رید کنترلر چیست و چه کاربردی دارد؟

RAID مخفف کلمه Redundant Array of Independent Disks می باشد. Raid ها ممکن است سخت افزاری و یا نرم افزاری باشند که برای مدیریت هارد دیسک‌ها (HDD) یا SSD در یک کامپیوتر‌ یا سرور ها استفاده می‌شوند. در واقع این هاردها با نظارت رید کنترلر به صورت یک سخت‌افزار منطقی واحد به کار خود ادامه می‌دهند. آنها معمولاً به صورت سخت افزاری هستند و البته Raid های مبتنی بر سرور، هم به صورت نرم افزاری و هم به صورت سخت افزاری وجود دارند.

RAID controller چیست؟

در واقع رید کنترلر یک کارت و یا تراشه است که بین سیستم عامل و درایوهای ذخیره سازی که معمولا هارد دیسک ها می باشند، قرار می گیرند. این رید ها می توانند حجم زیاد داده را مدیریت کرده و یا عملکرد هارد دیسک را بهبود بخشند. البته لازم به ذکر است اکثر رید کنترلر ها توانایی انجام هر دو کار را دارند.

رید کنترلر های معمولی سبب redundancy در SSD ها می شود اما عملکرد آن را بهبود نمی بخشند. اما رید کنترل هایی که مخصصوص SSD ها می باشند سبب بهبود عملکرد redundancy و عملکرد می شوند. Raid controller ها می توانند یک هارد درایو را به چندین هارد درایو تقسیم کنند. این کار سبب حفاظت از داده و همچنین redundancy خواهد شد. برای ارتباط بین سرورها و تجهیزات ذخیره سازی مانند ATA, SCSI, SATA, SASو کانال های فیبر در سرور ها از کارت HBA استفاده می کنند.

رید کنترلر ها بر اساس نوع درایو SAS یا SATA، تعداد پورت، تعداد درایوهایی که می تواند پشتیبانی کنند، سطح RAID، سبک معماری رابط و مقدار حافظه طبقه بندی می شوند. به عنوان مثال ، این بدان معنی است که یک رید کنترلر SATA روی یک SAS کار نمی کند و یک کنترلر Raid 1 نمی تواند به یک Raid 10 تغییر یابد.

معرفی انواع رید کنترلرها:

رید کنترلرهای مبتنی بر سخت افزار:

رید کنترلرهای سخت افزاری از دو قسمت تشکیل می شوند: یک کارت کنترل کننده رید و دیگری یک چیپ داخلی.

ـ کارت کنترل کننده رید (RAID Controller Card):

کارت کنترل کننده رید، یک کارت است که به شکاف مادربرد PCIe یا PCI-X متصل می شود. این شامل یک پردازنده Raid و پردازنده I / O با رابط هارد درایو است.

ـ رید چیپ داخلی (RAID-on-Chip):

رید چیپ های داخلی single motherboard هستند که رابط میزبان ، رابط های HDD I / O ، پردازنده Raid و یک کنترل کننده حافظه را در اختیار دارد. سیستم عامل Raid، رید کنترلر را راه اندازی می کند ، سپس کنترل را به درایورها منتقل می کند.

رید کنترلر نرم افزاری مبتنی بر سرور:

نرم افزار Raid، خدمات Raid را از میزبان منتقل می کند.

این نرم افزار به دو صورت ارائه می شود: نرم افزاری و یا به صورت معماری ترکیبی که حاوی یک جزء سخت افزاری برای کاهش بار روی CPU است.

ریدکنترلر نرم افزاری : که ارزان ترین نوع رید کنترلر می باشد. برنامه مبتنی بر هاست محاسبات RAID را مدیریت می کند و با استفاده از رابط HBA یا I / O ، به درایوهای ذخیره سازی متصل می شود و با بارگیری سیستم عامل رید درایو، شروع می شود.

رید کنترلر دو گانه سخت افزاری / نرم افزاری: رید کنترلر های سخت افزاری/ نرم افزاری از یک جزء سخت افزاری برای ارسال عملکردهای RAID BIOS از مادربورد یا HBA استفاده می کنند. لازم به ذکر است این مدل از رید کنترلرها به دلیل اضافه کردن یک لایه دیگر از رید کنترلرهای نرم افزاری گران تر هستند. اما در صورت بروز هر اتفاقی برای سیستم عامل ، سیستم Raid را از خطاهای بوت محافظت می کنند.

رید کنترلرها مختص سطوح RAID هستند. که متداول ترین آن ها 0، 1، 5/6 و 10 می باشند.

1ـ Raid 0: Striping:

Raid 0 تنها یک سطح RAID است که redundancy لازم را ارائه نمی دهد و تنها عملکرد هارد دیسک را افزایش می دهد. ریدهای صفر دیتا ها و فایل ها را بین دو هارد و یا بیشتر تقسیم می کنند. این هارد دیسک ها به عنوان یک واحد شناخته می شوند به همین دلیل زمانیکه یک هارد دیسک از کار می افتد اطلاعات از طریق هاردیسک های دیگر قابل اجرا نیستند.

ویژگی ها :

ـ بهبود عملکرد HDD

ـ Data Redundancy وجود ندارد.

2ـ Raid 1: Mirroring:

Raid 1 بر روی دو هارد و یا بیشتر کار کرده که Data Redundancy و همچنین عدم موفقیت داده را فراهم می آورد. اطلاعات دقیقاً بصورت یکسان بر روی هر دیسک قرار می گیرد. به این ترتیب در صورت عدم موفقیت یکی از هارد ها، هارد دیگر به کار خود ادامه خواهد داد. همچنین وقتی هارد خراب تعویض می شود، کلیه اطلاعات به هارد جدید اضافه می شوند. Raid 1 همچنین عملکرد خواندن را افزایش می دهد.

ویژگی ها:

ـ وجود Data Redundancy

ـ افزایش خواندن

ـ قیمت پایین

3ـ Raid 5/6: Striping with Parity/Double Parity

Raid 5/6 عملکرد Raid 0 را با Raid 1 ترکیب می کند. ” Parity یا برابری” به داده های باینری خام اشاره دارد. در رید 5 ، حداقل تعداد هارد 3 عدد می باشد که داده را بر روی دو دیسک و parity را بر روی دیسک سوم ذخیره می کند. البته به این معنی نیست که parity فقط بر روی دیسک سوم ذخیره می شود بلکه به صورت Round Rabin بین هارد دیسک ها جابه جا می شود و در این رید امکان Failed شدن یک هارد از بین سه هارد بدون از بین رفتن اطلاعات وجود دارد.

در رید 6 همانند رید 5 عمل می کند ولی به حداقل 4 هارد نیاز دارد و در این رید، parity بر روی همه ی دیسک ها ذخیره می شود پس با توجه به این قابلیت امکان Failed دو هارد از 4 هارد وجود دارد. این رید بیشتر در وب سرورها ، اپلیکیشن سرورها و محل های ذخیره سازی بزرگ و همچنین حساس استفاده می شود.

ـ Raid 10: Striping and Mirroring

این رید ها گران ترین نوع هستند. برای کارایی بالاتر حداقل از چهار دیسک استفاده می کند و از طرفی دارای قابلیت Mirroring نیز می باشد. در یک four-drive array ، سیستم، اطلاعات را بین دو هارد دیسک تقسیم می کند. دو دیسک باقی مانده نیز اطلاعات را به طور یکسان تقسیم کرده و ذخیره می کنند.

موارد استفاده: در محیط هایی با امنیت و کاربرد بالا، مانند پایگاه های داده با اطلاعات حساس کاربرد دارند.

Raid گرانترین سطح رید برای هارد دیسک می باشد ، اما با این حال سرعت خواندن و نوشتن بالا و همچنین Redundancy قوی داده را ارائه می دهد.

مزایای استفاده از رید کنترلرها:

Raid ها یک محافظت کننده از داده های اساسی، درایور HDD و SSD و درایور عملکردی برای HDD می باشند.

مزایای برتر شامل موارد زیر است:

ـ قابلیت اطمینان بیشتر:

به غیر از Raid0 سایر رید ها از اطلاعات در برابر خرابی یک هارد محافظت کرده و سبب می شوند که با خرابی یک هارد دیتا ها و اطلاعات از بین نرفته و همچنین پس از تعویض و یا تعمیر آن هارد Array بدون مشکل به کار خود ادامه دهد. این قابلیت داده ها را در مقابل از بین رفتن به علت مشکلات سخت افزاری محافظت می کند.

ـ Data redundancy:

Raid های Striping and Mirroring داده ها را بین چندین نود تقسیم کرده و این اطمینان را می دهد که با خراب شدن یک گره اطلاعات از بین نرود.

ـ افزایش عملکرد HDD:

بیشتر سطوح Raid، با خواندن و نوشتن داده ها از طریق چندین درایو ، توان عملیاتی را بهبود می بخشند. سطوح بالاتر Raid ، به ویژه Raid 10، برای Array هایی با عملکرد متوسط و کم مناسب نمی باشند. اما در Array هایی با عملکرد بالا، سبب افزایش عملکرد، بهبود redundancy و دسترسی بیشتر را فراهم می آورد.

مزایای رید کنترلرها :

رید کنترلر های سخت افزاری از نوع نرم افزاری آن گران تر هستند زیرا عملکرد سیستم را افزایش داده از ایجاد خطاهای بوت جلوگیری می کند.

ـ Cache memory:

رید کنترلر ها یک حافظه کش اضافی را جهت افزایش عملکرد فراهم می آورند.

ـ پردازش اختصاصی:

سیستم های مبتنی بر کنترل به طور مستقل پیکربندی RAID را جدا از سیستم عامل مدیریت می کند. بدین معنی که رید بندی داده ها باعث بار اضافی بر روی CPU اصلی سیستم نمی شود و پردازش به صورت جداگانه داخل رید کنترلر انجام می شود.

ـ عدم وجود خطاهای بوت:

در زمانی که داده ها به صورت نرم افزاری توسط سیستم عامل رید بندی می شوند در صورت بروز اختلال در سیستم قبل از خاموش شدن دستگاه امکان عدم بوت شدن دستگاه در زمان روشن شدن مجدد بسیار زیاد است. حال آنکه این اتفاق در زمان استفاده از رید کنترلرهای سخت افزاری نمی افتد.