RAID البرمجي والمادي

تُنفَّذ أنظمة RAID (المصفوفة الزائدة للأقراص غير المكلفة) بإحدى طريقتين أساسيتين: برمجياً أو عبر عتاد مخصص. كلا الأسلوبين قابل للتطبيق بشكل كامل ولكل منهما مزاياه.

في قطاع الشركات الصغيرة والمتوسطة، حيث تهيمن الأنظمة المبنية على معمارية Intel وAMD وأنظمة تشغيل Windows، أصبح RAID المادي شائعاً جداً حتى نشأ كثير من اللبس حول RAID البرمجي، يعود جزء منه – كما سنرى – بصورة رئيسية إلى انتشار منتجات RAID برمجية احتيالية تُسوَّق على أنها عتاد مخصص وتُعرف شعبياً بـ “Fake RAID”.

عند تطوير RAID في البداية، كان يُستخدم برمجياً على خوادم مؤسسية عالية الجودة تشغّل أنظمة UNIX مملوكة، حيث كانت الأنظمة شديدة الاستقرار والعتاد قوياً ومتيناً للغاية مما جعل RAID البرمجي يعمل بكفاءة عالية. كان RAID المبكر يركز أساساً على RAID المرآة أو RAID التكافؤ البسيط جداً (كـ RAID 2) الذي يستلزم حملاً إضافياً محدوداً.

مع تمدد الحاجة إلى RAID نحو فضاء الخوادم الأصغر وتنامي شعبية RAID التكافؤ الذي يستلزم قدرة معالجة أكبر، أصبح عبء المعالجة مشكلة حقيقية؛ إذ كانت المعالجات ضعيفة الأداء في فضاء x86 تتأثر بشكل ملحوظ بالحمل الحسابي لـ RAID، ولا سيما RAID 5. وقد أفضى هذا، إلى جانب شُح أنظمة التشغيل المزودة بتنفيذات RAID برمجية على هذه المنصات، إلى التطور الطبيعي لـ RAID المادي – لوحة معالج إضافية (مشابهة لـ GPU في مجال الرسومات) تضم حاسوباً كاملاً بمعالجه وذاكرته وبرامجه الثابتة الخاصة.

أدى RAID المادي دوره بكفاءة عالية في حل مشكلة العبء الإضافي لـ RAID في فضاء خوادم x86. ومع ازدياد قوة المعالجات وتوافر الذاكرة، بدأت أنظمة التشغيل الشائعة لـ x86 كـ Windows Server في تقديم خيارات RAID البرمجي. غير أن RAID البرمجي في Windows كان يُعدّ تنفيذاً رديئاً ولم يكن متاحاً إلا في إصدارات نظام التشغيل للخوادم، مما أوجد انعدام تقدير واسع لـ RAID البرمجي في مجتمع مديري الأنظمة العاملين بصورة رئيسية مع Windows.

بسبب التطبيقات التاريخية في فضاء خوادم المؤسسات وفضاء x86 التجاري، نشأ فصل طبيعي بين السوقين استند في البداية إلى التقنية ثم أصبح أيديولوجياً بحتاً. إذا تحدثت إلى مدير أنظمة في الفضاء التجاري فستسمع شبه إجماع بأن RAID المادي هو الخيار الوحيد. وعلى النقيض، إذا تحدثت إلى مدير أنظمة في مجال الخوادم المبنية على معمارية RISC (Sparc, Power, ARM) أو EPIC (Itanium)، فستجد الدهشة سائدة لأن RAID المادي غير متاح لهذه الأصناف من الأنظمة – إذ يُعدّ RAID البرمجي أمراً بديهياً فيها. يبدو أن أياً من المعسكرين لا يمتلك معرفة حقيقية بوضع الآخر، وكانت مشاركة مجموعات المهارات بين هذين العالمين نادرة نسبياً حتى وقت قريب حين بدأت منصات UNIX المؤسسية كـ Linux وSolaris وFreeBSD تكتسب شعبية واسعة وفهماً أعمق على منصات العتاد التجاري.

وفي خضم هذا الغموض في فضاء الخوادم التجارية، ولملء الفراغ الذي خلّفه غياب RAID البرمجي من المورد المهيمن لأنظمة التشغيل في السوق غير الخادومي، ومحاولةً للتسويق لشريحة مستهدفة أقل دراية تقنية، شرع عدد كبير من الموردين في بيع بطاقات تحكم لا تدعم RAID فعلياً مرفقةً بـ “مشغّل” هو في حقيقته برنامج RAID، مدّعين أن المنتج الناتج هو RAID مادي حقيقي. وقد خلّف ذلك في أحسن الأحوال قدراً كبيراً من الارتباك، وفي أسوأها ازدراءً شديداً لـ RAID البرمجي؛ إذ إن أي منظومة يعتمد وظيفتها الجوهرية على حماية البيانات وتقوم سوقها على الخداع والتضليل ستُفضي حتماً إلى كوارث. وكثيراً ما تعاني أنظمة Fake RAID من مشكلات في الأداء والموثوقية. ومع أن برنامج RAID خارجي من طرف ثالث قد يبدو خياراً معقولاً من الناحية النظرية، فإن واقع سوق RAID البرمجي يُظهر أن جميع تنفيذات RAID البرمجي عالية الجودة هي مكوّنات أصلية إما لنظام التشغيل ذاته (Linux, Mac OSX, Solaris, Windows) أو لنظام الملفات (ZFS, VxFS, BtrFS) وتوفرها وتصونها الجهات الأولية، مما يُضيّق المجال أمام منتجات الطرف الثالث خارج بيئة سطح مكتب Windows حيث يوجد عدد محدود من منتجات RAID برمجي شرعية من أطراف ثالثة، وإن كانت تُطغى عليها في كثير من الأحيان منتجات Fake RAID.

اليوم بالكاد ثمة حاجة لـ RAID المادي إذ أصبحت المنصات التجارية قوية للغاية وهناك دائماً فائض كبير من موارد الحوسبة والذاكرة. وبات RAID المادي يتنافس أساساً على أساس المزايا لا على أساس تخفيف عبء الموارد. وإن الاختيار بين RAID المادي والبرمجي في فضاء الخوادم التجارية هو في معظمه مسألة تفضيل وزخم سوقي لا مسألة أداء أو مزايا محددة – فكلا النظامين متكافئان جوهرياً، والتطبيقات الفردية أهم بكثير في تقييم خيارات المنتجات من الفارق بين المقاربة المادية والبرمجية بحد ذاتهما.

تميل عروض RAID المادي اليوم إلى كونها أكثر “عمومية” مع تنفيذات تقليدية لمستويات RAID القياسية. يميل RAID المادي عادةً إلى تحقيق قيمته عبر: تخفيف استهلاك الموارد (إلغاء تحميل المعالج والذاكرة)، والقدرة على “الاستبدال العمياء” للأقراص المعطوبة، وتبسيط إدارة التخزين، والتجريد المستقل عن نظام التشغيل على مستوى الكتلة، والذاكرة المؤقتة السريعة القريبة من الأقراص والمدعومة ببطارية أو فلاش. بينما يميل RAID البرمجي عادةً إلى تحقيق قيمته عبر: انخفاض استهلاك الطاقة، وتدني تكلفة الاقتناء، والتكامل مع إدارة نظام التشغيل، والمزايا الفريدة أو المتقدمة في RAID (كـ RAIDZ في ZFS الذي لا يعاني من ثغرة الكتابة القياسية في RAID 5)، وأداء إجمالي أفضل في الغالب. إنها فعلاً ليست مسألة أفضل أو أسوأ بشكل مطلق، بل مسألة أفضل أو أسوأ لحالة محددة جداً، وكثيراً ما يكون العامل الأهم هو الإلمام والراحة و/أو ما يقدمه المورد الافتراضي.

من أكثر الفوارق إغفالاً – وأهمها – بين RAID المادي والبرمجي هو التغيير في دور الوظيفة المرتبط بإدارة مصفوفة RAID. إذ ينقل RAID المادي التعامل مع المصفوفة إلى مدير الخادم (الدور الداعم الذي يعمل على الخادم المادي ويتمركز في مركز البيانات)، بينما ينقل RAID البرمجي التعامل مع المصفوفة إلى مدير النظام (الدور الداعم الذي يعمل على مستوى نظام التشغيل وما فوقه ونادراً ما يجلس في مركز البيانات). في سوق الشركات الصغيرة والمتوسطة قد يُتجاهل هذا العامل تماماً، لكن في شركة Fortune 500 قد يكون الفارق في دور الوظيفة بالغ الأهمية. في حالات كثيرة مع RAID المادي يمكن استبدال الأقراص وإعداد النظام دون الحاجة إلى تدخل مدير النظام. إذ يستطيع مديرو خوادم مراكز البيانات اكتشاف الأقراص المعطوبة إما عبر التنبيهات أو بالبحث عن “الأضواء العنبرية” خلال جولات المراقبة واستبدالها في الحال دون الحاجة إلى التواصل مع أحد أو معرفة ما يشغّله الخادم أصلاً. أما RAID البرمجي فيستلزم دائماً تقريباً تدخل مدير النظام في إدارة إيقاف تشغيل القرص المعطوب وتنسيق عملية الاستبدال مع مركز البيانات وتشغيل القرص الجديد بمجرد اكتمال عملية الاستبدال.

بسبب آليات إلغاء تحميل المعالج والأداء، ولبعض المزايا في الطريقة التي تتعامل بها تنفيذات RAID غير القياسية في كثير من الأحيان مع إعادة بناء RAID التكافؤ، تميل مستويات RAID المرآة إلى تفضيل RAID المادي فيما تميل مستويات RAID البرمجي إلى تفضيل RAID التكافؤ. إن RAID التكافؤ أكثر كثافة في استهلاك المعالج بشكل ملحوظ، ومن ثَمّ فإن إمكانية الوصول إلى موارد المعالج المركزي الأكثر قوة قد تكون عاملاً حاسماً في تسريع حسابات RAID. لكن مع RAID المرآة حيث تكون إعادة بناء RAID أكثر أماناً بكثير مقارنةً بـ RAID التكافؤ وحيث تكون عمليات إعادة البناء التلقائية أكثر أهمية، يُبرز RAID المادي ميزة السماح باستبدال الأقراص بصورة عمياء بكل سهولة.

جانب متناقض بشكل لافت في نقاش RAID المادي والبرمجي هو أن السوق ذاتها التي كثيراً ما ترفض RAID البرمجي رفضاً قاطعاً باعتباره أدنى مستوى من RAID المادي تتداخل بشكل شبه تام (يمكنك تصور مخطط فين في ذهنك) مع السوق التي ترى أن خوادم الملفات أدنى شأناً من أجهزة NAS التجارية، مع أن تلك الأجهزة في نطاق الشركات الصغيرة والمتوسطة مبنية شبه كلياً على تنفيذات RAID البرمجي ذاتها التي تُقدَّم باستهانة. وهكذا يُعدّ في آنٍ واحد أدنى شأناً وأعلى شأناً. من أجهزة NAS وبرامج NAS البرمجية في نطاق الشركات الصغيرة والمتوسطة المبنية على RAID البرمجي: Netgear ReadyNAS وNetgear ReadyData وBuffalo Terastation وQNAP وSynology وOpenFiler وFreeNAS وNexenta وNAS4Free.

لا يوجد فعلاً “استخدم أحدهما دائماً” مع RAID المادي والبرمجي. حتى أجهزة NAS وSAN المؤسسية ذات الستة أرقام لم تحسم أمرها بعد، مع ذهاب جزء من الصناعة نحو كل اتجاه. الجواب الحقيقي هو أنه يعتمد على وضعك المحدد – انفصال أدوار العمل لديك، ومتطلباتك التقنية، وخبرتك، وميزانيتك، وما إلى ذلك. كلا الخيارين قابل للتطبيق بشكل كامل في أي منظمة.