نقطة التحول في RAID البرمجي

في يونيو 2001، حدث شيء مذهل في عالم تقنية المعلومات: أصدرت Intel معالج Pentium IIIS بتردد 1.0 جيجاهرتز المبني على معمارية Tualatin. كان هذا أحد أوائل معالجات Intel (معمارية IA32) التي تجاوزت حاجز 1 جيجاهرتز وكان الأول ذا أهمية حقيقية. كما كان مميزاً بدعمه للمعالج الثنائي وذاكرة تخزين مؤقت مضاعفة مقارنةً بأسلافه المبنية على معمارية Coppermine أو خلفه من سلسلة Tualatin غير المُسمّى بـ"S" (الذي صدر بعده بشهر واحد فحسب). كانت لوحات النظام PIIIS تحظى بشعبية جنونية في عصرها وشكّلت العمود الفقري للخوادم الاقتصادية عالية الأداء، مثل Proliant وPowerEdge، في عام 2001 وللسنوات القليلة التالية، وتوّجت بأنظمة Pentium IIIS بتردد 1.4 جيجاهرتز ذات المعالج الثنائي التي كانت بالغة الأهمية لدرجة أنها أفضت إلى انطلاق اصطلاح تسمية HP Proliant الشهير بـ"G". كانت صناديق Pentium III تُعرف بـ"G1".

وما علاقة هذا بـRAID؟ حسناً، علينا أن نعود للوراء وننظر إلى وضع RAID حتى مايو 2001. من تسعينيات القرن الماضي وحتى مايو 2001، كان RAID المعتمد على الأجهزة هو المعيار السائد في عالم خوادم IA32، والذي كان يشمل بصورة رئيسية أنظمة مثل Novell Netware وWindows NT 4 وWindows 2000 وبعض توزيعات Linux. كان RAID البرمجي موجوداً لبعض هذه الأنظمة (باستثناء Netware)، لكن الخوادم كانت تعاني دوماً من شُح موارد المعالج والذاكرة، وإهدار هذه الموارد الثمينة في وظائف RAID كان مُكلفاً، إذ كانت التطبيقات تتنافس مع RAID على الوصول إليها مما كان يُعيق الأنظمة. وقد حلّ RAID المعتمد على الأجهزة هذه المشكلة بإضافة معالج مخصص وذاكرة RAM مخصصين لهذه الوظائف.

كان RAID في أواخر التسعينيات ومطلع الألفية الثالثة يعتمد بشكل كبير على RAID 5 وبدرجة أقل على RAID 6، وذلك باستخدام نمط التشريط التكافلي (parity striping)، لأن الأقراص الصلبة كانت صغيرة الحجم وباهظة الثمن جداً من حيث السعة، وكان استخلاص أقصى سعة ممكنة من الأقراص المتاحة الأولوية القصوى؛ فضلاً عن أن المخاطر كـURE كانت هامشية نظراً لصغر أحجام الأقراص، مما جعل RAID التكافلي موثوقاً للغاية بمقاييس ذلك الوقت. كانت العوامل مختلفة كلياً عمّا ستكون عليه عام 2009. في عام 2001، كان لا يزال شائعاً مشاهدة أقراص صلبة بسعة 2.1 جيجابايت و4.3 جيجابايت و9 جيجابايت في الخوادم المؤسسية!

ولأن RAID التكافلي كان هو السائد، وكانت أعداد كبيرة من الأقراص تُستخدم في كل خادم، كان RAID يستهلك موارد معالج أكثر في المتوسط عام 2000 مقارنةً بعام 2010! وبهذا كان تأثير RAID على موارد النظام بالغ الأهمية.

هذه هي الخلفية. لكن في يونيو 2001، أصبح بمقدور من اعتادوا شراء أنظمة IA32 منخفضة الأداء فجأةً الحصول على معالجات Tualatin Pentium IIIS ذات سرعات تشغيل محسّنة بشكل ملحوظ، ودعم ثنائي للمعالجات بكفاءة عالية، وذاكرة تخزين مؤقت داخلية مضاعفة الحجم، مما قدّم قفزة مذهلة في أداء النظام بين عشية وضحاها. مع كل هذه القوة الجديدة ودون أي تغيير موازٍ في متطلبات البرمجيات، وجدت الأنظمة التي كانت تعاني تقليدياً من شح موارد المعالج والذاكرة نفسها تمتلك منها أكثر مما تعرف كيف تستخدم، لا سيما مع توافر خيوط معالجة إضافية في حين أن معظم التطبيقات آنذاك كانت أحادية الخيط.

كانت معالجات الأنظمة المركزية، حتى في حقبة Pentium III، أقوى بكثير من المعالجات الصغيرة المستخدمة في بطاقات RAID المعتمدة على الأجهزة - وهي غالباً رقائق PowerPC أو MIPS منخفضة المستوى - كما كانت ذاكرة النظام المتاحة في الغالب أكبر بكثير من ذاكرة التخزين المؤقت في الأجهزة، وكان الاستثمار في زيادة ذاكرة النظام أكثر فاعلية بكثير وأجدى نفعاً؛ لذا مع توافر طاقة فائضة في النظام الرئيسي أصبح بالإمكان في المتوسط نقل وظائف RAID من بطاقات RAID المعتمدة على الأجهزة إلى النظام المركزي مع تحقيق أداء أفضل، حتى مع التخلي عن المعالج الإضافي وذاكرة RAM في بطاقات RAID المادية. لم يكن هذا صحيحاً للأنظمة المثقلة بالأعباء وتلك الشحيحة الموارد، وكان أكثر انطباقاً على أنظمة RAID التكافلية مع استفادة RAID 6 الأكبر والأنظمة غير التكافلية كـRAID 1 وRAID 0 ذات الفائدة الأقل.

لكن يونيو 2001 كان نقطة التحول الشهيرة - قبل ذلك التاريخ، كان متوسط أداء نظام IA32 أسرع عند استخدام RAID المعتمد على الأجهزة. وبعد يونيو 2001، أصبحت الأنظمة الجديدة المشتراة في المتوسط أسرع مع RAID البرمجي. مع مرور كل عام، مالت المزايا أكثر فأكثر نحو RAID البرمجي مع وفرة أنوية المعالجات غير المستغلة وخيوط المعالجة الخاملة والذاكرة الاحتياطية الغزيرة المتفجرة، وأصبحت الميزة الوحيدة لـRAID المعتمد على الأجهزة هي الانخفاض في استخدام RAID التكافلي حين حلّ RAID المنعكس (Mirrored RAID) محله بوصفه المعيار مع تزايد أحجام الأقراص بشكل ملحوظ وانخفاض تكاليف السعة.

لقد مضى على تقاعد فكرة أن RAID المعتمد على الأجهزة أسرع أداءً أكثر من خمس عشرة سنة. تستمر هذه القناعة بالتردد بسبب ما يُسمى بـ"تأثير فصل 1998" الغريب في المقام الأول. لكنها باتت منذ أمد بعيد أسطورة يرددها بشكل خاطئ من لم يأخذوا الوقت الكافي لفهم المصدر الأصلي للمعلومة. لا يزال لـRAID المعتمد على الأجهزة مزاياه، غير أن الأداء لم يكن من بينها طوال الجزء الأكبر من الزمن الذي أمضيناه مع RAID ولا يُتوقع أن يعود إليه قط.