RAID (Array Redundant of Independent Disks) ، که در اصل به عنوان Array Redundant of Inexpensive Disks شناخته می شود، برای اولین بار توسط پروفسور D. A. پاترسون از دانشگاه کالیفرنیا پیشنهاد شد.برکلی در مقاله "یک مورد از آرایه اضافی از دیسک های ارزان قیمت" در سال 1988در آن زمان، دیسک های ظرفیت بزرگ گران بودند، بنابراین ایده اصلی RAID ترکیب ارگانیک چندین دیسک با ظرفیت کوچک و نسبتا ارزان برای به دست آوردن ظرفیت بود.عملکرد و قابلیت اطمینان معادل دیسک های بزرگ با ظرفیت گران قیمت با هزینه کمتراز آنجا که هزینه و قیمت دیسک ها همچنان کاهش می یابد، اصطلاح " ارزان " بی معنی شده است و هیئت مشاوره RAID (RAB) تصمیم گرفته است که " ارزان " را با " مستقل " جایگزین کند.

این ایده طراحی RAID به سرعت توسط صنعت پذیرفته شد. فناوری RAID به عنوان یک فناوری ذخیره سازی با عملکرد بالا و بسیار قابل اعتماد به طور گسترده ای استفاده شده است.فن آوری های آینه سازی و برابری داده ها برای دستیابی به عملکرد بالابا توجه به استراتژی ها و معماری های استفاده یا ترکیب این سه فناوری،RAID را می توان به سطوح مختلف تقسیم کرد تا نیازهای برنامه های مختلف داده را برآورده کند.سطوح اولیه RAID RAID1-RAID5 در مقاله ای توسط D. A. Patterson et al. تعریف شده اند و RAID0 و RAID6 از سال 1988 گسترش یافته اند.فروشندگان ذخیره سازی به طور مداوم سطوح RAID مانند RAID7 را معرفی کرده اند.، RAID10/01 ، RAID50 ، RAID53 و RAID100 ، اما هیچ استاندارد یکپارچه ای وجود ندارد. در حال حاضر استانداردهای شناخته شده صنعت RAID0-RAID5 هستند ،و چهار سطح به جز RAID2 به عنوان استانداردهای صنعتی تعیین شده استرایج ترین سطوح RAID مورد استفاده در زمینه کاربرد واقعی RAID0، RAID1، RAID3، RAID5، RAID6 و RAID10 هستند.

از دیدگاه پیاده سازی، RAID عمدتا به سه نوع تقسیم می شود: RAID نرم افزاری، RAID سخت افزاری و RAID ترکیبی. برای RAID نرم افزاری، RAID نرم افزاری، RAID نرم افزاری، RAID نرم افزاری و RAID ترکیبی.تمام توابع توسط سیستم عامل و CPU انجام می شود، و هیچ تراشه کنترل / پردازش مستقل RAID و تراشه پردازش I / O وجود ندارد ، بنابراین کارایی پایین ترین است.RAID سخت افزاری مجهز به یک تراشه کنترل / پردازش ویژه RAID و تراشه پردازش I / O و همچنین یک بافر آرایه است، و منابع CPU را اشغال نمی کند، اما هزینه بسیار بالا است. RAID هیبریدی دارای یک تراشه کنترل / پردازش RAID است اما فاقد یک تراشه پردازش I / O است و به برنامه های CPU و درایور برای تکمیل نیاز دارد،و عملکرد و هزینه آن بین RAID نرم افزاری و RAID سخت افزاری است.

هر سطح RAID یک روش و فناوری پیاده سازی را نشان می دهد و هیچ تمایزی بین سطوح بالا و پایین وجود ندارد.سطح مناسب RAID و روش اجرای خاص باید با توجه به ویژگی های برنامه های کاربردی داده های کاربر انتخاب شود.، و در دسترس بودن، عملکرد و هزینه باید به طور جامع در نظر گرفته شود.

اصول اساسی

RAID ، یعنی Redundant Array of Independent Disks ، معمولاً به عنوان Disk array اختصار می شود. به طور خلاصه ، RAID یک زیرسیستم دیسک است که از چندین درایو دیسک با عملکرد بالا مستقل تشکیل شده است ،که عملکرد ذخیره سازی بالاتر و فناوری افزوده داده را نسبت به یک دیسک واحد فراهم می کند. RAID یک فناوری مدیریت چند دیسک است که هزینه موثر، قابلیت اطمینان داده های بالا و ذخیره سازی با عملکرد بالا را به محیط میزبان فراهم می کند. تعریف RAID توسط SNIA این است:یک آرایه دیسک که در آن بخشی از فضای ذخیره سازی فیزیکی برای ثبت اطلاعات اضافی داده های کاربر ذخیره شده در فضای باقی مانده استفاده می شود. هنگامی که یک دیسک یا مسیر دسترسی شکست می خورد، اطلاعات اضافی می تواند برای بازسازی داده های کاربر استفاده شود. اگرچه ردیابی دیسک با تعریف RAID مطابقت ندارد،معمولاً به آن RAID نیز گفته می شود (i.همانطور که در RAID0 آمده است.

هدف اصلی RAID ارائه عملکردهای ذخیره سازی پیشرفته و امنیت داده های اضافی برای سرورهای بزرگ بود. در کل سیستم،RAID به عنوان یک فضای ذخیره سازی متشکل از دو یا چند دیسک در نظر گرفته می شود، و عملکرد I / O سیستم ذخیره سازی با خواندن و نوشتن داده ها در چندین دیسک به طور همزمان بهبود می یابد. اکثر سطوح RAID دارای اقدامات کامل تأیید و تصحیح داده ها هستند،و حتی روش های انعکاس، که به شدت قابلیت اطمینان سیستم را افزایش می دهد، و این جایی است که "فاضل" از آن می آید.

در اینجا ما نیاز به ذکر JBOD (فقط یک دسته از دیسک ها) داریم. در ابتدا، JBOD برای نشان دادن مجموعه دیسک ها بدون نرم افزار کنترل برای ارائه کنترل هماهنگ استفاده می شد.که عامل اصلی متمایز کردن RAID از JBOD است.در حال حاضر، JBOD اغلب به یک محفظه دیسک اشاره دارد، صرف نظر از اینکه آیا عملکرد RAID را فراهم می کند یا نه.

دو هدف اصلی RAID بهبود قابلیت اطمینان داده ها و عملکرد I / O است. در آرایه دیسک ، داده ها در میان دیسک های متعدد پراکنده شده اند ، اما برای سیستم رایانه ای ،به نظر مي رسه که يه ديسک واحد باشهافزونه سازی با نوشتن داده های مشابه به چندین دیسک (معمولا آینه سازی) یا نوشتن داده های محاسبه شده برابری در آرایه به دست می آید،به طوری که از دست دادن داده ها در هنگام شکست یک دیسک واحد ایجاد نمی شود. برخی از سطوح RAID اجازه می دهند که دیسک های بیشتری در همان زمان شکست بخورند، مانند RAID6 که در آن دو دیسک در همان زمان آسیب می بینند.دیسک شکست خورده می تواند با دیسک جدید جایگزین شود، و RAID به طور خودکار داده های از دست رفته را بر اساس داده ها و داده های برابری در دیسک های باقی مانده بازسازی می کند تا ثبات و یکپارچگی داده ها را تضمین کند.داده ها در چندین دیسک مختلف در RAID پراکنده و ذخیره می شوند، و خواندن و نوشتن همزمان داده ها بسیار بهتر از یک دیسک واحد است، بنابراین پهنای باند I / O جمع آوری شده بالاتر می تواند به دست آید.آرایه دیسک کل فضای ذخیره سازی در دسترس تمام دیسک ها را کاهش می دهدبرای مثال، استفاده از فضای ذخیره سازی RAID1 تنها 50٪ است و RAID5 ظرفیت ذخیره سازی یک دیسک را از دست می دهد،و استفاده از فضا (n-1) /n است.

آرایه دیسک می تواند عملکرد مداوم سیستم را بدون وقفه در صورت آسیب دیدن برخی از دیسک ها (یک یا چند، بسته به پیاده سازی) تضمین کند.در طول فرآیند بازسازی داده های دیسک شکست خورده به دیسک جدید، سیستم می تواند به طور عادی کار کند، اما عملکرد تا حدودی کاهش می یابد. برخی از آرایه های دیسک باید هنگام اضافه کردن یا حذف دیسک ها خاموش شوند،در حالی که برخی از آنها از مبادله گرم حمایت می کننداین آرایه دیسک پیشرفته عمدتاً در سیستم های کاربردی با الزامات بالایی برای قابلیت اطمینان استفاده می شود.و سیستم نمی تواند خاموش شود یا زمان خاموش شدن باید به عنوان کوتاه به عنوان ممکن استبه طور کلی، RAID نمی تواند جایگزین پشتیبان گیری داده ها شود. برای از دست دادن داده های ناشی از خرابی های غیر دیسک، مانند ویروس ها، نابودی انسانی، حذف تصادفی و غیره، قدرت ندارد. در این زمان،از دست دادن اطلاعات نسبت به سیستم عامل است.برای خود سیستم RAID، داده ها سالم هستند و هیچ گونه از دست دادن رخ نداده است. بنابراین، پشتیبان گیری داده ها،بهبود پس از فاجعه و سایر اقدامات حفاظت از داده ها بسیار ضروری است، که مکمل RAID هستند و از امنیت داده ها در سطوح مختلف برای جلوگیری از از دست دادن داده ها محافظت می کنند.

سه مفهوم و فناوری کلیدی در RAID وجود دارد: آینه سازی، ردیف داده و برابری داده. آینه سازی کپی داده ها را به چندین دیسک می کند. از یک طرف، می تواند قابلیت اطمینان را بهبود بخشد،و از طرف ديگه، می تواند داده ها را از دو یا چند کپی به طور همزمان بخواند تا عملکرد خواندن را بهبود بخشد. بدیهی است که عملکرد نوشتن آینه سازی کمی پایین تر است،و زمان بیشتری طول می کشد تا اطمینان حاصل شود که داده ها به درستی به دیسک های متعدد نوشته شده است. استریپینگ داده ها قطعات داده را در چندین دیسک مختلف ذخیره می کند و قطعات داده های متعدد با هم یک کپی کامل داده را تشکیل می دهند ،که متفاوت از کپی های متعدد آینه سازی است و معمولاً برای ملاحظات عملکرد استفاده می شود. استریپینگ داده ها دارای گرانولوریتی همزمان بالاتر است. هنگام دسترسی به داده ها، امکان خواندن و نوشتن داده ها در دیسک های مختلف در همان زمان وجود دارد.بنابراین به دست آوردن یک بهبود بسیار قابل توجهی در عملکرد I / O. برابری داده ها از داده های اضافی برای تشخیص و تعمیر خطا داده ها استفاده می کند. داده های اضافی معمولاً با الگوریتم هایی مانند کد هامینگ و عملیات XOR محاسبه می شوند.استفاده از تابع برابری می تواند به طور قابل توجهی قابلیت اطمینان را بهبود بخشدبا این حال ، تراز داده ها نیاز به خواندن داده ها از مکان های متعدد و انجام محاسبات و مقایسه دارد ، که بر عملکرد سیستم تأثیر می گذارد.سطوح مختلف RAID یک یا چند فناوری از سه فناوری فوق را برای به دست آوردن قابلیت اطمینان داده های مختلف اتخاذ می کنند.در مورد نوع RAID (حتی سطوح یا انواع جدید) برای طراحی یا نوع RAID برای اتخاذ،لازم است که انتخاب معقول را با درک عمیق از الزامات سیستم و ارزیابی جامع قابلیت اطمینان انجام دهیم.، عملکرد و هزینه برای انتخاب سازش.

مزایای RAID

• ظرفیت بزرگ: این یک مزیت آشکار از RAID است. این ظرفیت دیسک را گسترش می دهد، و سیستم RAID متشکل از چندین دیسک فضای ذخیره سازی زیادی دارد. اکنون ظرفیت یک دیسک واحد می تواند بیش از 1TB باشد،بنابراین ظرفیت ذخیره سازی RAID می تواند به سطح PB برسدبه طور کلی، ظرفیت موجود در RAID کمتر از ظرفیت کل تمام دیسک های عضو است.سطوح مختلف الگوریتم های RAID نیاز به یک هزینه اضافی دارند.اگر الگوریتم RAID و ظرفیت شناخته شده باشد، ظرفیت موجود RAID می تواند محاسبه شود. معمولاًاستفاده از ظرفیت RAID بین 50 تا 90 درصد است..

• عملکرد بالا: عملکرد بالا RAID از تکنولوژی striping داده بهره مند می شود. عملکرد I/O یک دیسک واحد توسط فن آوری های کامپیوتری مانند رابط و پهنای باند محدود می شود.و اغلب خنک عملکرد سیستم استاز طریق ردیابی داده ها، RAID داده های I / O را به هر دیسک عضو توزیع می کند، بنابراین عملکرد I / O جمع آوری شده را که چندین برابر بالاتر از یک دیسک واحد است، به دست می آورد.

• قابلیت اطمینان: در دسترس بودن و قابلیت اطمینان یکی دیگر از ویژگی های مهم RAID است. از نظر تئوری، قابلیت اطمینان یک سیستم RAID متشکل از چندین دیسک باید از یک دیسک واحد بدتر باشد.در اینجا یک فرض ضمنی وجود دارد: یک شکست دیسک باعث می شود که کل RAID در دسترس نباشد. RAID از فن آوری های افزوده داده مانند آینه سازی و برابری داده ها برای شکستن این فرض استفاده می کند.انعکاس، ابتدایی ترین تکنولوژی افزوده است، که داده های یک گروه خاص از درایوهای دیسک را به طور کامل به گروه دیگری از درایوهای دیسک کپی می کند تا اطمینان حاصل شود که همیشه یک کپی داده در دسترس است.در مقایسه با 50 درصد هزینه های اضافی آینه سازی، برابری داده ها بسیار کوچکتر است و از اطلاعات اضافی برابری برای تأیید و اصلاح داده ها استفاده می کند.تکنولوژی افزوده RAID به طور قابل توجهی در دسترس بودن داده ها و قابلیت اطمینان را بهبود می بخشد، و تضمین می کند که در صورت شکست چندین دیسک، داده ها از بین نمی روند و عملکرد مداوم سیستم تحت تأثیر قرار نمی گیرد.

• قابلیت مدیریت: در واقع، RAID یک فناوری مجازی سازی است که چندین درایو دیسک فیزیکی را به یک درایو منطقی با ظرفیت بزرگ مجازی می کند. برای سیستم میزبان خارجی، RAID یک واحد است،درایو دیسک بزرگ ظرفیت سریع و قابل اعتماددر این روش، کاربران می توانند داده های سیستم برنامه را در این درایو مجازی سازماندهی و ذخیره کنند. از دیدگاه برنامه کاربر، می تواند سیستم ذخیره سازی را ساده و آسان برای استفاده و مدیریت کند.از آنجایی که RAID مقدار زیادی از کار مدیریت ذخیره سازی را در داخل انجام داده است، مدیر فقط نیاز به مدیریت یک درایو مجازی دارد، که می تواند کار مدیریت زیادی را صرفه جویی کند.RAID می تواند به طور پویا درایوهای دیسک را اضافه یا حذف کند و به طور خودکار تأیید داده و بازسازی داده را انجام دهد، که می تواند کار مدیریت را بسیار ساده کند.