تکنولوژی HPE Smart Array

معرفی فناوری اچ پی Smart Array

کنترلر آرایه هوشمند قطعه ای است که قابلیت درایوهای دیسک فیزیکی را مدیریت می کند و آنها را به عنوان یک واحد به کامپیوتر ارائه می دهد. شرکت HP اولین شرکت پیشرو در زمینه معرفی RAID در سیستمهای شبکه سرورها میباشد. امروزه RAID یک تکنولوژی استاندارد برای ذخیره سازی تحت وب و آنلاین میباشد.

در اکثر مواقع برای پیاده سازی RAID از Smart Array استفاده می شود تا جایی که گاهی به عنوان کنترلر RAID شناخته می شود. همچنین امکان استفاده به عنوان حافظه دیسک Cache فراهم می آورد. همچنین Disk Array Controller با نام کوتاه شده کنترلر دیسک نیز نامیده می شود در صورتی که اشتباه است و این دو نباید با هم اشتباه گرفته شوند.

ریدکنترلر یک کارت یا تراشه است که بین سیستم عامل و درایوهای ذخیره سازی، که معمولا بصورت سخت افزار می باشد، قرار گرفته است. کنترلر های نسل 10 HP Smart Array از RAIDهای مدل 1،0، 1+0، 10، 5، 50، 6، 60 پشتیبانی می کند. باید خاطر نشان کرد که در صورت نیاز به تغییر فضای ذخیره سازی اطلاعات به راحتی با توجه به نیاز کسب و کار، میتوان سطح RAID را تغییر داد و جابجا کرد. این امکان بدون ایجاد اختلال و امکان دسترسی به اطلاعات صورت میگیرد و هیچ مشکلی در خصوص محافظت از اطلاعات بوجود نمی آورد.

قابلیت هایی که کنترلرهای آرایه هوشمند در اختیارتان می گذارند:

• مانیتورینگ عملکرد I/O
• نظارت بر اطلاعات حساس
• تسریع برای دسترسی به داده های روزمره
• پیش بینی بروز خطاها
• انجام ریکاوری اطلاعات بصورت اتوماتیک
• مدیریت اصلاحات بصورت دینامیک
• جلوگیری از Downtime

موتور چند هسته ای Smart Array که قابلیت پردازش چند دستور همزمان را دارد، سیستم RAID را مدیریت می کند. برنامه آرایه هوشمند درخواست های سطح بالا خواندن/نوشتن از یک برنامه را به دستورالعمل های فردی مورد نیاز برای RAID Array تبدیل می کند. کنترلر های نسل جدید Smart Array از یک پردازنده Embedded (تعبیه شده) دارای RAID-on-Chip (RoC) با فرکانس 600 مگاهرتز بهره میگیرند. در حالی که این یک سنجش مستقیم از عملکرد کلی RAID نیست، پردازنده جدید قادر به پشتیبانی از IOPS رندم یا تصادفی تا 60.000 KiB در مقایسه با موتورهای نسل قبل که 35.000 بودند، می باشد.

کنترلرهای RAID با مجازی سازی درایوها به گروه های مجزا با مزیت محافظت از اطلاعات و Redundancy کار می کنند. در بخش اینترفیس Front-end با سرور ارتباط بر قرار میکند، که معمولاً از طریق یک آداپتور مبتنی بر هاست یا HBA می باشد. در بخش Back-end با ایجاد ارتباط با ذخیره سازها و تمامی برنامه های اصلی، استوریج را مدیریت می کند مانند: ATA، SCSI، SATA، SAS و کانال فیبر.

کنترلر های RAID توسط چندین ویژگی که از جمله نوع درایو مانند SAS یا SATA، تعداد درگاه ها و تعداد درایوهایی که توانایی پشتیبانی از آن را دارند، سطح خاصی از RAID، معماری رابط کاربری و میزان حافظه موجود در Cache، طبقه بندی می شوند. برای مثال، یک کنترلر تولید شده برای یک محیط SATA روی SAS Array کار نمیکند و یک کنترلر RAID 1 نمیتواند به RAID 10 تغییر کند.

در حقیقت کنترلرهای RAID برای مدیریت اطلاعات ذخیره سازی استفاده نمی شوند. کنترلرهای ذخیره سازی دیسک های فعال را به OS یا همان سیستم عامل منتقل می کنند، در حالی که RAID Controller به عنوان حافظه Cache رَم عمل کرده و عملکرد RAID را فراهم می کند. تعداد و هویت دیسک های RAID بستگی به پیکربندی کنترلر RAID دارد.

کنترلر RAID مبتنی بر سخت افزار

در بالا اشاره کوتاهی به بخشی از کنترلر های سخت افزاری در Smart Array ها داشتیم در این بخش به توضیح کاملتر و انواع آن خواهیم پرداخت. بخش سخت افزاری کنترلرها دو نوع معماری اختصاصی خود را دارند که با هم متفاوت است که شامل کارت کنترل کننده بیرونی RAID و چینش داخلی RAID میباشد.

کارت کنترل RAID:

کارت کنترلر RAID یک کارت توسعه دهنده بصورت افزونه است که به PCIe یا PCI-X در اسلات مادربرد متصل است و شامل پردازنده RAID و پردازنده I/O با رابط درایو است.

چیپ داخلی RAID:

ارزانترین تراشه یک Motherboard بخش RAID-on-Chip می باشد که یکپارچگی رابط  هاست، رابط های HDD input/output، پردازنده RAID و یک حافظه کنترلر را در اختیار دارد. سپس Firmware که هنگام راه اندازی RAID در زمان شروع کار وجود دارد، کنترل را به درایوها منتقل می کند.

کنترلر RAID مبتنی بر نرم افزار و RAID مبتنی بر سرور

نرم افزار RAID خدمات را از هاست ارائه می دهد که خود آن به دو گروه تقسیم می شود: Software-defined به عنوان میزبان بر روی سیستم عامل و یک معماری ترکیبی از یک بخش سخت افزاری برای کاهش بار کاری بر روی CPU می باشد.

نرم افزار Only RAID:

Sofware-only RAID معمولاً به عنوان یک عملکرد پیش فرض بر روی OS تعریف شده است که باعث شده به یکی از انتخاب های ارزان برای انتخاب رِید باشد. برنامه host-based برای مدیریت محاسبات می باشد و با استفاده از رابط HBA با I/O به درایوهای ذخیره سازی متصل می گردد. زمانی درایو RAID شروع به کار میکند که Operating System در حال بارگیری می باشد.

سخت افزار/نرم افزار هیبریدی RAID:

Hybrid hardware/software RAID از یک بخش سخت افزاری برای ارائه تابع RAID BIOS از مادربرد یا HBA استفاده میکند. فناوری هیبریدی یک لایه جدید اضافه کرده است و از نرم افزار Software-only گران قیمت تر است، اما در صورت بروز خطای Boot در زمان کار سیستم عامل، از ایجاد اختلال در کار RAID سیستم، جلوگیری می نماید.

نحوه انتخاب سطح RAID مناسب

در حال حاضر چندین سطح RAID برای انتخاب، نسبت به میزان کارایی که کسب و کارها و سازمان ها از آن انتظار دارند وجود دارد و بستگی مستقیم به نقشی دارد که RAID به عهده میگیرد برای عملکرد در نظر گرفته شده یا تحمل در برابر خطاهایی که رخ میدهد و یا هر دو. همچنین این فاکتور نیز مهم می باشد که آیا از RAID بصورت نرم افزاری بهره میگیرید یا سخت افزاری، زیرا در حالت نرم افزاری رِیدها از سطوح کمتری به نسبت رِید های بر پایه سخت افزاری، پشتیبانی می کنند.

حتی در صورت انتخاب نوع سخت افزاری RAID، نوع انتخاب کنترلر آن نیز مهم می باشد. کنترلر های مختلف سطوح مختلفی از RAID را پشتیبانی کرده و همچنین مشخص کننده اینست که کدام نوع دیسک در هر Array میتواند استفاده شود: SAS ،SATA یا SSD.

پر استفاده ترین انواع RAID در زیر با توجه به کارکرد و خصوصیات هر کدام آورده شده است.

RAID 0:

برای ارتقاء عملکرد سرور استفاده می شود و همچنین به عنوان Disk Striping نیز شناخته می شود. RAID 0 توانایی نوشتن اطلاعات بر روی چندین دیسک را دارد، این بدان معناست که در هنگام کار با کامپیوتر چندین عملکرد بصورت همزمان توسط چندین دیسک انجام می شود به جای اینکه تنها توسط یک دیسک انجام پذیرد. این عمل باعث افزایش چشمگیر در عملکرد خواندن/نوشتن دیتاها می گردد و در نتیجه دیسک می تواند I/O بالاتری داشته باشد.

بصورت متوسط به دو عدد دیسک نیاز است، هر دو نوع Software و Hardware RAID از عملکرد RAID 0 پشتیبانی میکنند و اکثر کنترلرها با آن انطباق دارند. شاید تنها نکته منفی در خصوص RAID 0 عملکرد آن در زمان بروز و تحمل آن در برابر خطاها باشد، زیرا در زمانی که یک دیسک از کار بیافتد، تمامی دیسک های دیگر در Array تحت تاثیر قرار گرفته و امکان از دست رفتن اطلاعات یا خرابی فایل ها وجود دارد.

RAID 1:

رِید یک به عنوان Disk Mirroring یا دیسک با قابلیت آینه ای شناخته می شود و این نام بخاطر عملکرد آن در برابر خطاها و تحمل بار کاری وارده می باشد. نحوه عملکرد RAID 1 بدین شکل است که اطلاعات را بصورت یکپارچه و همزمان، از یک دیسک بر روی دیسک دیگر ایجاد کرده و یک نسخه جایگزین یا بکاپ بصورت یک به اصطلاح ماکت یا آینه فایل اصلی می سازد. در این حالت اگر یک دیسک از کار بیافتد نسخه بعدی اطلاعات بر روی دیسک دیگر به کار خود ادامه خواهد داد. این از ساده ترین راه ها با هزینه کم برای تحمل بار کاری در زمان ایجاد خطا می باشد.

از نقطه ضعف های موجود در RAID 1 طول کشیدن و سرعت پایین در عملکرد است. همچنین به علت Write اطلاعات بصورت دو نسخه بر روی RAID 1 ظرفیت ذخیره سازی اطلاعات تنها نیمی از کل می باشد. RAID 1 قابلیت اجرا هم بر روی بخش سخت افزاری و هم نرم افزاری را دارد. بطور متوسط استفاده از دو دیسک در RAID 1 در حالت اجرا سخت افزاری مورد نیاز می باشد.

برای بخش نرم افزاری RAID 1، به علاوه استفاده از دو دیسک فیزیکی گفته شده، قابلیت ذخیره اطلاعات بصورت Mirror در بین ظرفیت موجود یک دیسک تکی وجود دارد. به علت داشتن قابلیت ذخیره اطلاعات بر روی دو دیسک ظرفیت دیسک به نصف کاهش خواهد یافت، بنابراین در صورتی که فضای سرور با دو دیسک 1TB در RAID 1 پیکربندی شده است، فضای ذخیره سازی موجود روی هم 1ترابایت خواهد بود نه 2 ترابایت.

RAID 5:

در میان تمامی RAID هایی که بر روی سرورهای مورد استفاده در کسب و کارهای بزرگ و تجهیزات NAS استفاده میشوند(برای بررسی بیشتر انواع ذخیره سازها مقاله

مقایسه انواع استوریج های SAN, NAS, DAS را مطالعه کنید)، RAID 5 از همه مناسب تر و پر استفاده تر می باشد. این نوع از سطح RAID بهترین عملکرد در زمان استفاده از Mirroring در زمان بروز مشکل و استفاده از اطلاعات ذخیره شده ارائه می دهد. عملکرد رِید 5 بدین صورت می باشد که اطلاعات و نسخه بکاپ، که بصورت اضافه برای پشتیبانی و بازیابی اطلاعات استفاده می شود، بر روی سه و یا حتی تعداد بیشتری از دیسک ها قرار گرفته است.

اگر دیسک با خطا روبرو شود یا از کار بیافتد، داده های  پراکنده بر روی دیسک های مختلف مجدداً قابل بازیابی می باشد، کاملاً بصورت اتوماتیک و یکپارچه. حتی در زمانی که یک دیسک از کار افتاده است و هنوز بخش های خراب سیستم کاملا جایگزین نشده است.

از دیگر مزایای RAID 5 در سرورها و تجهیزات NAS در صورت بروز مشکل Hot-swap است که به معنای اینست که زمانیکه درایوی در یک Array از کار میافتد، بدون نیاز به خاموش کردن یا اختلال در کار کاربران در حال کار، براحتی بخش مشکل دار قابلیت جایگزینی دارد و بهترین راهکار برای دیسک خراب (که هر لحظه امکان دارد اتفاق بیافتد و غیر قابل پیش بینی می باشد) و بازیابی اطلاعات بر روی دیسک جدید بدون وقفه در کل کار سازمان می باشد. بطور مثال اگر RAID 5 بر روی سرور HP قرار دارد و نقش آن به عنوان یک بانک اطلاعاتیست و تمامی کارمندان یک سازمان بر روی آن در حال انجام کار روزمره خود می باشند، میتواند عامل یک تاخیر زمانی موثر در کار سازمان باشد.

RAID 6:

در کلاس های سازمانی و انترپرایز بطور معمول استفاده می شود. تقریباً عملکردی مشابه RAID 5 دارد، حتی در برخی فاکتورها حتی قوی تر عمل میکند، زیرا از Parity block بیشتری نسبت به RAID 5 استفاده می کند. حتی در صورت از کار افتادن دو دیسک در یک Array همچنان سیستم در حال کار خواهد بود.

RAID 10:

در این RAID شاهد ترکیبی از قابلیت های موجود در RAID 1  و 0 هستید و گاهی به عنوان RAID 1+0 نیز نامیده می شود. در RAID 10 قابلیت Mirroring و Striping با هم ترکیب شده است، در اصل سطح RAID معین کننده نوع عملکرد در بهترین حالت آن است، که در این سطح عملکرد هزینه بالایی دارد زیرا نیاز به استفاده از دو برابر دیسک در مقایسه با سطوح ریدهای قبلی می باشد  و حداقل به چهار دیسک نیاز است.

سطح RAID 10 ایده آل برای استفاده بر روی سرورهای دیتاسنترهای بزرگ کاربرد دارد یا در سرورهایی که میزان عملیات Write در آن بالاتر از Read است می باشد. در صورت انتخاب RAID 10 میتوان از سخت افزار یا نرم افزار بهره برد، ولی در صورت استفاده از Software بسیاری از مزایای عملکردی در این حالت در دسترس نخواهد بود.

RAID جایگزین Backup نیست

در تمامی سطوحی که از RAID ها استفاده می شود تنها RAID 0 از یک درایو برای حفاظت از اطلاعات موجود در صورت از کار افتادن استفاده کرده است. حتی سیستم موجود بر روی RAID 6 نیز برای احیاء اطلاعات از دو دیسک بصورت همزمان استفاده کرده است. برای بالا بردن سطح کامل حفاظت از اطلاعات هنوز نیاز به گرفتن یک نسخه پشتیبان از اطلاعات موجود بر روی RAID های سیستم می باشد.

برای آشنایی در خصوص مفهوم بکاپ و روش های تهیه نسخه بکاپ و عواملی که باعث از دست رفتن اطلاعات می شود پیشنهاد می شود مقاله معرفی روش های بکاپ گیری از اطلاعات سرور و شبکه مطالعه کنید.

مزایای گرفتن نسخه پشتیبان:

• بکاپ می تواند در صورت بروز مشکلات برق و از کار افتادن تمامی درایوها بصورت همزمان بسیار کاربردی باشد.
• در صورتی که سیستم ذخیره ساز شما دزدیده شود، میتواند از از دست رفتن اطلاعات حفاظت می کند.
• حتی میتوان نسخه Back up را در یک محیط متفاوت در حالت Off-site نگهداری کرد، این حالت می تواند در صورت حوادث طبیعی مثل زلزله و سیل برای محل کار بسیار کاربردی باشد.
• بزرگترین و شاید مهم ترین دلیل برای گرفتن چندین نسخه Backup از سِرور، در زمان استفاده کاربر از اطلاعات می باشد. اگر یک User بصورت اتفاقی یک بخش مهمی از اطلاعات را حذف کند، حتی چند ساعت، چند روز، یا حتی چند هفته بعد از آن هم متوجه این اتفاق نشوید، به راحتی با تهیه منظم نسخه های بکاپ میتوان فایل های مورد نظر را بازیابی کرد.