اگر با دنیای ذخیرهسازی اطلاعات، بهویژه راهکارهای سازمانی آشنا باشید، احتمالاً میدونید که انتخاب درست ساختارRAID ، چقدر در کارایی، امنیت و بازیابی اطلاعات اهمیت داره.
ما در این مقاله قراره بهزبان ساده و البته تخصصی، یکی از پیشرفتهترین معماریهای RAID یعنی MSA-DP+ رو بررسی کنیم؛ راهکاری از شرکت HPE که با ترکیب کارایی بالا، قابلیت اطمینان و مقیاسپذیری بینظیر، به انتخابی حرفهای برای مراکز داده تبدیل شده است.
اگر به دنبال درک بهتر مفاهیم مثل Erasure Coding، Stripe Zones، Spare Capacity و مکانیزمهای هوشمند بازسازی اطلاعات هستید، این مقاله دقیقاً برای شما نوشته شده.
در ادامه با ما همراه باشید تا بفهمید چرا +MSA-DP میتواند آینده ذخیرهسازی در زیرساختهای سازمانی باشد.
معرفی فناوری +MSA-DP : راهکاری نوین برای ذخیرهسازی سازمانی با انعطافپذیری بالا
وقتی حرف از ذخیرهسازی داده در سطح سازمانی به میان میآید، عملکرد، پایداری و امنیت اهمیت زیادی پیدا میکند. HPE با معرفی فناوری RAID نوع MSA-DP+، یک راهکار پیشرفته برای ذخیرهسازی هوشمند ارائه داده است که هم سرعت بازیابی اطلاعات رو افزایش میدهد، هم ریسک از دست رفتن دادهها رو کاهش.
+MSA-DP چیست؟
MSA-DP+ (MSA Distributed Parity Plus) نوعی آرایش RAID محسوب میشود که با بهرهگیری از Erasure Coding، امکان گسترش گروههای دیسک از ۱۲ تا ۱۲۸ عدد را فراهم میکند. این فناوری با پشتیبانی از ویژگی Integrated Sparing یا همان ظرفیت یدکی داخلی، بدون نیاز به درایو یدکی اختصاصی، دادهها را در مواقع خرابی بازسازی میکند.
همچنین یک فناوری ذخیرهسازی پیشرفته محسوب میشود که در مقایسه با سایر انواع گروههای دیسک، بهویژه آنهایی که مبتنی بر RAID با پریتی(parity-based) هستند، دسترسیپذیری، انعطافپذیری و زمان بازسازی بهتری ارائه میدهد.
در این فناوری از Erasure Coding استفاده شده که امکان میدهد گروههای دیسک بهصورت مرحلهای از ۱۲ تا ۱۲۸ درایو توسعه پیدا کنند. همچنین، قابلیت استفاده از درایوهای یدکی داخلی (Integrated Sparing) نیز در آن گنجانده شده است.
یکی از مشکلات اساسی در گروههای دیسک سنتی این است که با افزایش تعداد درایوها، احتمال خرابی در یکی از آنها نیز افزایش مییابد. فناوری RAID بهمنظور محافظت در برابر این نوع خرابیها طراحی شده است؛ اما با افزایش ظرفیت درایوها، مدتزمان لازم برای بازسازی دادههای از دسترفته نیز بهصورت خطی افزایش مییابد. در نتیجه، افزایش همزمان ظرفیت و تعداد درایوها، ریسک از دسترفتن اطلاعات را بیشتر میکند.
اگرچه سیستمهای HPE MSA بهصورت هوشمند تنها دادههای تخصیصیافته را بازسازی میکنند، اما این فرآیند مستلزم وجود درایوهای سازگار یا تخصیص درایوهای یدکی(Spare drives) بهصورت جهانی است.
مدیریت درایوهای یدکی نیز چالشی رو به رشد محسوب میشود که در بسیاری از مواقع ممکن است باعث خاموشیهای برنامهریزینشده شود؛ چراکه این درایوها ممکن است بدون اطلاع مدیر سیستم، در گروههای دیسکی با وضعیت تخریبشده بهکار گرفته شوند. فناوری +MSA-DP راهحل مناسبی برای این چالشها ارائه میدهد.
برخلاف سایر انواع گروههای دیسک که در آنها تمامی درایوها در یک Stripe واحد مشارکت میکنند، در +MSA-DP دادهها در قالب (Stripe Zones) مناطقStripe با اندازهی ثابت سازماندهی میشوند. با افزایش تعداد درایوهای شرکتکننده در گروه، تعداد این مناطق نیز افزایش مییابد.
هر منطقهی Stripe شامل ۲۰۴۸ Stripe است که بهصورت متوالی بر روی LBAهای درایوها توزیع میشوند. هر Stripe یک صفحهی ۴ مگابایتی را ذخیره میکند و در مجموع، هر منطقهی Stripe میتواند تا ۸ گیگابایت داده را در خود جای دهد. بهعنوان نمونه، تصویر مربوط به این فناوری، بخشی کوچک از یک disk group بزرگتر با حداقل ۱۲ درایو را نمایش میدهد که ساختار توزیع Stripe در آن را نشان میدهد.
منطق نواری از قوانین ثابتی در سراسر disk group پیروی میکنند:
- یک منطقه نواری دقیقاً ده درایو را در بر میگیرد، اما نیازی نیست که درایوها از نظر فیزیکی یا منطقی مجاور باشند.
- هر درایو فقط میتواند شامل یک بخش از یک منطقه نواری (2048 تکه) باشد.
همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، مناطق Stripe در فناوری +MSA-DP بهصورت داخلی با استفاده از RAID 6 و در قالب چینش ۸+۲ محافظت میشوند؛ به این معنی که از هشت بخش داده و دو بخش پریتی (P و Q) برای محافظت از اطلاعات استفاده میشود.
در این ساختار، درایوهای اضافی موجود در گروه دیسک، در Stripe Zone شرکت نمیکنند؛ مانند درایوهای شماره ۱ و ۱۱ در این مثال.
در اینجا نیز مانند هر پیادهسازی استاندارد RAID 6، اطلاعات پریتی بهصورت چرخشی بین درایوهای شرکتکننده در هر Stripe توزیع میشود. در واقع، محل قرارگیری دادهها و پریتی در هر درایو در هر Stripe تغییر میکند. در هر Stripe، هر درایو ۵۱۲ کیلوبایت از دادههای کاربر یا اطلاعات پریتی را در خود ذخیره میکند
با پیشرفت فناوری دیسکها و افزایش ظرفیت آنها، اندازهی گروههای دیسک نیز بزرگتر میشود؛ مسئلهای که معمولاً نگرانیهایی در زمینهی دسترسپذیری (Availability) ایجاد میکند. با این حال، فناوری +MSA-DP با بهرهگیری از چندین روش پیشرفته، زمان موردنیاز برای بازیابی اطلاعات پس از خرابی یک دیسک را به شکل چشمگیری کاهش میدهد. در نتیجه، هرچه تعداد دیسکها در یک گروه بیشتر باشد، زمان بازسازی اطلاعات نیز سریعتر خواهد بود.
جدول مقایسه زمان بازیابی از حالت بحرانی تا تحمل کامل خطا
| +MSA-DP 24x HDDs | +MSA-DP 48x HDDs | +MSA-DP 12x HDDs | RAID 6 10x HDDs | |
| SSD | 7.2K | 7.2K | 7.2K | Rotational speed سرعت چرخش |
| 3.84TB | 10TB | 10TB | 10TB | Drive capacity ظرفیت درایو |
| 8 + 2 | 8 + 2 | 8 + 2 | 8 + 2 | Stripe layout طرح نواری |
| 0.61 | 2.5 | 17.5 | 26.14 | Hours to rebuild one drive (To degraded state) ساعت لازم برای بازسازی یک درایو (به حالت تخریبشده) |
| 3 | 22.5 | 35 | 47 | Hours to rebuild two drives (To fully fault tolerant) ساعت لازم برای بازسازی دو درایو (برای تحمل کامل خطا) |
| 1052.09 | 617.25 | 119.05 | 82.07 | Average rebuild rate (Fully fault tolerant) (MB/S) میانگین نرخ بازسازی (تحمل کامل خطا) (مگابایت بر ثانیه) |
علاوه بر استفاده از نواحی نواری (Stripe Zones)، گروههای دیسک در فناوری +MSA-DP دارای ظرفیت یدکی توزیعشده نیز هستند که بهصورت پیشفرض، برابر با ظرفیت دو عدد از بزرگترین دیسکهای موجود در گروه در نظر گرفته میشود.
برای مثال، اگر در یک گروه دیسک، همهی دیسکها دارای ظرفیت ۱۰ ترابایت باشند و مجموعاً ۱۲ دیسک وجود داشته باشد، آنگاه ظرفیت یدکی معادل ۲۰ ترابایت برای گروه در نظر گرفته میشود.
توزیع ظرفیت یدکی میان همهی دیسکها، دو ضعف عمدهی استفاده از دیسک یدکی اختصاصی را برطرف میکند:
- دیسک یدکی اختصاصی معمولاً غیرفعال باقی میماند و در عملکرد کلی گروه نقشی ندارد.
- زمان بازسازی اطلاعات در صورت خرابی، وابسته به عملکرد یک دیسک منفرد است.
در نمای سادهشدهای از یک گروه دیسک +MSA-DP که در شکل زیر نمایش داده شده، هر دیسک شامل پنج گروه ۲۰۴۸ تکهای (chunk) است. بنابراین، برای فراهمکردن ظرفیت معادل دو دیسک جهت عملیات یدکی، ۱۰ گروه ۲۰۴۸ تکهای بهصورت توزیعشده روی ۱۰ دیسک درون گروه قرار میگیرند.
برای افزایش پایداری و بهمنظور فراهمکردن عملکردی مشابه با تعریف درایوهای یدکی بیشتر در گروههای دیسک سنتی، میتوان یک «ظرفیت یدکی هدف» تعیین کرد که از مجموع ظرفیت دو دیسک هم بیشتر باشد.
برای مثال، اگر یک گروه دیسک شامل سیزده درایو ۱.۲ ترابایتی باشد، میتوان ظرفیت هدف را تا ۳.۶ ترابایت تنظیم کرد.
**نکته مهم**: در صورتی که ظرفیت هدف بالاتر از ظرفیت فعلی موجود تنظیم شود، لازم است که گروه دیسک +MSA-DP با درایوهای جدید گسترش پیدا کند. البته این عملیات تنها زمانی قابل انجام است که فرآیند اولیهسازی گروه دیسک به پایان رسیده باشد.
**نکته**: بر خلاف مکانیزمهای سنتی استفاده از درایو یدکی در گروههای دیسکی، گروههای دیسک +MSA-DP به «تخصیص موقعیتی» (Slot Affinity) برای درایوهای معیوب پایبند هستند. به این معنا که اگر یک درایو دچار خرابی شود و یک درایو جدید دقیقاً در همان محل قبلی نصب گردد، سیستم بهطور خودکار آن را به همان گروه دیسک قبلی اختصاص میدهد و فرآیند بازسازی اطلاعات از دسترفته آغاز میشود.
در صورت خرابی یک درایو، بخشهای ازدسترفتهی ناحیههای نواری (Stripe Zones) آسیبدیده، در ظرفیت یدکی موجود درون همان گروه دیسک بازسازی میشوند. با این حال، امکان بازسازی دادهها روی درایوی که قبلاً شامل اطلاعات مربوط به همان ناحیه بوده وجود ندارد، زیرا این کار باعث کاهش سطح در دسترس بودن (Availability) گروه دیسک و استخر ذخیرهسازی میشود.
از آنجایی که هر درایو شامل چندین ناحیه نواری است، تمام درایوهایی که بخشی از دادههای آن ناحیه را نگهداری میکنند، بهصورت مشترک و در یک رابطهی «چند به چند» (many-to-many) در فرآیند بازسازی دادهها شرکت میکنند. این روش در مقایسه با مدل سنتی «چند به یک» (many-to-one) که تنها یک درایو یدکی را درگیر میکرد، عملکرد بهتری در بازسازی اطلاعات و حفظ کارایی سیستم دارد.
زمانی که تنها یک درایو در یک گروه دیسک از نوع +MSA-DP دچار خرابی میشود، معمولاً مجموعهای از نوارهای داده (stripes) بدون مشکل باقی میمانند (و همچنان مقاوم در برابر خطا هستند) و برخی دیگر وارد وضعیت تخریبشده (degraded) میشوند؛ یعنی یکی از ده درایوی که دادههای آن ناحیه را ذخیره میکردند، دیگر در دسترس نیست.
اگر درایو دوم نیز دچار خرابی شود، نوارهای داده میتوانند در یکی از سه وضعیت قرار بگیرند:
- مقاوم در برابر خطا (Fault-tolerant)
- تخریبشده (Degraded)
- بحرانی (Critical) — یعنی دو درایو از ده درایو حاوی دادههای آن ناحیه از دست رفتهاند.
برای کاهش تأثیر این خرابیها بر در دسترس بودن دادهها، گروههای دیسک +MSA-DP فرآیند بازسازی اطلاعات را در دو مرحله انجام میدهند:
- مرحله اول: بازسازی نوارهایی که از هر دو درایو دچار خرابی شدهاند (مطابق با شکل 1)
- مرحله دوم: بازسازی باقی نوارهای تخریبشده (مطابق با شکل 2)
در مرحله اول، اولویت با ناحیههایی است که در وضعیت بحرانی قرار دارند تا دستکم به حالت تخریبشده بازگردند؛ زیرا در این حالت اگر درایو سومی نیز از کار بیفتد، دادهها در معرض از بین رفتن قرار نمیگیرند.
پس از اتمام مرحله اول، مرحله دوم آغاز میشود و سایر نوارهای تخریبشده نیز بازسازی میگردند تا نهایتاً همه ناحیهها دوباره به حالت مقاوم در برابر خطا برسند.
در صورتی که ظرفیت یدکی (Spare Capacity) به پایان برسد و دو درایو دیگر نیز از کار بیفتند، برخی از ناحیههای داده (Stripe Zones)، کل گروه دیسک و در نهایت استخر داده (Pool) وارد وضعیت بحرانی میشوند. البته بسته به تعداد درایوهای موجود در گروه، ممکن است برخی یا حتی تعداد زیادی از ناحیهها همچنان در وضعیت مقاوم باقی مانده باشند.
برای کاهش خطر از دست رفتن اطلاعات، مکانیزمی به نام بازتوزیع نوارهای مقاوم در برابر خطا (REFT) تلاش میکند تا تکههای داده (Chunks) را از ناحیههای مقاوم به ناحیههای بحرانی انتقال دهد. این کار باعث میشود توزیع دادهها به تعادل نزدیک شود و خطر از بین رفتن اطلاعات کاهش یابد.
با این حال، قوانین مربوط به توزیع ناحیهها همچنان برقرار است؛ به این معنا که یک درایو نمیتواند فضای خود را در اختیار ناحیهای قرار دهد که خودش هماکنون عضوی از آن است.
** نکته مهم**: گروههای دیسک +MSA-DP فقط زمانی مکانیزم REFT(بازتوزیع نوارهای مقاوم در برابر خطا) را فعال میکنند که مدیر سیستم در جایگزینی درایوهای معیوب کوتاهی کرده باشد. بر اساس توصیههای فنی، حتماً اطمینان حاصل کنید که سیستم اعلانها (Notifications) بهدرستی پیکربندی شده و بدون مشکل در حال کار است.
چرا باید از +MSA-DP استفاده کنیم؟
اگر به دنبال راهکاری هستید که:
- در برابر خرابیهای پیدرپی مقاوم باشه
- عملکردی سریع و بدون توقف ارائه بده
- بدون نیاز به سختافزار اضافی، بازسازی داده انجام بده
- و در عین حال مدیریت آسان و اتوماتیکی داشته باشه
فناوری +MSA-DP از شرکت HPE یکی از بهترین انتخابهای حال حاضر برای زیرساختهای سازمانی محسوب میشه.
این تکنولوژی، با ترکیب هوش در طراحی و امنیت در عملکرد، آیندهی ذخیرهسازی سازمانی رو متحول میکنه.
اگر آمادهاید که سیستم ذخیرهسازی شرکت خود را رو به سطح بالاتری ببرید، با ما در شرکت آداک فناوری مانیا همراه باشید.
