RAID چیست و چرا RAID 10 برای سرور یک مزیت بزرگ است
انتخاب آرایه دیسک‌ها (RAID) یکی از مهم‌ترین تصمیمات در طراحی زیرساخت سرور و راهنمایی برای انتخاب سرور مجازی است؛ زیرا مستقیما بر سرعت، عملکرد و مهم‌تر از همه، ایمنی داده‌های شما تاثیر می‌گذارد. در این مقاله جامع، به طور کامل به مفهوم RAID چیست و سپس مزایای بی‌نظیر RAID 10 برای سرور شما خواهیم پرداخت.
اگر در حوزه فناوری اطلاعات فعالیت می‌کنید یا به دنبال خرید سرور مجازی (VPS) قدرتمند هستید، حتما با واژه‌های رید چیست یا رید بندی هارد برخورد کرده‌اید. RAID یک فناوری ضروری است که عملکرد و پایداری داده‌ها را در محیط‌های تجاری و حساس تضمین می‌کند.
۱. RAID چیست؟ تعریف و هدف
RAID مخفف عبارت Redundant Array of Independent Disks (آرایه‌ی افزونه از دیسک‌های مستقل) است. RAID با ترکیب چند درایو دیسک فیزیکی، انها را به عنوان یک واحد منطقی و یکپارچه به سیستم عامل معرفی می‌کند.
هدف اصلی از پیاده‌سازی RAID، افزایش دو معیار مهم برای سرورها است:
- افزایش عملکرد (Performance): با توزیع بار کاری ورودی/خروجی (I/O) در چندین دیسک، سرعت خواندن و نوشتن داده‌ها به طور چشمگیری افزایش می‌یابد (موازی‌سازی عملیات).
- افزونگی داده (Redundancy): با ذخیره‌سازی نسخه‌های تکراری از داده‌ها (یا اطلاعات بازسازی انها)، سرور می‌تواند در صورت خرابی یک یا چند دیسک، بدون از دست دادن اطلاعات و بدون توقف سرویس، به کار خود ادامه دهد.
۱.۱. سه تکنیک اصلی در فناوری RAID
برای درک انواع RAID، باید سه تکنیک اصلی ذخیره‌سازی را بشناسیم:
۱.۱.۱. Mirroring (آینه‌سازی)
این تکنیک برای ایمنی داده استفاده می‌شود (مانند RAID 1).
- نحوه کار: داده‌های یکسان به طور همزمان روی دو یا چند دیسک نوشته می‌شوند. اگر یک دیسک خراب شود، کپی آینه جایگزین می‌شود.
- مزیت: ایمنی کامل در برابر خرابی تک دیسک.
- عیب: ۵۰ درصد از فضای ذخیره‌سازی برای افزونگی هدر می‌رود.
۱.۱.۲. Striping (باندسازی)
این تکنیک برای افزایش سرعت استفاده می‌شود (مانند RAID 0).
- نحوه کار: داده‌ها به بلوک‌های کوچکتر تقسیم شده و به صورت متوالی روی دیسک‌های مختلف نوشته می‌شوند تا دسترسی همزمان به اطلاعات فراهم شود.
- مزیت: سرعت بالا در خواندن و نوشتن.
- عیب: هیچ افزونگی وجود ندارد؛ خرابی یک دیسک منجر به از دست رفتن کامل داده می‌شود.
۱.۱.۳. Parity (توازن)
این تکنیک برای بهینه‌سازی ظرفیت استفاده می‌شود (مانند RAID 5 و RAID 6).
- نحوه کار: یک بلوک داده اضافی (Parity) با محاسبات ریاضی ایجاد و همراه با داده‌ها توزیع می‌شود تا در صورت خرابی یک دیسک، اطلاعات از دست رفته بازسازی شوند.
- مزیت: افزونگی با صرفه‌جویی در فضای ذخیره‌سازی.
- عیب: پیچیدگی و بار محاسباتی در نوشتن، که سرعت نوشتن را کاهش می‌دهد.
۲. نگاهی گذرا به سطوح رایج RAID (انواع raid)
در اینجا توضیحات تکمیلی سطوح پرکاربرد RAID ارائه شده است:
۲.۱. RAID 0 (Striping)
RAID 0 تنها از Striping استفاده می‌کند. در این روش، داده‌ها به بلوک‌هایی تقسیم شده و روی دیسک‌های مختلف توزیع می‌شوند. این سطح بیشترین سرعت را فراهم می‌کند و انتخابی خوب برای ویرایشگران ویدیو یا علاقمندان به بازی است که به دنبال عملکرد حداکثری هستند، اما چون هیچ افزونگی ندارد، هرگز برای داده‌های مهم توصیه نمی‌شود.
۲.۲. RAID 1 (Mirroring)
RAID 1 فقط از Mirroring استفاده می‌کند و به حداقل دو دیسک نیاز دارد. این سطح ایمنی داده کامل را تضمین می‌کند و گزینه‌ای مناسب برای سیستم عامل‌ها، پایگاه‌های داده تراکنشی و سرورهای ایمیل است که دسترسی‌پذیری بالا برای انها مهم است. اما ۵۰ درصد از ظرفیت از بین می‌رود و عملکرد نوشتن نسبت به RAID 0 کندتر است.
۲.۳. RAID 5 (Striping + Distributed Parity)
در RAID 5، داده‌ها و اطلاعات Parity به صورت توزیع‌شده بین حداقل سه دیسک قرار می‌گیرند. این سطح تعادل خوبی بین سرعت خواندن، ایمنی (تحمل خرابی یک دیسک) و کارایی ظرفیت ارائه می‌دهد. RAID 5 به اندازه یک دیسک کامل برای ذخیره Parity از دست می‌دهد (مثلا در آرایه ۴ دیسکی، تنها ۲۵٪ ظرفیت از دست می‌رود). با این حال، زمان بازسازی داده (Rebuild Time) پس از خرابی یک دیسک می‌تواند طولانی و در طول این دوره، سرور بسیار کند و آسیب‌پذیر باشد.
۲.۴. RAID 6 (Striping + Dual Distributed Parity)
RAID 6 مشابه RAID 5 است اما با استفاده از دو بلوک Parity توزیع‌شده، می‌تواند خرابی همزمان دو دیسک را تحمل کند. این سطح بالاترین ایمنی را در بین سطوح مبتنی بر Parity دارد و به حداقل چهار دیسک نیاز دارد. اگرچه سرعت خواندن مشابه RAID 5 است، اما به دلیل بار محاسباتی دو برابری Parity، کندترین عملکرد نوشتن را داراست و برای محیط‌هایی با نوشتن‌های سنگین (مانند سرورهای دیتابیس) توصیه نمی‌شود.
۳. RAID 10 (RAID 1+0): چرا یک مزیت بزرگ برای سرور است؟
RAID 10 که همچنین با نام RAID 1+0 شناخته می‌شود، یک فناوری ذخیره‌سازی داده مجازی است که از دیسک‌های متعدد استفاده می‌کند. RAID 10 disk mirroring (RAID 1) و disk striping (RAID 0) را ترکیب می‌کند و هر دو افزونگی (محافظت در برابر خرابی دیسک) و عملکرد بهبود یافته را فراهم می‌سازد. این سطح به یک گزینه اصلی برای سرورهای تجاری و سیستم‌های NAS که در آنها هم عملکرد و هم حفاظت از داده ضروری است، تبدیل شده است.
۳.۱. ساختار و نحوه کار RAID 10
RAID 10 به حداقل چهار دیسک نیاز دارد. نحوه کار به صورت زیر است:
- گروه‌بندی Mirror: دیسک‌ها به صورت جفت‌های آینه‌شده (RAID 1) گروه بندی می‌شوند.
- Striping: داده‌ها به صورت Striping در بین این جفت‌های آینه‌شده توزیع می‌شوند (RAID 0).
به عبارت ساده، داده‌ها همزمان برای افزایش سرعت تقسیم می‌شوند (Striping) و برای تامین ایمنی کپی می‌شوند (Mirroring).
۳.۲. مزیت‌های مهم RAID 10
۳.۲.۱. عملکرد استثنایی در خواندن و نوشتن
RAID 10 به دلیل عدم نیاز به محاسبه Parity، سرعت نوشتن بسیار بالایی دارد. عملیات خواندن نیز به دلیل دسترسی همزمان از دیسک‌های آینه، سریع و بهینه است. این ویژگی برای پایگاه‌های داده (Database) که عملیات I/O زیادی دارند، مهم است.
۳.۲.۲. تحمل خرابی بسیار قوی
RAID 10 دارای سطح بالایی از ایمنی است. مادامی که حداقل یک دیسک در هر جفت آینه سالم باقی بماند، آرایه از کار نخواهد افتاد. این سطح پایداری و دسترسی‌پذیری بالا (High Availability) را تضمین می‌کند.
۳.۲.۳. زمان بازسازی (Rebuild) سریعترین در میان تمام RAIDها
برخلاف RAID 5/6 که بازسازی انها ساعت‌ها یا حتی روزها طول می‌کشد و سرور را کند می‌کند، در RAID 10، بازسازی فقط شامل کپی کردن داده‌ها از دیسک آینه سالم به دیسک جدید است. این سرعت بالا، ریسک از دست رفتن اطلاعات را به حداقل می‌رساند و پایداری سرویس را افزایش می‌دهد.
۳.۳. تنها نقطه ضعف: هزینه بیشتر بخاطر ظرفیت
تنها نقطه ضعف RAID 10 این است که ۵۰ درصد از ظرفیت کل دیسک‌ها به Mirroring اختصاص می‌یابد، که استفاده از ظرفیت را ناکارامد می‌سازد. با این حال، در محیط‌های سروری که عملکرد و ایمنی بر هزینه ظرفیت ارجحیت دارد، این موضوع قابل چشم‌پوشی است.
۴. NVMe و RAID 10: زیرساخت سرور مجازی هتزنر
هنگامی که RAID 10 با درایوهای NVMe ترکیب می‌شود، عملکرد به بالاترین سطح خود می‌رسد. درایوهای NVMe سریعترین نوع SSD هستند که گلوگاه‌های سرعت را حذف کرده‌اند. ترکیب سرعت ذاتی NVMe با معماری Striping/Mirroring در RAID 10، یک زیرساخت ذخیره‌سازی فوق‌العاده سریع و بسیار مقاوم ایجاد می‌کند.
این همان زیرساختی است که ما در سرور مجازی دیتاسنتر هتزنر (Hetzner) ارائه شده به کار گرفته‌ایم. سرورهای ما در لوکیشن‌های آلمان، فنلاند، آمریکا و سنگاپور با هارد‌های NVMe در ساختار RAID 10، تضمین می‌کنند که اپلیکیشن‌ها و وبسایت‌های شما با حداکثر سرعت و پایداری اجرا شوند.
۵. مقایسه RAID 10 با سطوح دیگر
جدول زیر، مروری بر تفاوت‌های مهم بین سطوح مختلف RAID را نشان می‌دهد:
| ویژگی | RAID 0 | RAID 1 | RAID 5 | RAID 6 | RAID 10 |
|---|---|---|---|---|---|
| حداقل دیسک مورد نیاز | 2 | 2 | 3 | 4 | 4 |
| تحمل خرابی | ندارد | خرابی ۱ دیسک | خرابی ۱ دیسک | خرابی ۲ دیسک | خرابی ۱ دیسک در هر جفت آینه |
| عملکرد نوشتن | بالا | متوسط | پایین | بسیار پایین | بالا |
| عملکرد خواندن | بالا | بالا | بالا | متوسط | بسیار بالا |
| کارایی ظرفیت | ۱۰۰% | ۵۰% | کل منهای ۱ دیسک | کل منهای ۲ دیسک | ۵۰% |
| کاربرد اصلی | داده‌های موقت | سیستم عامل | وب سرورها (نوشتن کم) | آرشیوها، داده‌های حجیم | پایگاه‌های داده، VPS پرفروش، I/O بالا |
۶. RAID سخت‌افزاری در مقابل RAID نرم‌افزاری
پیاده‌سازی RAID به دو شکل اصلی صورت می‌گیرد که تفاوت انها در محل انجام محاسبات است:
| RAID سخت‌افزاری (Hardware RAID) | RAID نرم‌افزاری (Software RAID) |
|---|---|
| از یک کنترلر اختصاصی (RAID Card) برای مدیریت آرایه‌ها استفاده می‌کند. این کارت دارای حافظه کش و پردازنده مستقل است. | توسط نرم‌افزار و با استفاده از منابع محاسباتی CPU اصلی سرور مدیریت می‌شود. |
| عملکرد بهتر (چون بار محاسباتی از CPU اصلی سرور حذف شده است). | مصرف منابع CPU اصلی سرور (عملکرد کندتر از حالت سخت‌افزاری). |
| قابل اطمینان‌تر و انعطاف‌پذیرتر در محیط‌های پیچیده. | کم هزینه‌تر و آسان‌تر برای راه‌اندازی (با استفاده از ابزارهای داخلی سیستم عامل). |
| هزینه اولیه بالاتر به دلیل نیاز به سخت‌افزار اضافی. | هزینه اولیه پایین. |
سرعت و ایمنی داده را با RAID 10 تجربه کنید!
شما اکنون می‌دانید که چرا RAID 10 بهترین تعادل بین سرعت و افزونگی داده‌ها را برای زیرساخت سرور فراهم می‌کند. اگر به‌دنبال سرور مجازی هستید که در برابر خرابی سخت‌افزاری مقاوم باشد و عملکرد فوق‌سریع را برای وبسایت یا اپلیکیشن‌های حساس شما تضمین کند، ما زیرساخت NVMe با RAID 10 را برای شما فراهم کرده‌ایم. برای دیدن مشخصات سرورهای مجازی هتزنر ما، که از این تکنولوژی پیشرفته استفاده می‌کنند، کلیک کنید.
سوالات متداول درباره RAID و سرورهای پرسرعت
آیا RAID 10 جایگزین بکاپ (پشتیبان‌گیری) محسوب می‌شود؟
خیر، RAID 10 به هیچ وجه جایگزین بکاپ نیست. RAID 10 تنها یک راهکار افزونگی (Redundancy) است که از داده‌ها در برابر خرابی فیزیکی دیسک محافظت می‌کند. اگر یک فایل به صورت تصادفی حذف شود یا توسط یک ویروس آلوده گردد، آن فایل حذف شده یا آلوده به سرعت روی تمام دیسک‌های آینه نیز کپی می‌شود. بکاپ به معنای گرفتن یک کپی جداگانه از داده‌ها و ذخیره آن در مکانی کاملا متفاوت و ایزوله است تا در برابر خطاهایی مانند حذف تصادفی، حمله باج‌افزار یا بلایای طبیعی از آن محافظت کند.
آیا خرابی یک دیسک در RAID 10 منجر به از کار افتادن سرور می‌شود؟
خیر، این بزرگترین مزیت RAID 10 است. RAID 10 از ساختار آینه‌سازی (Mirroring) استفاده می‌کند، به این معنی که داده‌های شما حداقل روی یک دیسک دیگر به صورت تکراری ذخیره شده‌اند. در صورت خرابی یک دیسک:
- سرور همچنان با دیسک آینه سالم به کار خود ادامه می‌دهد.
- سیستم شروع به بازسازی (Rebuild) دیسک جدید می‌کند.
- زمان بازسازی در RAID 10 بسیار سریع است زیرا فقط کپی اطلاعات از دیسک آینه به دیسک جدید صورت می‌گیرد، نه محاسبه پیچیده Parity.
این ویژگی حداقل وقفه و بیشترین پایداری را برای سرویس شما تضمین می‌کند.
تفاوت اصلی RAID 10 با RAID 5 یا RAID 6 چیست؟
تفاوت اصلی در روش افزونگی است:
- RAID 5 و RAID 6: برای افزونگی از Parity (توازن) استفاده می‌کنند. این روش در مقایسه با Mirroring، فضای ذخیره‌سازی بیشتری را حفظ می‌کند اما نیازمند محاسبه‌های پیچیده در حین نوشتن است (که سرعت نوشتن را کاهش می‌دهد). مهم‌تر اینکه، زمان بازسازی دیسک‌های خراب در این سطوح طولانی و در این مدت، عملکرد سرور به شدت پایین می‌آید.
- RAID 10: برای افزونگی از Mirroring (آینه‌سازی) استفاده می‌کند. این روش ۵۰% از ظرفیت را فدا می‌کند، اما در مقابل، سرعت نوشتن فوق‌العاده‌ای دارد و زمان بازسازی آن بسیار سریع است، که برای سرورهای حساس به عملکرد، حیاتی است.
چرا استفاده از NVMe همراه با RAID 10 برای سرورهای VPS مزیت محسوب می‌شود؟
ترکیب NVMe و RAID 10 یک زیرساخت ذخیره‌سازی دو-وجهی ایجاد می‌کند:
- NVMe (سرعت پایه): درایوهای NVMe به طور ذاتی سریعترین نسل درایوهای SSD هستند که از باس PCIe استفاده می‌کنند و گلوگاه‌های قدیمی را حذف می‌کنند.
- RAID 10 (افزایش سرعت و پایداری): RAID 10 با Striping (باندسازی) داده‌ها روی چندین NVMe، سرعت خواندن/نوشتن را بالاتر می‌برد. همچنین با Mirroring، امنیت داده و به خصوص سرعت بازسازی را تضمین می‌کند.
نتیجه، یک سرور VPS با حداکثر سرعت در تبادل داده و بالاترین سطح پایداری و حداقل ریسک دان‌تایم ناشی از خرابی هارد است.
فهرست تیترها
نویسنده: ایرج زاهدی، بنیان‌گذار و معمار فنی بلوسرور. محتوای این مقالات بر پایه تجربه عملی در طراحی، پیاده‌سازی و مدیریت پروژه‌های متنوع میزبانی وب در ایران و خارج از کشور، در طول بیش از یک دهه فعالیت مداوم نوشته شده است. به عنوان متخصص در بهینه‌سازی عملکرد و عیب‌یابی سیستم‌های هاستینگ (از VPS تا هاست اشتراکی)، هدف من به اشتراک‌گذاری تجربیات و راهکارهای فنی است؛ همان دانشی که امروز ستون اصلی پایداری و کیفیت در سرویس‌های بلوسرور محسوب می‌شود.