كيف يعمل
تقوم مصفوفة RAID بدمج عدة أقراص في قرص واحد للحصول على السعة أو السرعة أو التسامح مع الأخطاء، ولا يتم استخدام الثلاثة جميعًا في نفس الوقت تقريبًا. يحل كل مستوى هذا الالتزام بطريقة مختلفة: هناك مستويات توزع البيانات دون حفظ أي شيء آخر، وأخرى تكتب نسخًا كاملة وأخرى تحسب التكافؤ لتتمكن من إعادة بناء ما فقد.
تأخذ الآلة الحاسبة عدد الأقراص وسعتها والمستوى المختار، وترجع مقدار السعة الفعلية المتبقية للبيانات، ومقدار التكرار الذي تم أخذه، وعدد الأقراص التي يمكن أن تفشل دون فقدان المعلومات، وما هو الأداء التقريبي الذي تم الحصول عليه. تظهر السعة في الوحدات العشرية التي تستخدمها الشركات المصنعة وفي الوحدات الثنائية التي يعلن عنها نظام التشغيل، ومن هنا يأتي الشعور الأبدي بأن القرص يأتي بأقل مما هو مكتوب على الصندوق.
كما أنه يقدر المدة التي تستغرقها عملية إعادة البناء ومدى احتمال مواجهة خطأ قراءة غير قابل للاسترداد خلال مدتها، وهي النقطة التي تفشل فيها العديد من المصفوفات أحادية التكافؤ في النهاية. المقارنة النهائية تحسب جميع المستويات بنفس الأجهزة، لترى بنظرة سريعة ما تم اكتسابه وما تم فقده مع كل مستوى.
أمثلة
8 × 4 TB · RAID 624 TBيدخل اثنان من الأقراص الثمانية في حالة تكافؤ مزدوج، لذا يتبقى ستة أقراص للبيانات: 24 تيرابايت، والتي سيظهرها نظام التشغيل على أنها 21.8 تيرابايت. تبلغ الكفاءة 75% ويتحمل المصفوفة فشل أي قرصين.8 × 4 TB · RAID 1016 TBمع نفس الأقراص، تترك المرآة نصف السعة فقط. وفي المقابل، فإنه يكتب بسرعة مضاعفة لـ RAID 6 ويعيد البناء عن طريق نسخ قرص واحد بدلاً من قراءة الأقراص السبعة المتبقية.5 × 4 TB · RAID 572 %هو احتمال مواجهة خطأ قراءة غير قابل للاسترداد عند إعادة إنشاء قرص معطل، حيث تحتوي أقراص سطح المكتب على خطأ واحد كل 10^14 بت. يجب عليك قراءة 16 تيرابايت بالكامل، وفي RAID 5، أي خطأ أثناء تلك القراءة ليس له مكان للتعافي منه.12 × 8 TB · RAID 6064 TBاثني عشر قرصًا مقسمة إلى مجموعتين من ستة أقراص: تفقد كل مجموعة قرصين في تكافؤها المزدوج، لذلك يتبقى ثمانية أقراص للبيانات. يتم التضحية بسعة أكبر مما كانت عليه في RAID 6، لكن إعادة البناء تقرأ فقط الأقراص الخمسة الموجودة في المجموعة المتأثرة بدلاً من الأحد عشر قرصًا في المصفوفة.حالات الاستخدام
- حدد عدد محركات الأقراص التي تريد شراؤها وحجمها للوصول إلى السعة المطلوبة لخادم NAS أو خادم الملفات.
- قارن المستويات قبل إنشاء الترتيب، حيث لا يزال بإمكانك الاختيار، لأن تغيير المستويات بعد ذلك يعني دائمًا إعادة الترتيب من الصفر.
- اشرح للعميل أو المدير لماذا لا تمنحك محركات الأقراص الثمانية سعة 4 تيرابايت مساحة قابلة للاستخدام تبلغ 32 تيرابايت.
- قم بتقدير عدد الساعات التي يتم فيها كشف المصفوفة أثناء إعادة بناء القرص، لتخطيط التغيير في نافذة منخفضة الاستخدام.
- قم بتبرير الانتقال من RAID 5 إلى RAID 6 في مصفوفة أقراص كبيرة من خلال إظهار مخاطر إعادة البناء.
- احسب التكلفة الفعلية لكل تيرابايت قابل للاستخدام من مجموعات ومستويات الأقراص المختلفة قبل التوقيع على الشراء.
الأسئلة الشائعة
لماذا يظهر نظام التشغيل سعة أقل مما أقدر؟
لأنهم لا يتحدثون نفس اللغة. يبيع المصنعون وحدات عشرية، حيث يبلغ تيرابايت واحد تريليون بايت، وتقدم معظم أنظمة التشغيل تقاريرها بوحدات ثنائية، حيث يبلغ تيرابايت 2^40 بايت - أي أكبر بنسبة 9% تقريبًا. يظهر القرص سعة 4 تيرابايت بحجم 3.64 تيرابايت دون فقدان بايت واحد. تظهر الآلة الحاسبة الرقمين بدقة بحيث لا يكون الفرق مفاجئًا. يضاف إلى ذلك ما يحتفظ به نظام الملفات، والذي يعتمد على النظام الذي تستخدمه.
ريد 5 أو ريد 6؟
يعتمد ذلك على حجم الأقراص وعددها. يضحي RAID 5 بقرص واحد ويتحمل فشلًا واحدًا؛ تكمن المشكلة في أنه أثناء إعادة البناء، يُترك المصفوفة دون أي حماية ويجب قراءة جميع الأقراص الباقية من النهاية إلى النهاية، وهو أمر يمكن أن يستغرق أيامًا مع الأقراص متعددة التيرابايت. يضحي RAID 6 بقرص آخر ولكنه يتعرض لفشل ثانٍ في تلك اللحظة الحرجة. مع الأقراص التي تبلغ سعتها 4 تيرابايت أو أكبر، أو المصفوفات المكونة من ثمانية أقراص أو أكثر، فإن RAID 6 هو الاختيار المعقول.
ما هي عقوبة الكتابة؟
إنه عدد عمليات القرص الفعلي التي تكلف كل عملية كتابة منطقية. في RAID 0 يكون الرقم 1، لأنه مكتوب وهذا كل شيء. في المرايا يساوي 2، لأن نفس البيانات تذهب إلى قرصين. في RAID 5 يكون الرقم 4: عليك قراءة البيانات القديمة، وقراءة التكافؤ القديم، وكتابة البيانات الجديدة، وكتابة التكافؤ الجديد. وفي RAID 6 يكون الرقم 6، نظرًا لوجود تكافؤين. لهذا السبب يمكن أن تتمتع المصفوفة ذات التكافؤ بقراءات ممتازة وكتابات عشوائية سيئة للغاية، ولهذا السبب عادةً ما تستخدم قواعد البيانات ذات الكتابة الثقيلة RAID 10.
ما هو عدد الأقراص التي يدعمها RAID 10 فعليًا؟
واحدة مضمونة، وما يصل إلى نصف التسوية إذا كنت محظوظًا. يقوم RAID 10 بإنشاء مرايا في أزواج وتوزيع البيانات فيما بينها: طالما أن حالات الفشل تقع على مرايا مختلفة، فإن المصفوفة تظل على قيد الحياة، ولكن إذا كان القرصان الفاشلان هما نفس الزوج، فسيتم فقدان كل شيء. باستخدام ثمانية أقراص، قد تفقد أربعة منها وتستمر في العمل، أو تفقد اثنين ولا يتبقى لك شيء. ولهذا السبب تظهر الآلة الحاسبة كلا الرقمين، ولا يُنصح أبدًا بالتخطيط باستخدام الرقم المتفائل.
متى يكون RAID 50 أو RAID 60 مناسبًا؟
عندما يكون هناك عدد كبير جدًا من الأقراص، تصبح مجموعة التكافؤ الواحدة مرهقة. يؤدي تقسيم اثني عشر أو أربعة وعشرين قرصًا إلى مجموعات متعددة إلى تقصير عملية إعادة البناء، لأنه تتم قراءة المجموعة التي فشل فيها القرص فقط وليس المصفوفة بأكملها، كما يسمح أيضًا بالتسامح مع فشل واحد لكل مجموعة بدلاً من فشل واحد فقط في المصفوفة بأكملها. والثمن هو أن كل مجموعة تُترك مع التكافؤ الخاص بها: كلما زاد عدد المجموعات، قلت القدرة القابلة للاستخدام. هذه هي وحدات تحكم الخادم أو مستويات حاوية محرك الأقراص، وليست NAS ذات أربعة فتحات.
ماذا يحدث إذا كانت الأقراص بأحجام مختلفة؟
في RAID الكلاسيكي، تتصرف جميع الأقراص كما لو كانت بحجم القرص الأصغر، وما تبقى من الأقراص الكبيرة يظل غير مستخدم. ولهذا السبب تعمل الآلة الحاسبة بحجم واحد: إذا كان لديك أقراص مختلطة، فقم بتحميل أصغرها وستحصل على السعة الحقيقية للمصفوفة. تعرف بعض أنظمة التخزين، مثل العديد من أنظمة NAS المنزلية أو أنظمة الملفات ذات التكرار الخاص بها، كيفية الاستفادة من المساحة الزائدة، لكنها لم تعد تتبع قواعد RAID التقليدية.
هل يضيف القرص الاحتياطي الساخن التسامح مع الخطأ؟
إنه لا يضيف حالات فشل محتملة، بل يزيد من سرعة رد الفعل. يتم توصيل قطعة احتياطية ساخنة وتشغيلها بدون أي بيانات، في انتظار سقوط القرص حتى يمكن إعادة البناء من تلقاء نفسها، في دقائق، وليس عندما يمر شخص ما على الحامل. نظرًا لأن أخطر لحظة للإصلاح هي على وجه التحديد تلك التي تبدأ من الفشل وحتى نهاية إعادة الإعمار، فإن تقصير تلك النافذة يستحق الكثير. وبطبيعة الحال، فإنه يحتل مساحة ويتم دفع ثمنه مثل أي قرص آخر، ولهذا السبب تخصمه الآلة الحاسبة من الكفاءة.
ما هو خطأ القراءة غير القابل للاسترداد ولماذا يدمر عملية إعادة البناء؟
وهو قطاع لا يستطيع القرص قراءته حتى مع رموز التصحيح الخاصة به. تعلنها أوراق البيانات كمعدل: تشير محركات أقراص سطح المكتب عادةً إلى أقل من 1 كل 10^14 بت قراءة، ومحرك NAS 1 كل 10^15، ومحركات SAS التجارية 1 كل 10^16. في الاستخدام اليومي، لا يمكن ملاحظته تقريبًا، ولكن إعادة البناء تجبرك على قراءة جميع الأقراص الباقية بالكامل، وذلك عندما يصبح العد غير مريح: في مصفوفة ذات تكافؤ واحد، خطأ واحد في تلك القراءة الهائلة يعني فقدان البيانات. من ناحية أخرى، مع التكافؤ المزدوج، يتم إعادة بناء القطاع بالثانية ولا يحدث شيء.
هل يحل RAID محل النسخ الاحتياطية؟
لا، وهو أغلى سوء فهم للتخزين. يحمي RAID من الفشل المادي للقرص ولا شيء آخر: الحذف العرضي، أو الملف التالف بواسطة التطبيق، أو برامج الفدية، أو السرقة، أو الحريق أو المصدر الذي يأخذ جميع الأقراص مرة واحدة، يتم نسخها أو فقدها بالتساوي في جميع أنحاء المصفوفة. RAID هو توفر عالي، أي الاستمرار في العمل أثناء تغيير القرص؛ النسخ الاحتياطي قادر على العودة. كلاهما مطلوب.
هل قيم IOPS والسرعة هي ما سأقوم بقياسه؟
وهي بمثابة سقف نظري مفيد لمقارنة المستويات مع بعضها البعض. يفترضون أن الحمل يتم توزيعه بالتساوي بين جميع الأقراص وأنه لا وحدة التحكم ولا ذاكرة التخزين المؤقت الخاصة بها ولا الناقل ولا نظام الملفات تدخل في قائمة الانتظار. من الناحية العملية، يمكن لوحدة التحكم المزودة بذاكرة تخزين مؤقت محمية بالبطارية أن تخفي الكثير من عقوبات الكتابة، وقد تستغرق عملية إعادة البناء المستمرة نصف الأداء. استخدم الأرقام لتحديد المستوى، وليس للوعد بالأرقام.