مقارنة بين RAID 10 و RAID 01

كثيرًا ما يثير هذان المستويان من RAID قدرًا هائلًا من الالتباس، جزئيًا لأنهما يُستخدمان بالتبادل بشكل خاطئ، وغالبًا لأنهما ببساطة غير مفهومَين بشكل جيد.

أولًا، تجدر الإشارة إلى أن كلًا منهما قد يُكتب بإشارة الجمع أو بدونها: فـ RAID 10 هو RAID 1+0 و RAID 01 هو RAID 0+1. والغريب أن RAID 10 لا يُكتب تقريبًا أبدًا بإشارة الجمع، في حين أن RAID 01 لا يُكتب تقريبًا أبدًا بدونها. يتفق مهندسو التخزين عمومًا على أن إشارة الجمع لا تُستخدم لأنها زائدة عن الحاجة.

كلا مستويَي RAID هذين مستويان "مركّبان" مكوّنان من دمج نوعين مختلفين من RAID البسيطة. وكلاهما مبنيان على المرايا وليس على تقنية التحقق من التكافؤ. وتتشابه خصائص أدائهما تشابهًا كبيرًا: حمل إضافي ضئيل وزمن استجابة منخفض مع سرعة قراءة تساوي NX وسرعة كتابة تساوي (NX)/2، حيث N هو عدد الأقراص في المصفوفة و X هو أداء القرص الفردي.

ما يميّز المستويين هو طريقة تعاملهما مع فشل الأقراص. الخلاصة السريعة هي أن RAID 10 آمن للغاية في جميع السيناريوهات المعقولة تقريبًا. أما RAID 01 فتزداد مخاطره بسرعة مع ازدياد حجم المصفوفة.

في RAID 10، يؤدي فقدان أي قرص واحد إلى تدهور مجموعة RAID 1 مفردة داخل شريط RAID 0. لا يتأثر مستوى الشريط، بل تتأثر مرآة RAID 1 الواحدة فحسب. وتبقى جميع المرايا الأخرى سليمة. هذا يعني أن تعرّضنا الوحيد لمزيد من الخطر هو ذلك القرص الواحد الذي يعمل الآن بلا تكرار وبلا حماية. وتحتفظ جميع مجموعات المرايا الأخرى بحمايتها الكاملة. أي إن ما يتعرض للخطر هو قرص واحد غير محمي، تمامًا كما هو الحال في جهاز كمبيوتر مكتبي.

إصلاح المصفوفة في حالة تدهور RAID 10 هو أسرع سيناريو إصلاح ممكن. عند استبدال قرص فاشل، كل ما يحدث هو إعادة بناء تلك المرآة الواحدة فحسب، وهي عملية نسخ بسيطة تجري على مستوى RAID 1 تحت شريط RAID 0. هذا يعني أنه إذا كانت المصفوفة الكلية خاملة، فيمكن لعملية النسخ المرآتي أن تتقدم بأقصى سرعة دون أن تشعر المصفوفة الكلية بذلك. النسخ المرآتي من قرص إلى قرص سريع وفعّال وموثوق للغاية. حتى لو تدهورت عدة مرايا في وقت واحد وجرى إصلاحها معًا، فلا يوجد تأثير إضافي إذ لا يؤثر إعادة بناء إحداهما على الأخريات. مخاطر RAID 10 وتأثير الإصلاح يتوسعان بشكل ممتاز.

أما RAID 01، فعند فقدانه لقرص واحد يفقد على الفور شريط RAID 0 بأكمله. في مصفوفة RAID 01 نموذجية توجد شريطا RAID 0. هذا يعني أن نصف المصفوفة بأكملها قد فشل. وإذا كنا نتحدث عن مصفوفة RAID 01 من ثمانية أقراص، فإن فشل قرص واحد يجعل أربعة أقراص غير قابلة للعمل فورًا (لا يحتاج الجهاز إلى الاستبدال لكن البيانات الموجودة على الأقراص قديمة ويجب إعادة بنائها لتكون مفيدة). لذا من منظور المخاطر، يمكن النظر إليه باعتباره فشلًا للشريط بأكمله.

ما يتبقى بعد فشل قرص واحد ليس إلا شريط RAID 0 واحد غير محمي. وهذا أكثر خطورة بكثير من الفشل المكافئ في RAID 10، لأنه بدلًا من وجود قرص صلب واحد معزول في خطر، أصبح هناك حدٌّ أدنى من قرصين وربما أكثر في خطر، وكل قرص يتعرض لهذا الخطر يضاعفه بشكل كبير.

كمثال، في أصغر مصفوفة RAID 10 أو RAID 01 ممكنة لدينا أربعة أقراص. في RAID 10 إذا فشل قرص واحد، فإن الخطر يكمن في أن شريكه الملائم قد يفشل أيضًا قبل إعادة بناء المصفوفة. نحن نخشى فقط على ذلك القرص الواحد، وبقية الأقراص في مجموعة RAID 10 لا تزال محمية وآمنة. في مصفوفة RAID 01، عندما يفشل القرص الأول، يصبح شريكه في مجموعة RAID 0 بلا فائدة وكأنه قد فشل أيضًا لأنه لم يعد قابلًا للعمل في المصفوفة. ما يتبقى قرصان بلا حماية يشغّلان RAID 0 فحسب، فيتضاعف الخطر. وهذا يجعل مخاطرنا في أفضل الأحوال أعلى بكثير.

ولمثال أكثر دراماتيكية، لنفترض مصفوفة كبيرة من أربعة وعشرين قرصًا بصيغة RAID 10 وأخرى RAID 01. مجددًا في RAID 10، إذا فشل قرص واحد فإن جميع الأقراص الأخرى باستثناء شريكه الواحد لا تزال محمية. الحجم الإضافي للمصفوفة لا يضيف كاد أي خطر إضافي. في المقابل، RAID 01 سيكون قد فشل في أحد مصفوفات RAID 0 الخاصة به مما يُخرج اثني عشر قرصًا دفعة واحدة عند فشل قرص واحد، تاركًا الاثني عشر قرصًا الأخرى في RAID 0 بلا أي حماية. فرص فشل أحد الاثني عشر قرصًا أعلى بكثير بوضوح من فرص فشل قرص واحد.

هذه ليست الصورة كاملة. إصلاح قرص RAID 10 الواحد سريع، وهو عملية نسخ مباشرة من قرص إلى آخر. تستهلك موارد ضئيلة وتستغرق فقط الوقت اللازم لقراءة قرص واحد وكتابته بالكامل. أما RAID 01 فليس محظوظًا بنفس القدر. على عكس RAID 10 الذي يعيد بناء جزء صغير فقط من المصفوفة بأكملها، وهو جزء لا يكبر بكبر المصفوفة، فإن وقت إصلاح RAID 10 المؤلف من أربعة أقراص أو أربعين قرصًا بعد الفشل متطابق. أما RAID 01 فيجب عليه إعادة بناء نصف المصفوفة الأصلية بأكملها. في حالة المصفوفة المؤلفة من أربعة أقراص، يكون هذا ضعف عمل إعادة البناء مقارنة بـ RAID 10، وفي مصفوفة أربعة وعشرين قرصًا يكون ذلك اثني عشر ضعفًا. لذا تستغرق إعادة بناء RAID 01 وقتًا أطول في ظل خطر أكبر بكثير.

ثمة خرافة متفشية تدّعي أن RAID 01 و RAID 10 لهما خصائص أداء مختلفة، لكن ذلك غير صحيح. كلاهما يستخدم الشرطنة والنسخ المرآتي البسيطَين وهما عمليتان عمليًا بدون حمل إضافي لا تتطلبان أي معالجة تذكر. وكلاهما يستمدّان أداء القراءة الكامل من كل قرص متصل وكل منهما يفقد نصف أداء الكتابة لعملية النسخ المرآتي (بافتراض مرايا ثنائية الاتجاه وهو الاستخدام الشائع الوحيد لكلا نوعَي المصفوفة). لا يوجد ببساطة ما يجعل RAID 01 أو RAID 10 أسرع أو أبطأ من الآخر. كلاهما سريعان للغاية.

بسبب خصائص نوعَي المصفوفة، يتضح أن RAID 10 هو النوع الوحيد من الاثنين الذي يجب أن يوجد في مصفوفة ذات وحدة تحكم واحدة. RAID 01 خطر بلا مبرر ولا يحمل أي مزايا. كلاهما يستهلكان نفس السعة الاحتياطية، ولديهما نفس الأداء، ويكلفان نفس الشيء في التنفيذ، لكن RAID 10 أكثر موثوقية بكثير.

إذن لماذا يوجد RAID 01 أصلًا؟ يوجد جزئيًا بسبب الجهل أو الالتباس. كثير من الأشخاص الذين يبنون مصفوفات RAID المركّبة الخاصة بهم يختارون RAID 01 لأنهم سمعوا الخرافة القائلة بأنه أسرع، وكما هو الحال عمومًا مع RAID لا يحققون في سبب كونه أسرع وينسون النظر في موثوقيته وعوامل أخرى. RAID 01 لا يُطبَّق على المصفوفات المحلية إلا عن طريق الخطأ.

غير أنه حين نأخذ RAID إلى طبقة الشبكة، تنشأ عوامل جديدة يجب مراعاتها ويمكن أن يصبح RAID 01 مهمًا، وكذلك الحال بالنسبة لنظيره النادر RAID 61. نشير بواسطة تدوين Network RAID إلى مكان الطبقتين المحلية والشبكية من RAID. لذا في هذه الحالة نعني RAID 0(1) أو RAID 6(1). الأقواس تدل على أن مرآة RAID 1، أي الجزء "الأعلى" من مكدّس RAID، موجودة عبر اتصال شبكي وليس على وحدة تحكم RAID المحلية.

كيف يبدو هذا في RAID 0(1)؟ إذا كان لديك خادمان، لكل منهما مصفوفة RAID 0 قياسية، وتريد مزامنتهما معًا ليعملا كمصفوفة واحدة موثوقة، يمكنك استخدام تقنية مثل DRBD (على Linux) أو HAST (على FreeBSD) لإنشاء مصفوفة RAID 1 شبكية من التخزين المحلي على كل خادم. من الواضح أن هذا يحمل حملًا أداءً كبيرًا لأن مصفوفة RAID 1 يجب إبقاؤها متزامنة عبر اتصال LAN عالي الزمن ومنخفض عرض النطاق الترددي. RAID 0(1) هو التدوين لهذا الإعداد. إذا استُبدلت كل مصفوفة RAID 0 محلية بـ RAID 6 أكثر موثوقية، نكتب الإعداد الكامل كـ RAID 6(1).

لماذا نقبل خطر RAID 01 حين يكون عبر شبكة ولا نقبله حين يكون محليًا؟ ذلك بسبب طبيعة الاتصال الشبكي. في حالة RAID 10، نعتمد على الجزء السفلي RAID 1 من مكدّس RAID للحماية ويجلس RAID 0 في الأعلى. إذا نسخنا هذا على مستوى الشبكة كـ RAID 1(0) ما نحصل عليه هو احتواء كل مضيف على مرآة واحدة تمثل جزءًا فقط من بيانات المصفوفة. إذا حدث أي شيء لأي عقدة في المصفوفة أو انقطع الاتصال الشبكي، ستُدمَّر المصفوفة فورًا وستُترَك كل عقدة مع بيانات غير مكتملة وعديمة الفائدة. طبيعة المخاطر العالية لفشل العقدة والخطر على مستوى الاتصال الشبكي هي ما يجعل قرارات RAID في بيئة شبكية مختلفة اختلافًا جذريًا. يصبح هذا موضوعًا معقدًا في حد ذاته.

يكفي القول إنه عند العمل مع وحدات تحكم RAID العادية أو التخزين المحلي وبرامج RAID، استخدم RAID 10 حصريًا ولا تستخدم RAID 01 أبدًا.