صرف شده برای ذخیره‌سازی یک فایل 200 کیلوبایتی است. به‌طور کلی، RAID 0 با موازی کردن دو سخت‌دیسک، اجازه می‌دهد سرعت خواندن و نوشتن اطلاعات در سخت‌دیسک‌ها افزایش پیدا کند و این موضوع نیز سبب افزایش کارایی آن‌ها می‌شود.

مجموع کل ظرفیت دو سخت‌دیسک، مقدار ظرفیت آرایه‌ی RAID 0 را تعیین می‌کند. به عنوان مثال، اگر شما از دو سخت‌دیسک 80 گیگابایتی استفاده کنید، ظرفیت ذخیره‌سازی سیستم 160 گیگابایت خواهد بود.

اگر قصد دارید سیستمی با کارایی بالا تهیه کنید، باید در عوضِ یک سخت‌دیسک ظرفیت بالا، دو سخت‌دیسک با ظرفیت پایین‌تر بخرید و آن‌ها را به حالت RAID 0 پیکربندی کنید. این روش، علاوه‌ بر این‌که سبب افزایش کارایی می‌شود، هزینه‌ها را نیز کاهش می‌دهد، زیرا امروزه قیمت دو سخت‌دیسک 250 گیگابایتی (برای مثال) ارزان‌تر از یک سخت‌دیسک 500 گیگابایتی است. البته باید این نکته را یاد‌آور شد که RAID 0 معایبی نیز دارد که مهم‌ترین آن‌ها، امنیت پایین است. به عبارتی، اگر یکی از سخت‌دیسک‌ها صدمه ببیند، تمامی اطلاعات صدمه می‌بیند و غیرقابل استفاده خواهد شد.

همان‌طور که گفته شد، اگر یک فایلِ تصویری 200 کیلوبایتی توسط آرایه‌ی RAID 0 ذخیره شود، به دو بخش 100 کیلوبایتی تقسیم خواهد ‌شد و در هر یک از دیسک‌ها، 100 کیلوبایت از این تصویر ذخیره می‌شود. بنابراین با صدمه دیدن یکی از سخت‌دیسک‌ها، این تصویر غیرقابل مشاهده خواهد شد. تصویر شماره‌ی «1»، به‌طور خلاصه نحوه‌ی عملکرد RAID 0 را نمایش می‌دهد.  

 RAID 1+0, RAID 0+1,RAID 1

RAID 1 

 این نوع ‌RAID، کارایی سیستم را افزایش نمی‌دهد و هدف آن، بهبود قابلیت اطمینان داده‌های کامپیوتر است. توسط RAID 1، کاربر اطمینان دارد که هیچ‌گاه اطلاعاتی را که ذخیره کرده است، از دست نخواهد داد. این نسخه ازRAID  به حداقل دو سخت‌دیسکِ یکسان نیاز دارد و تحت نام Mirroring شناخته می‌شود. معادل فارسی لغت Mirror، کلمه‌ی آینه است. حتماً با این تشبیه ساده، به نحوه‌ی عملکرد RAID 1 پی برده‌اید. در آرایه‌ی RAID 1، هر تغییری که در یکی از سخت‌دیسک‌ها اعمال شود، روی دیسک دیگر نیز ایجاد خواهد شد.

به عنوان مثال، اگر فایلی را روی سخت‌دیسک اول کپی کنید، نسخه‌ای دقیقاً مشابه با این فایل، به‌طور خودکار روی سخت‌دیسک دوم نیز کپی خواهد شد. در این آرایه، اگر سخت‌دیسک اول صدمه ببیند، به آسانی می‌توان از سخت‌دیسک دوم استفاده کرد و بنابراین هیچ‌گاه اطلاعات شما از بین نخواهد رفت. این نسخه از RAID در حقیقت سیستم پشتیبان مبتنی بر سخت‌افزار است و بیش‌تر در مکان‌هایی که اطلاعات مهمی دارند، به کار گرفته می‌شود. جدول شماره‌ی «2»، نحوه‌ی عملکرد سخت‌دیسک‌ها را در پیکربندی RAID 1 نمایش می‌دهد.

بلوک	سخت‌دیسک 1	سخت‌دیسک 2
بلوک 1	قطعه‌ی 1	قطعه‌ی1
بلوک 2	قطعه‌ی 2	قطعه‌ی 2
بلوک 3	قطعه‌ی 3	قطعه‌ی 3

جدول شماره‌ی «2»

چون سخت‌دیسک دوم در واقع دیسکی پشتیبان است، کل ظرفیت ذخیره‌سازی تنها ظرفیت یکی از سخت‌دیسک‌هاست. بنابراین اگر شما دو سخت‌دیسک 80 گیگابایتی را به حالت آرایه‌ی RAID 1 پیکربندی کنید، کل ظرفیت ذخیره‌سازی شما تنها 80 گیگابایت خواهد بود. به‌طور کلی، اگر اطلاعاتی که در کامپیوتر ذخیره می‌کنید از اهمیت خاصی برخوردار است، RAID 1 بهترین روش برای محافظت از آن‌هاست. تصویر شماره‌ی «2»، نحوه‌ی عملکرد RAID 1 را نمایش می‌دهد

. لازم به توضیح است که پیکربندی‌های دیگری نیز برای RAID وجود دارد، اما همه‌ی کنترلر‌های RAID از آن‌ها پشتیبانی نمی‌کنند. در ادامه، به‌طور مختصر در مورد دیگر انواع عمومی RAID توضیحاتی ارایه می‌کنیم.

 RAID 0+1

همان‌طور که از نام آن پیدا است، ترکیبی از RAID 0 و RAID 1 است. در حقیقت این نسخه از RAID مزایای RAIDهای 0 و 1  را با یکدیگر ترکیب می‌کند و موجب بهبود قابلیت اطمینان و افزایش کارایی می‌شود. RAID 0+1 نیاز به 4 سخت‌دیسک یکسان دارد که دو سخت‌دیسک اول به صورت RAID 0 عمل می‌کنند و دو سخت‌دیسک دوم Mirror مجموعه‌ی اول خواهند شد. در این پیکربندی، اگر یکی از سخت‌دیسک‌‌ها صدمه ببیند، سیستم صرفاً به حالت RAID 0 عمل می‌کند. جدول شماره‌ی «3» نحوه‌ی نوشتن اطلاعات در این آرایه را نمایش می‌دهد.  

بلوک	سخت‌دیسک 1	سخت‌دیسک 2	سخت‌دیسک 3	سخت‌دیسک 4
بلوک 1	قطعه‌ی 1	قطعه‌ی 2	قطعه‌ی 1	قطعه‌ی 2
بلوک 2	قطعه‌ی 3	قطعه‌ی 4	قطعه‌ی 3	قطعه‌ی 4
بلوک 3	قطعه‌ی 5	قطعه‌ی 6	قطعه‌ی 5	قطعه‌ی 6

جدول شماره‌ی «3» 

RAID 10 یا RAID 1+0

این نسخه از RAID، عملکردی تقریباً برعکسِ RAID 0+1 دارد. RAID 0+1 در حقیقت RAID 0 است که در آن RAID 1 گنجانده شده است، ولی RAID 10 ذاتاً RAID 1 است که RAID 0 در آن گنجانده شده است. این نسخه از RAID نیز به 4 سخت‌دیسک نیاز دارد و اگر یکی از سخت‌دیسک‌ها صدمه ببیند، آرایه صرفاً به حالت RAID 1 عمل می‌کند. در جدول شماره‌ی «4»، چگونگی عملکرد RAID 10 نمایش داده شده است.

بلوک	سخت‌دیسک 1	سخت‌دیسک 2	سخت‌دیسک 3	سخت‌دیسک 4
بلوک 1	قطعه‌ی 1	قطعه‌ی 1	قطعه‌ی 2	قطعه‌ی 2
بلوک 2	قطعه‌ی 3	قطعه‌ی 3	قطعه‌ی 4	قطعه‌ی 4
بلوک 3	قطعه‌ی 5	قطعه‌ی 5	قطعه‌ی 6	قطعه‌ی 6

جدول شماره‌ی «4»

RAID 5

این نسخه از RAID، قدرتمندترین نوع RAID برای کامپیوترهای خانگی است و به کنترل‌کننده‌ا‌ی سخت‌افزاری برای مدیریت آرایه نیاز دارد. اما برخی از سیستم‌های ‌عامل، این قابلیت را از طریق نرم‌افزار شبیه‌سازی می‌کنند. RAID 5 به حداقل سه سخت‌دیسک نیاز دارد که برای آرایه‌ی بهترین کارایی، باید یکسان باشند. به‌طور کلی RAID 5 نوعی از RAID 0 با بیت Parity (بیت توازن) برای مراقبت از اطلاعات آرایه است.

اکنون اجازه دهید قبل از توضیح کلی در مورد RAID 5، نگاهی مختصر به درس ریاضی دوران دبستان بیندازیم:

1+0 = P

0+P = 1

P+1 = 0

در این معادله‌ها، با توجه به این‌که دو تا از داده‌ها معلوم است، به سادگی ‌می‌توان مقدار P را محاسبه کرد. بنابراین اگر بتوان شیوه‌ی ذخیره شدن اطلاعات در RAID 0 را به شکل یک معادله در‌آورد، زمانی ‌که یکی از سخت‌دیسک‌ها صدمه می‌بیند، به ‌سادگی می‌توان اطلاعات موجود در آن را بازیابی کرد. این موضوع سبب افزایش امنیت RAID 0 می‌شود. RAID 5 دقیقاً همین کار را می‌کند و با ایجاد توازن (Parity)، سبب افزایش امنیت اطلاعات در آرایه‌ی RAID 0 می‌شود.

در حقیقت بیت توازن نوعی محاسبات باینری است که دو بلوک از داده را با همدیگر مقایسه می‌کند و بلوک داده‌ی سوم را براساس بلوک‌های 1 و 2 تشکیل می‌دهد. اگر حاصل ‌جمع دو بلوک داده زوج باشد، بیت توازن نیز زوج خواهد بود. اما اگر حاصل‌ جمع دو بلوک داده فرد باشد، بیت توازن فرد خواهد بود. در محاسبات باینری، 0+0 و 1+1 هر دو برابر با صفر و 0+1 و 1+0 هر دو برابر با 1 هستند. براساس این روش، اگر یکی از سخت‌دیسک‌های آرایه RAID 5 صدمه ببیند، زمانی که سخت‌دیسک دیگری جایگزین آن شود، بیت توازن اجازه خواهد داد اطلاعات دوباره احیا شوند (با دانستن حاصل‌ جمع یک معادله و یکی از اعداد معادله، به راحتی می‌توان عدد مجهول را پیدا کرد). جدول شماره‌ی «5»، نحوه‌ی عملکرد RAID 5 را نمایش می‌دهد که حرف "P" در آن، معین‌کننده‌ی بیت توازن است.

بلوک	سخت‌دیسک 1	سخت‌دیسک 2	سخت‌دیسک 3
بلوک 1	قطعه‌ی 1	قطعه‌ی 2	P
بلوک 2	قطعه‌ی 3	P	قطعه‌ی 4
بلوک 3	P	قطعه‌ی 5	قطعه‌ی 6

جدول شماره‌ی «5»

همان‌طور که در جدول شماره‌ی «5» مشاهده می‌کنید، بیت توازن بین سخت‌دیسک‌ها برای افزایش کارایی و قابلیت اطمینان داده‌ها تغییر مکان می‌دهد. افزایش کارایی به این دلیل است که به جای نوشتن اطلاعات روی یک سخت‌دیسک، از چندین سخت‌دیسک استفاده می‌شود. ضمن این‌که اگر سخت‌دیسک 2 صدمه ببیند، داده‌های موجود در این سخت‌دیسک می‌توانند براساس داده‌ها و‌ بیت توازنِ قرار گرفته در دو سخت‌دیسک دیگر، دوباره بازسازی شود. به‌طور کلی ظرفیت ذخیره‌سازی این آرایه برابر با مجموع ظرفیت دو سخت‌دیسک است. یعنی اگر از 3 سخت‌دیسک 500 گیگابایتی استفاده شود، ظرفیت ذخیره‌سازی برای این آرایه 1000 گیگابایت خواهد بود. این را هم بدانید که اگر یکی از سخت‌دیسک‌ها صدمه ببیند، بعد از جایگزین کردن آن با یک دیسک سالم، بازیابی اطلاعات دیسک معیوب مدتی طول خواهد کشید.

JBOD 

این کلمه مخفف عبارت Just a Bunch Of Disks است و در حقیقت سیستم RAID به حساب نمی‌آید. JBOD از دو سخت‌دیسک با ظرفیت‌های مختلف استفاده می‌کند و سبب می‌شود سیستم‌ عامل به جای دو سخت‌دیسک با ظرفیت‌های مختلف، یک سخت‌دیسک با ظرفیت بیش‌تر را تشخیص دهد. به عنوان مثال، می‌توانید توسط JBOD یک سخت‌دیسک 40 گیگابایتی را به یک سخت‌دیسک 80 گیگابایتی اضافه کنید، ‌طوری که کامپیوترتان آن‌ها را به عنوان یک سخت‌دیسک 120 گیگابایتی شناسایی کند.

امکانات لازم برای پیکربندی RAID

برای پیکربندی RAID در کامپیوتر خود، به دو چیز نیاز دارید:

1- کنترلر RAID

2- حداقل دو عدد سخت‌دیسک

در این بخش به دلیل این‌که RAID 0 برای کاربران کامپیوتر‌های خانگی بیش‌تر از دیگر نسخه‌های RAID کاربرد دارد، قصد داریم شما را با شیوه‌ی پیکربندی RAID 0 آشنا کنیم. البته پیکربندی RAID 1 نیز تا حدود زیادی مشابه با پیکربندی RAID 0 است.

همان‌طور که گفتیم، پیکربندی RAID 0 به دو سخت‌دیسک و یک کنترلر RAID نیاز دارد. امروزه بیش‌تر مادربردها به صورت مجتمع مجهز به کنترلر RAID هستند. بنابراین قبل از هر چیز لازم است بررسی کنید که آیا مادربردتان مجهز به کنترلر RAID هست یا خیر. برای آگاهی از این موضوع، می‌توانید به دفترچه‌ی راهنمای مادربرد خود رجوع کرده و یا بخش بعدی این مقاله را مطالعه کنید. اگر مادربرد شما  قابلیت RAID ندارد، می‌توانید از یک کارت RAID مبتنی بر درگاه‌های PCI و یا PCI Express x1 استفاده کنید.

آیا مادربرد شما کنترلر RAID دارد؟   

چیپ‌ست پل ‌جنوبی مادربرد، وظیفه‌ی کنترل سخت‌دیسک را برعهده دارد. اگر این چیپ‌ست، کنترلر RAID مجتمع شده داشته باشد، مادربرد نیز مجهز به ویژگی RAID است. در پل‌های ‌جنوبی شرکت اینتل که به نام ICH معروف هستند، اگر به دنبال نام آن‌ها حرف R قرار گیرد، کنترلر RAID دارند. برای مثال، چیپ‌ست ICH7 داری کنترلر RAID نیست، در حالی‌که چیپ‌ست ICH7R این کنترلر را به حالت مجتمع دارد. معمولاً سایر سازندگان چیپ‌ست بیش‌تر محصولات خود را با کنترلر RAID مجتمع عرضه می‌کنند. به عنوان مثال، چیپ‌ست‌های پل جنوبی VIA 8237 و SiS 964 کنترلر RAID دارند.

برخی از مادربردها نیز علاوه بر ‌پل ‌جنوبی، یک چیپ اضافی دارند که درگاه‌های بیش‌تری را برای سخت‌دیسک‌ها فراهم می‌کند. به عنوان مثال، توسط یک چیپ اضافی، دو درگاه IDE علاوه بر دو درگاه IDE متصل به پل‌ جنوبی، به مادربرد اضافه شده و موجب می‌شود مادربرد 4 درگاه IDE ‌داشته باشد (این موضوع برای درگاه‌های SATA نیز صادق است). این چیپ‌ها معمولاً ساخت شرکت‌هایی چون Silicon Image، Jmicron، Marvell، Promise، GigaRaid، VIA، HighPoint و ... است. به‌طور کلی این چیپ‌های اضافی مجهز به کنترلر RAID هستند. اگر چیپ‌ست مادربرد شما از قابلیت RAID پشتیبانی نکند، توسط این چیپ‌های اضافی، این قابلیت برای مادربرد شما فراهم می‌شود. اگر مادربرد شما از چنین چیپ‌هایی برای پیکربندی RAID استفاده می‌کند، لازم است سخت‌دیسک‌های خود را به درگاه‌های مبتنی بر آن‌ها متصل کنید.

در تصویر شماره‌ی «3» می‌توانید جزییات مادربرد D975XBX2 شرکت اینتل را که در این مقاله برای پیکربندی RAID از آن استفاده شده است مشاهده کنید. این مادربرد 8 درگاه SATA 2 دارد که 4 عدد از این درگاه‌ها متصل به پل جنوبی ICH7R و 4 عدد دیگر توسط چیپ 88SE6145 شرکت Marvell کنترل می‌شود. لازم به ذکر است که هر دو چیپ ذکر شده مجهز به کنترلر RAID هستند. اگر این مادربرد از چیپ ICH7 به جای ICH7R استفاده می‌کرد، برای پیکربندی RAID مجبور بودید سخت‌دیسک‌های خود را به چیپ 88SE6145 مادربرد متصل کنید.

 همان‌طور که در تصویر شماره‌ی «3» مشاهده می‌کنید، اینتل از دو رنگ مختلف برای درگاه‌های ساتا استفاده کرده است. درگاه‌های متصل به پل ‌جنوبی مشکی رنگ و درگاه‌های متصل به چیپ Marvell آبی رنگ هستند. بنابراین برای پیکربندی RAID در این مادربرد لازم است دو سخت‌دیسک خود را به درگاه‌های با رنگ یکسان متصل کنید (یعنی به درگاه‌های آبی رنگ یا مشکی رنگ). با توجه به این‌که چیپ ‌پل جنوبی مادربرد D975XBX2 شرکت اینتل  قابلیت RAID دارد، ما ترجیح دادیم که از این درگاه برای وصل کردن سخت‌دیسک‌ها استفاده کنیم