الخيارات العملية لـ RAID في مصفوفات الأقراص الدوارة

ثمة قدر هائل من المعلومات المتاحة بشأن أنظمة التخزين RAID تستعرض موضوعات كالمخاطر والأداء والسعة والاتجاهات والمناهج وغيرها. وبينما يكاد هذا الحجم من المعلومات يكون مرهقاً، يمكن تقطيره إلى حفنة من مناهج التخزين العملية الشائعة التي ستغطي تقريباً جميع حالات الاستخدام. هدفي هنا هو تقديم دليل عملي يتيح لغير المتخصص في التخزين مقاربة قرارات RAID بطريقة عملية وآمنة قبل كل شيء.

لأغراض هذا الدليل سنفترض مشاريع تخزين لا تتجاوز خمسة وعشرين قرصاً تقليدياً (أقراص طبق دوار تعرف رسمياً بأقراص Winchester.) يمكن أن تكون هذه الأقراص من نوع SFF (بحجم 2.5 بوصة) أو LFF (بحجم 3.5 بوصة) شائعاً، SATA أو SAS، استهلاكية أو مؤسسية. لن نتناول محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة إذ تتميز بخصائص مختلفة جداً وتتطلب توجيهاً خاصاً بها. ينبغي ألا تعمل أنظمة التخزين الأكبر من خمسة وعشرين قرصاً دواراً تقريباً وفق التوجيهات القياسية، بل تتعمق في احتياجات التخزين المحددة لضمان التخطيط السليم.

التوجيهات الواردة هنا مكتوبة للأنظمة القياسية اعتباراً من عام 2015. على مدى العقدين الماضيين تغيرت المناهج الشائعة لتخزين RAID تغيراً جذرياً، وبينما لا يُتوقع أن تتغير العوامل الرئيسية المؤثرة في هذه القرارات بما يكفي لتغيير هذه التوصيات في المستقبل، إلا أن ذلك وارد الحدوث. فتصميم RAID الجيد عام 1998 هو تصميم سيئ جداً اليوم. وقد تراجع معدل التغيير في الصناعة تراجعاً ملحوظاً منذ ذلك الحين، وهذه التوصيات على الأرجح ستظل سارية لفترة طويلة جداً، ربما حتى لا يعود التخزين القائم على الأقراص الدوارة متاحاً أو شائعاً على الأقل، لكن كما هو الحال مع كل التنبؤات فهي عرضة للتغيير الكبير.

نستخدم عموماً ما يُعرف بنهج “مصفوفة واحدة كبيرة”. أي مصفوفة RAID واحدة يُنشأ عليها جميع أقسام النظام والبيانات. لقد بات الدافع إلى تقسيم التخزين إلى مصفوفات فيزيائية متعددة أو الرغبة في ذلك أمراً ماضياً في معظمه ولا ينبغي اللجوء إليه إلا في الظروف غير الاعتيادية. يجب النظر في تقسيم المصفوفة فقط في الحالات التي تجري فيها دراسة متأنية لاحتياجات التخزين وتحليل معمق. وتقسيم المصفوفة يُفضي كثيراً إلى الضرر أكثر من الفائدة. فعند الشك، تجنب المصفوفات المقسمة. هدف هذا الدليل هو توفير قواعد عامة تتيح لأي متخصص في تقنية المعلومات بناء نظام تخزين آمن وموثوق. القواعد العامة لا تغطي ولا يمكنها تغطية كل سيناريو، فالاستثناءات موجودة دائماً. لكن الفكرة هنا هي تغطية الغالبية العظمى من الحالات بمناهج مجربة وموثوقة مصممة وفق المعدات والحالات الاستخدامية والاحتياجات الحديثة مع مراعاة الأولوية للسلامة، فحين يكون الخيار أقل من مثالي فهو لا يزال آمناً. لا شيء في هذه الخيارات متهور، وفي أسوأ الأحوال يكون متحفظاً بشكل مبالغ فيه.

السيناريو الأول الذي ينبغي مراعاته هو حين لا تكون بياناتك ذات أهمية. قد يبدو هذا أمراً غريباً للنظر فيه لكنه سيناريو في غاية الأهمية. ثمة حالات عديدة تُعدّ فيها البيانات المحفوظة على القرص مؤقتة ولا تحتاج إلى حماية. وهذا شائع في البيانات القابلة لإعادة الإنشاء كمساحات العمل للتصيير وفضاءات الحسابات الوسيطة أو ذاكرة التخزين المؤقت، أي الحالات التي يُعدّ فيها إنفاق المال لحماية البيانات مضيعة وسيكون القبول بإعادة إنشاء البيانات الضائعة بدلاً من حمايتها أمراً مقبولاً. وقد تكون هذه حالة لا يمثل فيها التوقف مشكلة وتكون البيانات ثابتة أو شبه ثابتة، وبدلاً من الإنفاق لتقليل التوقف لا نقلق إلا بشأن حماية البيانات عبر آليات النسخ الاحتياطي حتى إذا فشلت المصفوفة نستعيدها بالكامل. في هذه الحالات الخيار الواضح هو RAID 0. فهو سريع جداً وبسيط جداً ويوفر أكثر السعة كفاءةً من حيث التكلفة. العيب الوحيد لـ RAID 0 هو أنه هش ولا يوفر أي حماية ضد فقدان البيانات في حالة إخفاق القرص أو حتى URE (الذي سيتسبب في تلف البيانات مثلما يواجه قرص سطح المكتب.)

تجدر الإشارة إلى أن استثناءً على نهج “المصفوفة الواحدة الكبيرة” يكون شائعاً في الأنظمة التي تستخدم RAID 0 للبيانات. وثمة حجة وجيهة جداً لإنشاء مجموعة أقراص صغيرة مخصصة لنظام التشغيل وبيانات التطبيقات التي يصعب إعادة تثبيتها في حالة فشل المصفوفة على RAID 1، مع إبقاء مصفوفة بيانات RAID 0 منفصلة عنها. وبهذه الطريقة يمكن أن تكون عملية الاسترداد سريعة جداً بدلاً من الحاجة إلى إعادة بناء النظام بأكمله من الصفر بدلاً من مجرد إعادة إنشاء البيانات.

بافتراض أننا استبعدنا الحالات التي لا تحتاج فيها البيانات إلى حماية، سنفترض في جميع الحالات المتبقية أن البيانات ذات أهمية بالغة ونريد حمايتها بتكلفة ما. وسنفترض أن حماية البيانات كما هي على وحدة التخزين الحية أمر مهم، في الغالب لأننا نريد تجنب التوقف أو لأننا نريد ضمان سلامة البيانات لأن البيانات على القرص ليست ثابتة وسيُشكّل فشل المصفوفة فقداناً للبيانات أيضاً. مع هذا الافتراض سنمضي قدماً.

إذا كان لدينا مصفوفة من قرصَين فقط، فالإجابة بسيطة جداً إذ نختار RAID 1. لا يوجد خيار آخر بهذا الحجم، لذا لا يوجد قرار يتعين اتخاذه. من الناحية النظرية ينبغي أن نخطط لمصفوفاتنا بشكل شامل لا بعد تحديد عدد الأقراص، إذ ينبغي تحديد عدد الأقراص ونوع المصفوفة معاً لا شراء الأقراص أولاً ثم تحديد الاستخدام بناءً على ذلك العدد الاعتباطي، لكن الهياكل ثنائية الأقراص شائعة جداً مما يستوجب ذكرها كحالة خاصة.

بالمثل، مع مصفوفة رباعية الأقراص الخيار الوحيد الحقيقي للنظر فيه هو RAID 10. لا حاجة لمزيد من التقييم. اختر RAID 10 ببساطة وتابع.

الحالة المحرجة هي مصفوفة ثلاثية الأقراص. نادر جداً أن نكون محدودين بثلاثة أقراص إذ إن الهيكل الشائع الوحيد المحدود بثلاثة أقراص كان Apple Xserve الذي اختفى من السوق منذ فترة، لذا ينبغي أن تكون الحاجة للتعامل مع قرارات مصفوفات ثلاثة أقراص نادرة للغاية. في الحالات التي يكون لدينا فيها ثلاثة أقراص يكون من الأفضل في الغالب طلب الإرشاد، لكن أكثر المناهج شيوعاً هو إضافة قرص رابع وبالتالي اختيار RAID 10، أو إن كانت السعة بما يزيد على قرص واحد غير مطلوبة، وضع الأقراص الثلاثة في مرآة ثلاثية واحدة RAID 1.

لجميع الحالات الأخرى إذن، نتعامل مع خمسة إلى خمسة وعشرين قرصاً. بعد أن استبعدنا الحالات التي تنطبق عليها RAID 0 وRAID 1، تبقى جميع السيناريوهات الشائعة منحصرة في RAID 6 وRAID 10، وهذان يمثلان الغالبية العظمى من الحالات. أصبح الاختيار بين RAID 6 وRAID 10 أكبر تحدٍّ سنواجهه إذ يجب أن ننظر فحسب إلى احتياجاتنا “اللينة” من الموثوقية والأداء والسعة.

لا ينبغي أن يكون الاختيار بين RAID 6 وRAID 10 صعباً للغاية. RAID 10 مثالي للحالات التي يكون فيها الأداء والسلامة هما الأولويتان. RAID 10 لديه أداء كتابة أسرع بكثير وهو آمن بصرف النظر عن نوع القرص المستخدم (حتى الأقراص الاستهلاكية منخفضة التكلفة يمكن أن تكون آمنة للغاية حتى في المصفوفات الكبيرة.) ويتوسع RAID 10 بشكل جيد ليصل إلى أحجام كبيرة جداً، أكبر بكثير مما ينبغي تطبيقه وفق القواعد العامة! RAID 10 هو الأكثر أماناً من بين جميع الخيارات، إنه سريع وآمن. والعيوب الواضحة هي أن RAID 10 لديه سعة تخزينية أقل من الأقراص الموجودة وأعلى تكلفةً على أساس السعة. يجب الإشارة إلى أن RAID 10 لا يمكنه استخدام إلا عدداً زوجياً من الأقراص، وتُضاف الأقراص في أزواج.

RAID 6 آمن وسريع عموماً لكنه لا يكون أبداً بمستوى أمان أو سرعة RAID 10. ويعاني RAID 6 تحديداً من أداء الكتابة مما يجعله غير ملائم على الإطلاق لأحمال الأعمال كقواعد البيانات والأحمال المختلطة الثقيلة كما في أنظمة الافتراضية الكبيرة. RAID 6 فعال من حيث التكلفة ويركز تركيزاً كبيراً على السعة المتاحة مقارنةً بـ RAID 10. حين تكون الميزانيات محدودة أو حين تسود احتياجات السعة على الأداء، يُعدّ RAID 6 الخيار الأمثل. نادراً ما يُشكّل الفارق في الأمان بين RAID 10 وRAID 6 مصدر قلق إلا في الأنظمة الكبيرة جداً ذات الأقراص الاستهلاكية. RAID 6 عرضة لمخاطر إضافية مع الأقراص الاستهلاكية لا يتأثر بها RAID 10، مما قد يستدعي بعض القلق بشأن الموثوقية في أنظمة RAID 6 الأكبر مثل تلك التي تتجاوز 40 تيرابايت تقريباً عند استخدام الأقراص الاستهلاكية.

في مجال الشركات الصغيرة تحديداً، ستستخدم الغالبية العظمى من الأنظمة RAID 10 ببساطة لأن المصفوفات نادراً ما تحتاج إلى أكثر من أربعة أقراص. حين تكون المصفوفات أكبر يكون RAID 6 الخيار الأكثر شيوعاً نظراً للميزانيات المحدودة نسبياً والاهتمام المنخفض عموماً بالأداء. كلا RAID 6 وRAID 10 حلان آمنان وفعّالان لتقريباً جميع سيناريوهات الاستخدام مع هيمنة RAID 10 حين يكون الأداء أو الموثوقية القصوى مفتاحَين و RAID 6 حين تكون التكلفة والسعة مفتاحَين. وبالطبع، حين تكون احتياجات التخزين فريدة للغاية أو كبيرة جداً، كأكبر من خمسة وعشرين قرصاً في مصفوفة، تذكر الاستعانة بمستشار تخزين إذ يمكن أن يصبح السيناريو معقداً للغاية. التخزين مجال يستحق الحرص الشديد إذ تعتمد عليه أشياء كثيرة، والأخطاء يسهل ارتكابها ومرونة التغيير بعد الانتهاء منه منخفضة جداً.