تاريخ تقسيم المصفوفات
نشأ كثير من المعرفة النمطية في مجال تقنية المعلومات، لا سيما في مجال الشركات الصغيرة والمتوسطة (SMB)، في أواخر التسعينيات استناداً إلى عوامل متعددة. أبرز هذه العوامل أن الشركات الأصغر فأصغر كانت تتهافت على التحوسب فجأةً، وأن Microsoft أوصلت Windows NT 4 إلى مستوى من الاستقرار أصبح معه قاعدة موحدة تتمحور حولها جميع تقنيات معلومات الشركات الصغيرة والمتوسطة، وأن حقبة الإنترنت قد رسّخت أقدامها أخيراً، وأن Microsoft أطلقت برامج الاعتماد والتدريب التي أعادت تشكيل آليات نشر المعرفة في الصناعة. أفضى ذلك مجتمعاً إلى إيجاد حاجة ماسّة لتدريب جديد وأفضل الممارسات، وتسبّب في موجة ضخمة من التفكير والكتابة والتوثيق والتدريب وأفضل الممارسات والقواعد الإرشادية وغيرها.
لسنوات قليلة تقريباً، دُرِّب الميدان بأسره على نفس المجموعة الضيقة من المعرفة، وكثيراً ما أصبحت القواعد الإرشادية معايير واقعية، وتعلّم الكثير من المعرفة في ذلك الوقت عن ظهر قلب ونُقلت من الموجّه إلى المتدرب في دورة نقلت كثيراً من المعرفة التقنية لعام 1998 إلى عمليات عام 2012 المُسلَّم بها وغير القابلة للنقاش. كان ذلك فعّالاً في حينه لأن الممارسات كانت وجيهة، لكن مرّ على ذلك خمسة عشر عاماً، وقد تغيّرت التقنية والاقتصاد وحالات الاستخدام والمعرفة تغيّراً ملحوظاً منذ ذلك الحين.
أحد أبلغ الأمثلة على ذلك كانت توصية Microsoft SQL Server الشهيرة بـ RAID 1 لنظام التشغيل، وRAID 5 لملفات قاعدة البيانات، وRAID 1 آخر للسجلات. صمد هذا الإعداد قرابة العمر الكامل للمنتج، وروّج له بشكل واسع لدرجة أنه امتد إلى كل جوانب تصميم الخوادم تقريباً في قطاع الشركات الصغيرة والمتوسطة. إن استخدام RAID 1 لنظام التشغيل وRAID 5 للبيانات شائع جداً لدرجة أنه يُفترض في الغالب دون أي تفكير في سبب هذه التوصية في حينها.
لنستقصِ التاريخ ونرى لماذا كانت R1/5/1 جيدة في عام 1998 ولماذا لا ينبغي أن تُستخدم اليوم. ضع في اعتبارك بعض المنظور؛ إن الفجوة بين صدور هذه التوصيات أول مرة (منذ عام 1995) ومقارنتها باليوم هائلة. ارجع ذهنياً إلى عام 1995 وفكّر في الفجوة المعادلة في ذلك الوقت. كان ذلك كاستخدام توصيات في فجر الإنترنت استناداً إلى احتياجات الحوسبة المنزلية لأوائل مالكي أجهزة Apple ][! كانت حقبة الحاسب المنزلي 8 بت تبدأ للتو عام 1978. كانت Commodore لا تزال على بُعد عامين من إطلاق أول حاسب منزلي لها (VIC-20)، وستمر بكل حقبة Commodore وCommodore Amiga بأكملها وتُفلس وتختفي كلياً قبل عام 1995. كان Apple ][+ لا يزال على بعد عام. كان الناس على وشك البدء باستخدام محركات كاسيت تماثلية للتخزين. كانت COBOL وFortran هما لغتا الأعمال الجادة الوحيدتان المستخدمتان. بإيجاز، الفجوة هائلة. الأمور تتغير.
أولاً، نحتاج إلى النظر في العوامل القائمة في أواخر التسعينيات التي أفرزت الحاجة إلى إعدادنا التاريخي.
- كانت الأقراص صغيرة، صغيرة جداً. ربما كانت مصفوفة قاعدة بيانات كبيرة تتألف من أربعة أقراص SCSI سعة 2.1 غيغابايت في مصفوفة R5 لتوفير ما يقارب 6 غيغابايت فحسب من مساحة قابلة للاستخدام على مصفوفة واحدة. كان نطاق الفشل لـ RAID التكافئي ضيقاً (مقارنةً بمعدلات فشل URE).
- كانت تقنيات توصيل الأقراص متوازية وبطيئة. كانت الأقراص الصلبة في ذلك الوقت أبطأ قليلاً فقط من الأقراص اليوم، لكن تقنيات التوصيل كانت تمثل اختناقاً ملحوظاً. كان من الشائع تقسيم حركة البيانات للحد من اختناقات الناقل.
- كانت تقنية محركات SCSI هي الوحيدة المستخدمة في الخوادم. كان استخدام PATA (التي كانت تُعرف حينها بـ IDE) في خادم أمراً لا يُفكَّر فيه.
- كانت الأقراص مكلفة بالغيغابايت، لذا كان توفير التكلفة مع الحفاظ على السعة المسألة الجوهرية لجميع الشركات تقريباً.
- كانت أنظمة الملفات هشّة وتخفق أكثر مما تخفق الأقراص.
- كانت RAID الصلبة ضرورية، ولم تكن متاحة إلا مستويات RAID الأساسية وهي 1 و5 بشكل شائع. كانت RAID 6 وRAID 10 لا تزال سنوات بعيدة عن إمكانية وصول معظم الشركات إليها. يُستثنى RAID 0 إذ لا يوفر تكراراً.
- نادراً ما كانت أنظمة التخزين مشتركة بين الخوادم، لذا كان الوصول مخصصاً دائماً تقريباً لطابور طلبات واحدة.
- كانت ذاكرات تخزين التخزين المؤقت صغيرة أو غير موجودة، مما جعل قيود الوصول إلى الأقراص تنتقل مباشرة إلى نظام التشغيل. هذا يعني الحاجة إلى مصفوفات مختلفة بخصائص مختلفة للتعامل مع أنماط مختلفة من القراءة/الكتابة أو الوصول العشوائي/التسلسلي.
- كان فشل الأقراص شائعاً وكان الشغل الشاغل الرئيسي في تصميم أنظمة التخزين.
- كثيراً ما كان حجم مصفوفة الأقراص محدوداً بقيود فيزيائية، لذا كانت قرارات تقسيم المصفوفات تُتخذ في الغالب اضطراراً لا اختياراً.
- أفضى تضافر العوامل أعلاه إلى أن RAID 1 كان الأفضل لبعض أجزاء النظام حيث كان الحجم الصغير مقبولاً والوصول شديد التسلسلية أو ثقيل الكتابة، بينما كان RAID 5 الأفضل لأجزاء أخرى حيث تفوق السعة الموثوقية ويكون الوصول عشوائياً للغاية وثقيل القراءة.
في العقدين اللذين مضيا منذ صدور التوصيات الأصلية، تغيّرت جميع هذه العوامل. في بعض الحالات كانت التغيّرات متتالية، حيث أفضى التحوّل من RAID 5 للاستخدام العام إلى RAID 10 للاستخدام العام إلى جعل نوعَي المصفوفة الشائعَين – RAID 1 وRAID 10 – يتشاركان خصائص الوصول، فانتفت الحاجة أو الرغبة في استخدام أحدهما دون الآخر بحسب نوع الحمل.
- أصبحت الأقراص ضخمة جداً. بدلاً من الكفاح لاستيعاب ما نحتاجه، أصبح لدينا عموماً سعة فائضة. الأقراص الفردية التي تتجاوز التيرابايت شائعة، حتى في الخوادم. نطاقات الفشل التكافئي هائلة (مقارنةً بمعدلات فشل URE).
- أصبحت توصيلات الأقراص تسلسلية وسريعة. لم تعد توصيلات الأقراص تمثل اختناقاً.
- أصبح SATA شائعاً في الخوادم مما يُفضي إلى مخاطر محتملة لـ URE لم تكن موجودة سابقاً.
- أصبحت السعة رخيصة، لكن الأداء والموثوقية باتا الشاغلَين الرئيسيَّين للإنفاق.
- أصبحت أنظمة الملفات متينة للغاية اليوم، وأصبحت إخفاقاتها “ضجيجاً خلفياً” في صورة موثوقية المصفوفات الأشمل.
- كل من RAID الصلبة والبرمجية متاحة اليوم وتشمل مستويات RAID المتاحة خيارات كثيرة، لكن الأهم أن RAID 10 متاحة في كل مكان.
- أصبح التخزين مشتركاً على نطاق واسع مما يجعل الوصول التسلسلي أقل شيوعاً.
- أصبحت ذاكرات التخزين المؤقت شائعة وكثيراً ما تكون كبيرة جداً. تُعدّ ذاكرات التخزين المؤقت بسعة 512 ميغابايت وغيغابايت واحد طبيعية اليوم، مما يجعل كثيراً من مصفوفات 1995 تستوعب كلياً في الذاكرة على وحدة تحكم RAID اليوم. مع النمو السريع لذاكرات التخزين المؤقت مقارنةً بسعة التخزين وإضافة محركات الحالة الصلبة كـ L2 cache في تخزين السنتين الماضيتين، ليس من المستبعد أن يتوفر لشركة صغيرة قواعد بيانات وتطبيقات حساسة للأداء تعمل كلياً من ذاكرة التخزين المؤقت.
- أصبح فشل الأقراص نادراً واهتماماً ثانوياً في تصميم أنظمة التخزين (مقارنةً بأنواع أخرى من الإخفاقات).
- نادراً ما يُقيَّد حجم مصفوفة الأقراص بقيود فيزيائية.
- إن استخدام RAID 1 وRAID 10 بوصفهما نوعَي المصفوفة الرئيسيَّين اليوم يعني انعدام الفائدة من استخدام مستويات مصفوفات مختلفة لضبط الأداء.
تُبرز هذه العوامل لماذا كان نظام المصفوفة المقسّمة لعام 1995 منطقياً تماماً في حينه ولماذا لا معنى له اليوم. كان OBR10، المعيار الحالي، غير متاح في ذلك الوقت وباهظ التكلفة. كان RAID 5 آمناً نسبياً عام 1995، لكن ليس اليوم. كل عامل تقريباً في عملية القرار قد تغيّر جذرياً في السبعة عشر عاماً الماضية، وسيستمر التغيّر مع انتشار أجهزة SSD واستخدام الطبقات التلقائية، وذاكرات التخزين المؤقت الأكبر، وأنظمة التخزين الكاملة على SSD.
يُسلّط التغيّر في تصميم التخزين على مدى العقدين الماضيين الضوء أيضاً على المخاطر التي تواجهها تقنية المعلومات حين يتعلم جزء كبير من الميدان، كما هو شائع في الهندسة، “القواعد الإرشادية” الأساسية أو “أفضل الممارسات” دون إدراك المبادئ الكامنة التي تقود تلك القرارات، مما يُصعّب معرفة متى لا تُطبَّق تلك الممارسات أو، الأهم، متى يُدرَك أن القاعدة لم تعد سارية. على خلاف الهندسة الميكانيكية أو المدنية التقليدية حيث قد تحدث تطورات جديدة وتغيّرات جوهرية مرة واحدة أو ربما أبداً خلال المسيرة المهنية، لا تزال تقنية المعلومات تتغيّر بسرعة كافية تستوجب “إعادة التفكير” الكاملة في القواعد الإرشادية الأساسية عدة مرات خلال المسيرة المهنية. ليس بالضرورة سنوياً، لكن مرة كل عقد أو أكثر يكاد يكون دائماً ضرورياً.
التحوّل الحالي من المعالجة الأحادية إلى بُنى متعددة الخيوط هو تغيّر جوهري مماثل يستلزم من ميدان تقنية المعلومات تغيير أسلوب تصميم الأنظمة كلياً.
إعلان
