نقطه عطف RAID نرم‌افزاری

در ژوئن ۲۰۰۱ اتفاق شگفت‌انگیزی در دنیای فناوری اطلاعات افتاد: Intel پردازنده Pentium IIIS 1.0 گیگاهرتزی مبتنی بر Tualatin را عرضه کرد. این یکی از اولین پردازنده‌های Intel (معماری IA32) بود که از مرز ۱ گیگاهرتز عبور کرد و اولین پردازنده‌ای با اهمیت واقعی بود. این پردازنده همچنین به دلیل پشتیبانی از پردازنده دوگانه و حافظه کش دو برابر بزرگ‌تر نسبت به نسل‌های قبلی مبتنی بر Coppermine یا جانشین غیر-«S» Tualatin (که تنها یک ماه بعد معرفی شد) ویژه بود. برد‌های مادربرد PIIIS در آن دوران بسیار محبوب بودند و ستون فقرات سرورهای با کارایی بالا و قیمت مناسب، مانند Proliant و PowerEdge، در سال ۲۰۰۱ و چند سال بعد را تشکیل می‌دادند و در نهایت با سیستم‌های Pentium IIIS 1.4GHz دو پردازنده‌ای به اوج رسیدند که آن‌قدر مهم بودند که باعث آغاز قرارداد نام‌گذاری معروف «G» برای HP Proliant شدند. دستگاه‌های Pentium III «G1» نام داشتند.

اینها چه ربطی به RAID دارند؟ خوب، باید به عقب برگردیم و ببینیم RAID تا پیش از مه ۲۰۰۱ در چه وضعیتی بود. از دهه ۱۹۹۰ تا مه ۲۰۰۱، RAID سخت‌افزاری استاندارد دنیای سرورهای IA32 بود که عمدتاً شامل سیستم‌هایی مانند Novell Netware، Windows NT 4، Windows 2000 و برخی Linux می‌شد. RAID نرم‌افزاری برای برخی از این سیستم‌ها وجود داشت (نه برای Netware)، اما سرورها همیشه در تنگنای منابع CPU و حافظه بودند و صرف این منابع ارزشمند برای توابع RAID گران تمام می‌شد و باعث رقابت برنامه‌ها با RAID برای دسترسی می‌شد و سیستم‌ها اغلب در این تنش خفه می‌شدند. RAID سخت‌افزاری این مشکل را با اضافه کردن CPU و RAM اختصاصی فقط برای این توابع حل می‌کرد.

RAID در اواخر دهه ۱۹۹۰ و اوایل دهه ۲۰۰۰ نیز به شدت بر پایه RAID 5 و تا حدی RAID 6 و نواربندی توازن (parity striping) بود، زیرا دیسک‌ها کوچک و از نظر ظرفیت بسیار گران بودند و بیشترین کارایی از دیسک‌های موجود یک اولویت فوق‌العاده بود، و خطراتی مانند URE به دلیل کوچکی ظرفیت آن‌قدر ناچیز بودند که RAID توازن در مجموع بسیار قابل اعتماد بود. این عوامل با آنچه تا سال ۲۰۰۹ خواهند شد کاملاً متفاوت بودند. در سال ۲۰۰۱ هنوز رایج بود که هارددیسک‌های 2.1 گیگابایت، 4.3 گیگابایت و 9 گیگابایت در سرورهای سازمانی دیده شوند!

از آنجا که RAID توازن روش رایج روز بود و معمولاً دیسک‌های زیادی روی هر سرور استفاده می‌شد، سربار CPU برای RAID در سال ۲۰۰۰ به طور میانگین بیشتر از سال ۲۰۱۰ بود! بنابراین تأثیر RAID بر منابع سیستم بسیار قابل توجه بود.

این پیش‌زمینه بود. اما در ژوئن ۲۰۰۱ ناگهان کسانی که سیستم‌های IA32 با توان پایین می‌خریدند به پردازنده‌های Tualatin Pentium IIIS با سرعت ساعت بسیار بهبودیافته، پشتیبانی کارآمد از پردازنده دوگانه و حافظه‌های کش روی تراشه دو برابر بزرگ‌تر دسترسی پیدا کردند که یک جهش شگفت‌انگیز در کارایی سیستم را به‌صورت شبانه ارائه داد. با این همه قدرت جدید و بدون تغییر متناظر در تقاضای نرم‌افزاری، سیستم‌هایی که سنتاً از CPU و RAM محروم بودند ناگهان بیشتر از آنچه می‌دانستند چطور استفاده کنند داشتند، به‌خصوص که رشته‌های اجرایی (thread) بیشتری در دسترس بود و بیشتر برنامه‌های آن دوره تک‌رشته‌ای بودند.

CPU های سیستم، حتی در دوران Pentium III، به طور چشمگیری قدرتمندتر از CPU های کوچک روی کنترلرهای RAID سخت‌افزاری بودند (که اغلب تراشه‌های PowerPC یا MIPS سطح ورودی بودند) و حافظه سیستم موجود اغلب بسیار بزرگ‌تر از حافظه‌های کش RAM سخت‌افزاری بود و سرمایه‌گذاری در حافظه سیستم بیشتر اغلب بسیار مؤثرتر و عموماً مفیدتر بود؛ بنابراین با در دسترس بودن ظرفیت آزاد در سیستم اصلی، توابع RAID می‌توانستند به طور میانگین از کارت‌های RAID سخت‌افزاری به سیستم مرکزی منتقل شوند و کارایی را بهبود بخشند، حتی در حالی که CPU و RAM اضافی کارت‌های RAID سخت‌افزاری کنار گذاشته می‌شد. این برای سیستم‌های با بار بیش از حد که از منابع محروم بودند صادق نبود و برای سیستم‌های RAID توازن با RAID 6 بیشترین سود و برای سیستم‌های بدون توازن مانند RAID 1 و 0 کمترین سود را داشت.

اما ژوئن ۲۰۰۱ نقطه عطف معروف بود - پیش از آن تاریخ، سیستم میانگین IA32 با استفاده از RAID سخت‌افزاری سریع‌تر بود. و پس از ژوئن ۲۰۰۱ سیستم‌های جدید خریداری‌شده به طور میانگین با RAID نرم‌افزاری سریع‌تر بودند. با گذشت هر سال، مزایا بیشتر و بیشتر به سمت RAID نرم‌افزاری متمایل شدند، با فراوانی هسته‌های CPU کم‌بهره و رشته‌های بیکار و RAM مازاد که به شکل انفجاری رشد کردند، و تنها مزیت باقی‌مانده برای RAID سخت‌افزاری کاهش استفاده از RAID توازن بود چون RAID آینه‌ای جای آن را گرفت، زیرا ظرفیت دیسک به شکل چشمگیری افزایش یافت در حالی که هزینه ظرفیت کاهش یافت.

امروز بیش از پانزده سال از زمانی که تصور سریع‌تر بودن RAID سخت‌افزاری منسوخ شده گذشته است. این باور عمدتاً به دلیل اثر عجیب «کلاس ۱۹۹۸» ادامه دارد. اما این مدت‌هاست که یک افسانه است که به اشتباه توسط کسانی که وقت نگذاشتند تا منبع اصلی را درک کنند تکرار می‌شود. RAID سخت‌افزاری همچنان مزایایی دارد، اما کارایی برای اکثر مدت زمانی که RAID داشته‌ایم یکی از آن مزایا نبوده و انتظار نمی‌رود که دوباره بهبود یابد.