RAID 10 الواحد الكبير – معيار جديد في تخزين الخوادم

في أواخر التسعينيات، كانت القاعدة الأساسية لبناء خادم جديد تقضي بوضع نظام التشغيل على مصفوفة RAID 1 خاصة وصغيرة، وفصل التطبيقات والبيانات في مصفوفة RAID 5 منفصلة. كان ذلك يُعمل به لأسباب عديدة، طواها الزمن ونسيها أكثرنا. وكانت العوامل الرئيسية الدافعة وراء ذلك أن سعة التخزين كانت باهظة التكلفة، والأقراص صغيرة الحجم، وكانت أنظمة الملفات تتعرض للتلف بصفة منتظمة، وكانت الأقراص الصلبة المادية تتعطل بمعدلات عالية جداً مقارنةً بأنواع الأعطال الأخرى. كان الناس مدفوعين بالحاجة إلى الحماية من أعطال الأقراص الصلبة المادية، والحماية من تلف أنظمة الملفات، واقتناء سعة تخزينية كافية لتلبية احتياجاتهم.

اليوم تغير مشهد التخزين تغيراً جذرياً. أصبحت أنظمة الملفات متينة للغاية، وبات تلفها الذاتي شبه مسموع به من الناحية النظرية، وبفضل تقنيات كالكتابة اليومية (Journalling)، يمكن في الغالب إصلاح أي تلف بسرعة وفاعلية مع حماية المستخدمين النهائيين من فقدان البيانات. لم يعد أحد يقلق من تلف أنظمة الملفات اليوم.

كما أصبحت أنظمة الملفات الحديثة قادرة على استيعاب سعات أكبر بكثير مما كانت تستوعبه في السابق. لم يكن من النادر في أواخر التسعينيات وأوائل الألفية الثالثة أن تتجاوز مصفوفة الأقراص في حجمها ما يمكن لأي نظام ملفات منفرد التعامل معه. أما اليوم فذلك لم يعد واقعياً، إذ تستوعب أنظمة الملفات الشائعة عدة تيرابايت على أقل تقدير، وكثيراً ما تصل إلى بيتابايت أو إكسابايت أو أكثر.

أصبحت الأقراص الصلبة أكثر موثوقية مما كانت عليه في أواخر التسعينيات. معدلات التعطل الكلي للأقراص منخفضة جداً حتى في الأقراص الأقل ثمناً. بل إن المخاوف المتعلقة بفشل المصفوفات (أي فقدان البيانات في مصفوفة RAID بالكامل) باتت تتمحور بصورة رئيسية حول تعطل المصفوفات بحد ذاتها، لا حول تعطل الأقراص الصلبة. لم نعد نستبدل الأقراص الصلبة باستهتار كما كنا نفعل. ومن غير المألوف اليوم أن تعمل مصفوفات كبيرة طوال عمرها الافتراضي دون أن تفقد قرصاً واحداً.

تضاعفت السعات تضاعفاً هائلاً. فبدلاً من الأقراص ذات السعة 4.3 جيجابايت، بات المعتاد تركيب أقراص بسعة 3 تيرابايت، أي ما يقارب ألف ضعف السعة على محور دوران واحد مقارنةً بأقل من خمسة عشر عاماً مضت.

تتضافر هذه العوامل معاً لتستوجب اعتماد منهجية مختلفة جذرياً في تصميم تخزين الخوادم، وتغيير "القاعدة الأساسية" المتعلقة بنقطة البداية عند تصميم التخزين.

يمكن التعبير عن المنهجية القديمة بالصيغة RAID 1 + RAID 5، حيث كانت مساحة RAID 1 مخصصة لنظام التشغيل، فيما كانت مساحة RAID 5 الأكبر حجماً في الغالب مخصصة للبيانات والتطبيقات. كان هذا التصميم يفصل بين مصدري التخزين، مع إيلاء أقصى قدر من الحماية لنظام التشغيل (الذي كان يصعب استعادته عند حدوث كارثة، وكانت البيانات تعتمد عليه للوصول إليها) من خلال RAID 1 العالي الموثوقية. أما RAID 5 الأقل تكلفةً والأعلى مخاطرةً نسبياً، فكان يُختار في الغالب للبيانات لأن تكلفة تخزين البيانات على RAID 1 كانت مرتفعة في معظم الحالات. كان ذلك مقايضةً منطقية في وقتها.

اليوم، في ظل اهتمامات مختلفة تماماً، ثمة حاجة إلى منهجية جديدة، تُعرف بـ"RAID 10 الواحد الكبير"، أي مصفوفة RAID 10 واحدة كبيرة تحتوي على نظام التشغيل والتطبيقات والبيانات معاً. بالطبع هذا مجرد تعبير اصطلاحي مريح؛ ففي نظام لا يتطلب أداءً أو سعةً تتجاوز ما يوفره قرص واحد، يُقال "RAID 1 الواحد الكبير"، غير أن كثيرين يُدرجون RAID 1 ضمن مجموعة RAID 10، فيصبح الأول أيسر استخداماً.

واختصاراً لهذا المصطلح، نستخدم الاختصار OBR10.

نظراً لانخفاض تكلفة التخزين انخفاضاً ملحوظاً وتحوله من مورد شحيح إلى مورد وفير في الغالب، ولمتانة أنظمة الملفات الفائقة، ولتشابه خصائص أداء RAID 1 وRAID 10، ولتحول أسباب فشل المصفوفات من حالات هامشية إلى مصادر رئيسية لفقدان البيانات، أصبح التحول إلى RAID 10 والتخلي عن تقسيم المصفوفات هو المنهجية الجديدة المعيارية.

مع RAID 10، أصبح بإمكاننا الآن توفير التخزين عالي التوفر والمرونة الذي كان مقتصراً في السابق على نظام التشغيل لجميع بياناتنا. نحصل على مزايا أداء RAID بالمرايا إلى جانب مزايا محاور الدوران الإضافية لكل بياناتنا. كما نحصل على استخدام أفضل لسعة الأقراص وأداء أعلى ناتج عن هذا الاستخدام المحسّن.

حتى الفصل التقليدي لملفات السجل الذي كان يُجرى مع قواعد البيانات (المنهجية الشهيرة RAID 1 + RAID 5 + RAID 1) لم يعد ضرورياً، لأن RAID 10 يحافظ على خصائص الأداء المثلى عبر جميع البيانات. مع RAID 10، نتخلص من كل المبررات التي كانت تدفعنا إلى تقسيم المصفوفات.

العامل الوحيد الجوهري الذي لم يُذكر، والذي كان يُرى تقليدياً في صالح تقسيم المصفوفات، هو التنازع على الوصول – أي حاجة عمليات مختلفة إلى الوصول إلى أجزاء مختلفة من القرص في آنٍ واحد، مما يُجبر رأس القرص على التحرك بنمط غير مثالي يُقلل من أداء القرص. كان التنازع عاملاً بالغ الأثر في أواخر التسعينيات حين وُضعت القاعدة الأساسية القديمة.

اليوم، لا يزال التنازع على الأقراص قائماً لكنه خُفف بدرجة كبيرة بفضل استخدام ذاكرات التخزين المؤقت (Cache) الكبيرة لـRAID. في أواخر التسعينيات كانت ذاكرات التخزين المؤقت للأقراص بضعة ميجابايت في أحسن الأحوال، أو معدومة في أحيان كثيرة. أما اليوم فإن 256 ميجابايت تُعد ذاكرة تخزين مؤقت صغيرة، والمعتاد في متوسط الخوادم نشرها بذاكرة تخزين مؤقت تتراوح بين 1 و2 جيجابايت على بطاقة RAID وحدها. وبعض الأنظمة بدأت في دمج ذاكرات تخزين مؤقت إضافية مستندة إلى محركات الأقراص الصلبة الحالة (SSD) لإضافة طبقة تخزين مؤقت ثانوية تتجاوز ذاكرة التخزين المؤقت على وحدة التحكم. يمكن لهذه الذاكرات أن تضيف بسهولة مئات الجيجابايت من ذاكرة التخزين المؤقت فائقة السرعة القادرة على استيعاب أي عمليات على محور الدوران دون الحاجة إلى القلق من التنازع. وهكذا حُلت مشكلة التنازع بطرق أخرى على مر السنين، وكذلك التغييرات التكنولوجية الأخرى التي أعفتنا فعلياً من المخاوف التقليدية التي كانت تستوجب تقسيم المصفوفات.

وعلى غرار التنازع على المصفوفات، ثمة سبب آخر أقل شيوعاً بكثير كان يدفع إلى تقسيم المصفوفات في أواخر التسعينيات، وهو تحسين أداء ناقل الاتصالات بسبب قيود تقنيتي SCSI وATA في تلك الحقبة. وقد زالت هذه القيود أيضاً مع التحول إلى آليات الاتصال التسلسلي، SAS وSATA، في المصفوفات الحديثة. لم نعد مقيدين بسعة ناقل واحد لكل مصفوفة، ويمكننا التوسع بشكل أكبر وبمرونة أعلى مما كان متاحاً في السابق. تلاشى التنازع على الناقل بصورة شبه كاملة.

إذا كانت ثمة حاجة إلى عزل مساحة معينة للحماية، كاحتواء نمو ملفات السجل، فيمكن تحقيق ذلك من خلال التجزئة (Partitioning) بدلاً من التقسيم المادي للمصفوفة. بوجه عام، ستحرص على تقليل التجزئة لأنها تزيد من الحمل الزائد وتُقلل من قدرة الأقراص على ضبط نفسها، لكن ثمة حالات تكون فيها الأسلوب الأفضل. غير أنها لا تستلزم تقسيم التخزين المادي الأساسي كما كان معتاداً. وأفضل من التجزئة، عند توفره، هو إدارة الأقراص المنطقية (Logical Volume Management) التي توفر فصلاً مشابهاً للأقسام دون قيودها.

وفي نهاية المطاف، فإن القاعدة الجديدة لتخزين الخوادم هي "RAID 10 الواحد الكبير". لا مزيد من RAID 5، ولا مزيد من تقسيم المصفوفات. الأمر يتعلق بالموثوقية والأداء وسهولة الإدارة والفاعلية من حيث التكلفة. كمثيلاتها من القواعد العامة، لا تسري هذه القاعدة على كل حالة بعينها، لكنها تسري بشكل أوسع بكثير مما كان عليه المعيار القديم. كان RAID 1 + RAID 5 بوصفه معياراً محاولةً دائماً لـ"التكيف" مع شيء غير مرغوب فيه والاستفادة القصوى من وضع صعب. أما OBR10 فليس كذلك. المعيار الجديد معيار مرغوب فيه – إنه الطريقة التي نريد فعلاً العمل بها، وليس شيئاً وجدنا أنفسنا "مضطرين" إليه.

عند تصميم التخزين لخادم جديد، ابدأ بـOBR10 ولا تبتعد عنه إلا حين لا يلبي بصورة محددة احتياجاتك التقنية. لا ينبغي أن تضطر إلى تبرير استخدام OBR10، بل ينبغي تبرير عدم استخدامه فقط.