تفاوت بین RAID نرم افزاری و سخت‌افزاری چیست؛ راهنمای انتخاب برای کسب‌وکارها

فناوری RAID (مخفف Redundant Array of Independent Disks) یکی از راهکارهای مهم در حوزه ذخیره
‌سازی داده است؛ این فناوری با ترکیب چندین دیسک سخت‌افزاری، سرعت پردازش را افزایش داده، پایداری سیستم را بهبود می بخشد و امکان ایجاد افزونگی (Redundancy) را فراهم می کند. این فناوری به‌طور کلی در دو نوع RAID نرم‌افزاری و RAID سخت افزاری اجرا می شود که هر کدام ویژگی ها، مزایا و محدودیت های خاص خود را دارند. آشنایی با تفاوت‌های این دو نوع RAID به شما کمک می کند در زمان ارتقا زیرساخت یا خرید رید کنترلر سرور اچ پی، بهترین تصمیم را بگیرید. در ادامه همراه ما باشید تا بررسی ‌کنیم تفاوت بین RAID نرم‌افزاری و سخت افزاری چیست و هرکدام مناسب چه شرایطی است.

RAID نرم‌افزاری چیست؟

RAID نرم‌افزاری، یک روش پیاده‌سازی RAID توسط نرم‌افزار (سیستم‌عامل یا برنامه‌های جانبی) است که در آن عملیات‌های مختلفی مانند Mirroring یا Striping با تکیه بر منابع محاسباتی سیستم میزبان مانند CPU انجام می‌شوند و هیچ سخت‌افزار اختصاصی برای اجرای آن‌ها در نظر گرفته نمی‌شود.

یک تفاوت بین RAID نرم‌افزاری و سخت‌افزاری این است که در RAID نرم‌افزاری، سیستم‌عامل یا نرم‌افزار اجرا کننده وظیفه‌ مدیریت داده‌ها و تقسیم آن‌ها بین دیسک‌ها را بر عهده دارد. در این حالت، تمام پردازش‌ها از طریق CPU و RAM سیستم انجام می‌شود و در نتیجه، سرعت اجرای RAID وابسته به توان سخت‌افزاری اصلی سیستم خواهد بود. 

RAID نرم‌افزاری، روی هر دیسک یک بخش کوچک متادیتا ذخیره می‌کند که شامل نوع RAID، شماره‌ آرایه، اندازه‌ی Stripe، موقعیت دیسک در آرایه و همچنین، وضعیت همگام‌سازی است. سیستم‌عامل در هنگام بوت این متادیتا را می‌خواند و آرایه را مونتاژ می‌کند.

نحوه عملکرد RAID نرم‌افزاری

برای درک تفاوت بین RAID نرم‌افزاری و سخت‌افزاری در بخش عملکرد، با یک سناریوی فرضی پیش می‌رویم. تصور کنید ما یک RAID 5 نرم‌افزاری داریم. زمانی که برنامه‌ای درخواست خواندن/نوشتن (Read/Write) می‌دهد، داده از برنامه به سیستم‌عامل ارسال می‌شود. سپس لایه‌ی RAID، داده را به Stripeها (بخش‌های مساوی) تقسیم می‌کند و به دنبال آن، CPU الگوریتم RAID (مانند XOR برای پاریتی در RAID 5 یا RAID 6) را اجرا خواهد کرد. پس از آن، داده و پاریتی به دیسک‌های مختلف ارسال می‌شوند. (به طور مثال در RAID 5 هر Stripe روی N-1 دیسک داده و ۱ دیسک پاریتی ذخیره می‌شود) در نهایت، زمانی که همه دیسک‌ها نوشتن را تأیید کردند، پاسخ موفق به برنامه برمی‌گردد.

اگر برعکس چنین حالتی رخ دهد و درخواست خواندن به لایه‌ RAID برسد، RAID نرم‌افزاری از روی RAID Metadata (اطلاعات محل ذخیره) متوجه می‌شود که داده روی کدام دیسک قرار دارد و داده را به طور مستقیم از همان دیسک می‌خواند. در حالتی‌ که دیسک مورد نظر خراب باشد، RAID نرم‌افزاری داده را با استفاده از سایر دیسک‌ها و پاریتی بازسازی (Reconstruct) می‌کند.

مزایای RAID نرم‌افزاری

بخش عمده ای از تفاوت بین RAID نرم‌افزاری و سخت‌افزاری، مربوط به مزایایی است که RAID نرم‌افزاری در مقایسه با نوع سخت افزاری دارد؛ مزایایی مانند:

• هزینه کمتر: این رید نیاز به خرید کنترلر سخت‌افزاری ندارد.
• انعطاف‌پذیری بالا: رید نرم‌افزاری به راحتی قابل تغییر و پیکربندی است.
• سازگاری بیشتر: RAID نرم‌افزاری تقریباً در هر سیستمی با هر نوع دیسکی قابل اجرا است.
• عدم وابستگی به سخت‌افزار خاص: با استفاده از رید نرم‌افزاری، در صورت خرابی مادربرد، می‌توان دیسک‌ها را به سیستم دیگری منتقل کرد.
• سادگی ارتقا: RAID نرم‌افزاری در افزودن یا جایگزینی دیسک‌ها راحت‌تر است.
• مناسب برای تست و توسعه: رید نرم‌افزاری برای محیط‌های غیرحیاتی ایده‌آل است.
• عدم نیاز به سخت‌افزار اضافی: RAID نرم‌افزاری کاملا متکی به منابع سیستم میزبان است.

معایب RAID نرم‌افزاری

فارغ از مزایای متعدد، RAID نرم‌افزاری دارای معایبی نیز هست؛ مواردی از قبیل:

• وابستگی به CPU: مصرف منابع پردازشی و کاهش توان پردازش سیستم.
• سرعت کمتر: به‌خصوص در سطوح RAID پیچیده مثل RAID 5 یا RAID 6.
• کارایی کمتر در مقیاس بزرگ: در RAIDهای نرم‌افزاری پیچیده، سرعت ذخیره‌ کمتر از رید سخت‌افزاری است.
• ریسک در خرابی سیستم‌عامل: اگر در RAID نرم‌افزاری سیستم‌عامل از کار بیافتد، دسترسی به داده‌ها دشوارتر می‌شود.

مطالب مرتبط: تعریف RAID و انواع آن

RAID سخت‌افزاری چیست؟

RAID سخت‌افزاری با استفاده از یک کنترلر RAID اختصاصی (برای مثال روی کارت PCIe یا یک چیپ روی مادربرد سرور) پیاده‌سازی می‌شود. این کنترلر مسئول مدیریت RAID است و سیستم‌عامل آن را به عنوان یک هارد واحد می‌شناسد. برخلاف RAID نرم‌افزاری که به طور کامل به منابع سیستم میزبان متکی است، کنترلر RAID سخت‌افزاری عملیات Mirroring یا Striping را به صورت مستقل از CPU سیستم میزبان انجام می‌دهد و حتی می‌تواند یک باتری پشتیبان (BBU) برای جلوگیری از مشکلاتی مانند از دست رفتن داده در زمان قطع برق داشته باشد.

نحوه عملکرد RAID سخت‌افزاری

در RAID سخت‌افزاری، اطلاعات RAID (سطح RAID، تعداد دیسک‌ها، اندازه Stripe، موقعیت‌ها) در EEPROM کنترلر یا روی خود دیسک‌ها ذخیره می‌شود. این نوع ذخیره سازی باعث می شود که حتی اگر سیستم‌عامل عوض شود، آرایه همچنان قابل شناسایی باشد. این یک تفاوت RAID نرم‌افزاری و RAID سخت‌افزاری بسیار مهم است که برای برخی حوزه‌ها اهمیت بسیار زیادی خواهد داشت. 

زمانی که یک برنامه، بخواهد داده‌ای را روی حافظه بنویسد، درخواست اجازه برای نوشتن این داده را به سیستم‌عامل می‌فرستد. سیستم‌عامل نیز، درخواست I/O (ورودی/خروجی یا Input/Output) را به درایور کنترلر RAID ارسال می‌کند. در این مرحله، کنترلر RAID داده را به چند Stripe تقسیم خواهد کرد. سپس پردازنده‌ی RAID، الگوریتم پاریتی (به طور مثال XOR) را محاسبه می‌کند و داده و پاریتی را در دیسک‌های مناسب می‌نویسد. در این مرحله، اگر کنترلر Cache Write-Back داشته باشد، ابتدا داده را در حافظه‌ی کش می‌نویسد و بعد به دیسک منتقل می‌کند تا سرعت نوشتن را افزایش دهد.

مشابه RAID نرم‌افزاری، در RAID سخت‌افزاری نیز در صورت ارسال درخواست خواندن داده از سمت یک برنامه، ابتدا درخواست خواندن به کنترلر می‌رسد و کنترلر از طریق جدول داخلی RAID مسیر قرارگیری داده را متوجه می شود. پس از آن، داده را از دیسک مناسب می‌خواند و مستقیم به سیستم‌عامل می‌دهد. در این حالت نیز، مانند RAID نرم‌افزاری، اگر دیسکی خراب باشد، پردازنده‌ی RAID، داده را از روی پاریتی بازسازی می‌کند و به سیستم‌عامل می‌فرستد.

مزایای RAID سخت‌افزاری

یک تفاوت بین RAID نرم‌افزاری و سخت‌افزاری که نمی‌توان از آن چشم پوشی کرد، مزایای قابل توجه ریدهای سخت‌افزاری برای سازمان‌ها و پروژه‌های بزرگ است؛ مواردی از قبیل:

• کارایی بالا: پردازش RAID سخت‌افزاری بر عهده کنترلر است، نه CPU.
• پایداری بیشتر: رید سخت‌افزاری مستقل از سیستم‌عامل کار می‌کند.
• امکانات پیشرفته: بهره‌مندی از مواردی مانند پشتیبانی از Write Cache (کش نوشتن)، Hot Swap و Rebuild سریع‌تر.
• امنیت داده‌ها: برخی کنترلرها امکانات رمزنگاری سخت‌افزاری دارند و برای سرورها و دیتاسنترها مناسب‌تر هستند.

معایب RAID سخت‌افزاری

 با وجود مزایای متعدد، شاید ریدهای سخت‌افزاری به دلیل معایب زیر، انتخاب خوبی برای برخی حوزه‌ها نباشند:

• هزینه راه‎‌اندازی بالا: نیاز به خرید کنترلر RAID.
• وابستگی به سخت‌افزار: برای بازیابی داده‌ها باید دقیقا همان مدل و برند کنترلر را داشته باشید.
• پیچیدگی در ارتقا: تغییر سخت‌افزار در این نوع رید ممکن است مشکل‌ساز شود.

مقایسه دقیق RAID نرم‌افزاری و سخت‌افزاری

آگاهی از تفاوت RAID نرم‌افزاری و RAID سخت‌افزاری به شما کمک می‌کند تا انتخاب بهتر و مناسب‌تری بین این دو نوع RAID داشته باشید و دقیقا نوعی را که بیشتر با اهداف شما سازگار است، انتخاب کنید. از طرفی، قرارگیری این تفاوت‌ها در کنار یکدیگر نیز، دید دقیق‌تری را برای انتخاب یکی از این دو نوع به شما می‌دهد.

از این رو، در جدول زیر مقایسه‌ای جامع را بین دو RAID نرم‌افزاری و سخت‌افزاری با در نظر گرفتن چند فاکتور بسیار مهم انجام داده‌ایم تا شما با مطالعه‌ی آن بتوانید به یک دید کلی از ویژگی‌های خاص هر دو نوع RAID برسید.

چه زمانی از RAID سخت‌افزاری استفاده کنیم؟

همانطور که در جدول بخش قبل مشاهده کردید، تفاوت بین RAID نرم‌افزاری و سخت‌افزاری در بخش‌های مختلف، ویژگی‌های خاصی را به هر یک از این دو RAID می‌بخشد. در RAID سخت‌افزاری، این ویژگی‌ها باعث می‌شود که این نوع رید برای سناریوهای زیر، انتخاب بسیار بهتری نسبت به نسخه‌ی نرم‌افزاری باشد:

سازمان‌هایی با نیاز به تداوم سرویس (Enterprises / Production)

در شرکت‌ها یا سرویس‌هایی که در آن‌ها، هرگونه Downtime هزینه‌ی بالایی را به سیستم تحمیل می‌کند، (مانند بانک‌ها یا دیتاسنترها) استفاده از کنترلرهای سخت‌افزاری با امکانات پیشرفته، سرعت بازیابی و ثبات بالا را در سازمان فراهم می‌کنند.

پردازش‌های سنگین I/O

در محیط‌هایی با IOPS بالا (مخفف Input/Output Operations Per Second) مانند دیتاسنترهای بزرگ، سرویس های ابری یا سرویس های میزبان ماشین مجازی، استفاده از کنترلرهای سخت‌افزاری می‌توانند IOPS و Latency را به‌صورت محسوسی بهبود دهد.

نیاز به Redundancy بالا و قابلیت بازیابی سریع

سرویس‌هایی که باید همیشه در دسترس باشند، اغلب نیاز به بازیابی سریع و اعمال کردن حداقلِ بار روی دیسک‌ها دارند. در چنین سرویس‌هایی، به‌کارگیری کنترلرهای سخت‌افزاری با قابلیت Rebuild سریع، Background patrol و امکانات پیشرفته‌ی دیگر، باعث کاهش قابل توجه ریسک از دست رفتن دیسک‌ها می‌شود.

محیط‌هایی که از سرورهای معتبر استفاده می‌کنند

تصور کنید در شبکه‌ شما از سرورهای HP استفاده می‌شود و حالا به تناسب نیازتان، باید از یکی از دو نوع RAID سخت‌افزاری یا نرم‌افزاری روی آن استفاده کنید. در چنین حالتی، خرید رید کنترلر سرور اچ پی از نوع سخت‌افزاری انتخاب بهتری نسبت به رید نرم‌افزاری است؛ زیرا این کنترلرها به صورت یکپارچه با سرور هم برند با خودشان کار می‌کنند، درایور و مدیریت vendor را دارند و در محیط‌های Enterprise بهتر پشتیبانی می‌شوند.

چه زمانی RAID نرم‌افزاری مناسب است؟

اگر موقعیت موردنظر شما برای استفاده از RAID سخت‌افزاری و نرم‌افزاری و انتخاب میان یکی از این دو، مطابق سناریوهای زیر است، توصیه می‌کنیم به جای انتخاب رید سخت‌افزاری، به سراغ انواع RAID نرم‌افزاری بروید:

استفاده شخصی یا تیم کوچک

برای محیط‌هایی که بار I/O سنگینی ندارند و بحث بودجه در آن‌ها، یک فاکتور تعیین‌کننده محسوب می‌شود، استفاده از RAID نرم‌افزاری گزینه‌ی مقرون‌به‌صرفه‌تری است و به خوبی نیاز این محیط‌ها را تامین می‌کند.

بودجه محدود

در کسب‌وکارهای کوچک یا پروژه‌های آزمایشی که نمی‌خواهند هزینه‌ی اولیه‌ی بالایی برای خرید کنترلر و پشتیبانی از RAID سخت‌افزاری بپردازند، انتخاب ریدهای نرم‌افزاری تصمیم بهتری خواهد بود و می‌توان بدون نیاز به بودجه ی سنگین، Redundancy پایه را فراهم کرد.

محیط‌های تست و توسعه (Dev/Test)

در محیط‌هایی که نیاز به بازسازی سریع، تغییر مکرر تنظیمات و آزمایش سطوح مختلف RAID دارند، با استفاده از RAID نرم‌افزاری می‌توان به شکل سریع‌تر و ارزان‌تری، تغییرات موردنیاز را در سیستم اعمال کرد و به همان کارایی مورد انتظار از RAID  رسید.

سوالات متداول درباره RAID نرم‌افزاری و سخت‌افزاری

آیا RAID جایگزین بکاپ است؟

خیر، RAID نوعی فناوری است که برای تداوم کار سرویس استفاده می شود و برخلاف بکاپ، هیچ نقشی در حفاظت کامل از داده ها ندارد.

آیا می‌توان RAID نرم‌افزاری را به RAID سخت‌افزاری ارتقا داد؟

بله، اما در صورت انجام این کار، داده های ذخیره شده توسط RAID نرم‌افزاری نیز باید به مقصد جدید منتقل شوند.

کدام RAID برای رسیدن سرعت بهتر مناسب است؟

 برای رسیدن به سرعت خواندن و نوشتن بالاتر داده ها، RAID سخت‌افزاری با حافظه ی کش و کنترلر قدرتمند، گزینه ی بهتری نسبت به RAID نرم‌افزاری است.

تفاوت بین RAID نرم‌افزاری و سخت‌افزاری در یک نگاه

در این مقاله با 6 تفاوت بین RAID نرم‌افزاری و سخت‌افزاری آشنا شدیم. با تکیه بر این تفاوت‌ها و ویژگی‌های خاص هر نوع RAID، پیشنهاد می‌کنیم که در صورت محدود بودن بودجه‌ی اولیه، مهارت فنی پایین، کوچک بودن تیم یا پروژه ی موردنظر خود و در نظر داشتن ویژگی‌هایی مانند قابل‌انتقال دیسک‌ها، به سراغ RAID نرم‌افزاری بروید. در مقابل، در حالتی که محیط مورد نظر شما دارای Latency/IOPS بالایی است، نیاز به خدمات و امکانات پیشرفته دارید، بودجه‌ی مناسبی فراهم کرده‌اید و قابلیت بازیابی و محافظت از اطلاعات برای شما اهمیت زیادی دارند، RAID سخت‌افزاری را انتخاب کنید. در صورتی‌که هنوز برای خرید بین این دو رید تردید دارید می‌توانید با شماره 0218363 تماس بگیرید.