تفاوت کش سرور و ریدکنترلر سرور

با توجه به پیچیده شدن محاسبات و عملیات سنگین، افزایش قدرت سیستم برای ارائه کارایی و عملکرد بیشتر اهمیت زیادی دارد، از این رو عوامل زیادی هستند که می توانند در بالا بردن کارایی سیستم تاثیر بگذارند، یکی از این عوامل حافظه نهان یا همان cache هستند که برای به حداکثر رساندن کارایی سیستم، ذخیره سازی و حفظ داده های ارسالی به کار برده می شود.

کش های سرور با پشتیبانی از کنترلرهای آرایه هوشمند به شما عملکرد قابل قبولی به ارمغان می آورند. ما در این مقاله قصد داریم تا شما را با رید کنترلر و کش سرور آشنا سازیم که چه تفاوتی با هم دارند و چگونه بر عملکرد سرور تاثیر خواهند داشت؛ کش سرور و ریدکنترلر سرور از لوازم جانبی سرور به شمار می آیند و در بازار تجهیزات شبکه به فروش می رسد. برای پیدا کردن پاسخ تفاوت کش سرور و ریدکنترلر سرور باید به بررسی نقش هر یک در سرور بپردازیم، تا بتوانیم به درستی به بررسی تفاوت میان انها پی ببریم. در ابتدا می خواهیم بدانیم ریدکنترلر چیست و چه نقشی در سیستم دارد؟

رید کنترلر سرور چیست و چه نقشی دارد:

یک رید کنترلر به عنوان یک کنترل کننده آرایه دیسک نیز شناخته می شود و به نوعی جزء ذخیره سازها است که درایوهای دیسک را در زیرساخت RAID مدیریت می کند. RAID مخفف Redundant Array of Independent Disk به معنی آرایه اضافی از دیسک های مستقل است یعنی مدیریت آرایه های دیسک در سرور را بر عهده دارد. یک Raid Controller، یک کارت یا تراشه است که بین سیستم عامل و یک درایو ذخیره سازی (معمولا یک هارد دیسک) قرار دارد.

 ریدکنترلر دارای دو عملکرد اصلی است:

1. این قطعه می تواند به ترکیب چند درایو ذخیره سازی با سرعت کم یا ظرفیت کم در یک درایو واحد سریعتر و با حجم بالاتر بپردازد، به طوری که آنها به عنوان یک واحد منطقی با هم کار کنند.
2. ایجاد افزونگی برای اطمینان از قابلیت استفاده از داده ها در صورت خرابی درایوها می باشد.

کش سرور چیست و چه نقشی دارد:

کش ها وظیفه انتقال داده از محلی که داده ها ذخیره میشوند را دارند به این معنا که وظیفه دارند، داده ها را به طور موقت در حافظه نهانی که در رید کنترلر واقع شده است ذخیره سازد. کش در سرور یک حافظه موقت برای ذخیره سازی داده ها است که در اختیار پردازنده قرار می گیرد. کش سرور معمولا به پردازنده سرور به طور مستقیم متصل هستند که سرعت دسترسی را بسیار بهبود می بخشند. حافظه نهان یا کش و فرآیند انتقال داده به وسیله رید کنترلر مدیریت می شود.

کش ها از تراشه های پر سرعت وسیلیکونی DRAM تشکیل شده اند و زمان خواندن داده های DRAM حدودا یک میلیون برابر سریع تر از زمان دسترسی عادی به هارد درایوهای معمولی است. در هنگام نوشتن و ارسال داده ها، همین که سیستم میزبان داده ها را در حافظه کش بنویسد، عملیات نوشتن به اتمام می رسد و سیستم میزبان آماده می شود تا عملیات بعدی را انجام دهد. در چنین مواقعی، میزبان زمان بیشتری نیاز ندارد تا داده ها را در دیسک بنویسد. بدین ترتیب استفاده از کش در کنترلرهای رید HP، سرعت عملیات نوشتن را افزایش می دهد و عملکرد سیستم را بهبود می بخشد.

اهمیت کش و ریدکنترلر در سرور:

حافظه نهان کش و ریدکنترلرها در سرور، موجب بهینه سازی عملکرد و بالا بردن سرعت پردازش داده ها در سیستم می شوند، در واقع با تعاملی که این دو قطعه با هم برقرار می سازند موجب می شوند تا بار کاری سرور به شکلی تاثیر گذار مدیریت شود و کارایی و عملکرد سیستم را به شکلی چشمگیر بهبود می بخشد.

انواع کش سرور:

با توجه به آن که کش ها در انواع متفاوتی موجود هستند و در سطوح مختلفی یافت می شوند، هریک از آنها عملکرد متفاوتی دارند و نتیجه متفاوتی در عملکرد سرور دارند:

• Level1 Cache: این نوع کش کوچک ترین و سریع ترین نوع در میان کش ها می باشد که به صورت مستقیم در داخل پردازنده قرار می گیرد. کاربری این کش برای داده های پر مصرف که دسترسی به آن ها سریع است، می باشد.
• Level2 Cache: این نوع کش از کش سطح 1 کمی بزرگتر است و روی چیپست های پردازنده و یا در نزدیکی آن ها نصب می شود. کش سطح 2 موجب می گردد تا دسترسی به داده ها از حافظه رم سرور سریع تر اتفاق بیفتند.
• Level3 Cache: کش سطح 3 از کش سطح 2 بزرگتر است و بین هسته های پردازنده به اشتراک گذاشته می شود. این نوع کش در داده های بزرگ و پیچیده موجب بهبود عملکرد می شود.
• Disk Cache یا کش دیسک: این نوع کش برای ذخیره سازی داده ها و دستورالعمل هایی که به صورت موقت هستند و از دیسک به پردازنده ارسال می شوند، مورد استفاده قرار می گیرد. سرعت خواندن و نوشتن را در هارد نیز افزایش می دهد.

انواع ریدکنترلر سرور:

• RAID 0: از نوار دیسک استفاده می کند و هیچ افزونگی ارائه نمی دهد، اگر هر یک از درایوها خراب شوند، در این سطح، واحد RAID از کار می افتد.
• RAID 1: از Mirroring برای ارائه افزونگی با نوشتن داده ها به صورت یکسان در دو درایو استفاده می کند.
• RAID 5: خواندن و نوشتن را به طور یکنواخت با استفاده از نوارگذاری در سطح بلوک با برابری توزیع شده متعادل می کند، به این معنی که هیچ دیسکی به گلوگاه تبدیل نمی شود.
• RAID 6: همانند RAID 5 کار می کند، اما یک بلوک برابری اضافی در هر دیسک در آرایه اضافه می کند.
• RAID 10: امکان ترکیب سطوح برای تولید یک سطح RAID دو رقمی وجود دارد، بنابراین این سطح ترکیبی از سطح 1 و 0 است که این سطح را انعطاف‌پذیر و در عین حال سریع می‌کند.
• RAID 50: این سطح سطوح 5 و 0 را ترکیب می کند که آن را قادر می سازد حفاظت از داده ها و بازسازی سریع را ارائه دهد.
• RAID 60: این سطح ترکیبی از سطوح 6 و 0 است و معمولاً به عنوان محافظت از خرابی درایو دوگانه شناخته می شود.

یک کنترلر RAID چگونه کار می کند؟

یک کنترل‌کننده RAID با مجازی‌سازی درایوها به گروه‌های مجزا با ویژگی‌هایی همچون حفاظت از داده و افزونگی خاص کار می‌کند. رابط front-end معمولاً از طریق یک آداپتور Host Bus با سرور ارتباط برقرار می کند در حالی که رابط back-end دیسک های زیرین را مدیریت و با آن ارتباط برقرار می کند. یک کنترلر، ذخیره سازی دیسک های فعال را به سیستم عامل ارائه می دهد و یک رید کنترلر به عنوان حافظه پنهان RAM عمل می کند و عملکرد RAID را ارائه می دهد. بنابراین، یک کنترلر RAID یک کنترل کننده ذخیره سازی نیست.

یک کنترلر RAID که برای محیط SATA ساخته شده است روی آرایه SAS کار نمی کند. این به این دلیل است که کنترل‌کننده‌های RAID بر اساس ویژگی‌های متعددی مانند پروتکل نوع درایو (SATA یا SAS)، تعداد پورت‌ها و تعداد درایوها، معماری رابط، سطوح RAID خاص و مقدار حافظه موجود در حافظه پنهان طبقه‌بندی می‌شوند. هویت و تعداد دیسک های RAID همه به پیکربندی یک کنترلر RAID بستگی دارد.

یک کنترلر RAID برای شما یا کسب و کارتان بسیار مفید خواهد بود اگر برای شما زمان آپدیت و در دسترس بودن از اهمیت بالایی برخوردار است، در حالی که دارای حالت پشتیبان‌گیری هستید و داده هایتان بیمه هستند، بازیابی مقادیر زیادی از داده‌ها (مثلاً در صورت خرابی درایو) ممکن است ساعت‌ها طول بکشد. اگر این پشتیبان‌گیری‌ها ساعت‌ها یا روزها پیش باشد، تمام داده‌های ذخیره شده یا تغییر یافته از آخرین نسخه پشتیبان را از دست خواهید داد.

با RAID، می‌توانید بدون از دست دادن اطلاعات و در بسیاری از موارد، بدون هیچ‌گونه خرابی، از خرابی یک یا چند درایو عبور کنید. با این حال، استفاده از RAID به عنوان یک جایگزین کامل برای پشتیبان‌گیری توصیه نمی‌شود، زیرا رید کنترلر 100% آپتایم را ارائه نمی‌کند.

بیبشتر بخوانید: رید کنترلر چیست و چه کاربردی دارد

چگونه Controller RAID خود را بررسی کنیم:

اگر رایانه یا سرور شما دارای کنترلر RAID نیست، می توانید آن را نصب کنید. انواع مختلفی از کنترلرهای RAID وجود دارد، یک کارت کنترلر RAID، یک واحد کنترل کننده RAID مستقل یا حتی یک محفظه مستقل. اگر می خواهید وضعیت کنترلر RAID خود را مشاهده کنید، در بیشتر موارد باید نرم افزار تخصصی را برای این کار نصب کنید.

مهم است بدانید که RAID می تواند از طریق نرم افزار یا سخت افزار انجام شود. اگر یک RAID مبتنی بر سخت افزار دارید، معمولاً می توانید آن را در اسلات PCIe مادربرد رایانه شخصی پیدا کنید. پردازش بر روی یک سیستم RAID جداگانه انجام می شود، بر خلاف RAID نرم افزار، که بار CPU سیستم را کاهش می دهد. با گزینه نرم افزار، RAID از طریق نرم افزار مستقر در یک سیستم عامل انجام می شود.

ابتدا با شناسایی نیازمندی‌های خود، می‌توانید مشخص کنید که کدام سطح/نوع کنترلر RAID مناسب‌تر است. علاوه بر سطوح RAID خاص که در بالا ذکر شد، کنترل‌کننده‌های RAID بر اساس نوع درایو (مانند SATA یا SAS)، تعداد پورت‌ها و درایوهایی که می‌تواند پشتیبانی کند، معماری رابط و میزان حافظه در حافظه نهان داخلی طبقه‌بندی می‌شوند. به عنوان مثال، یک کنترلر RAID ساخته شده برای آرایه SAS در محیط SATA کار نخواهد کرد. علاوه بر این، یک کنترلر RAID 1 را نمی توان به یک کنترلر RAID 10 تغییر داد.

تفاوت کش سرور و ریدکنترلر سرور:

• انعطاف پذیری: اولین تفاوت کلیدی انعطاف پذیری کش است. اکثر کنترلرهای RAID به حافظه پنهان نیاز دارند که حافظه فلش روی خود کنترلر باشد. در حالی که این امکان دسترسی مستقیم به حافظه پنهان را برای کنترلر فراهم می کند، اما تعداد انتخاب هایی را که مدیر ذخیره سازی باید از بین آنها انتخاب کند، محدود می کند. اغلب هیچ انتخابی وجود ندارد; فلش باید از فروشنده کنترلر باشد. از سوی دیگر، یک حافظه کش سمت سرور مبتنی بر نرم افزار، معمولاً می تواند با هر نوع فلشی که توسط سرور قابل دسترسی است کار کند. این می تواند به معنای یک SSD PCIe یا SSD شکل درایو در داخل سرور باشد. همچنین به این معنی است که یک نرم‌افزار می‌تواند بدون توجه به مکان، چندین کش در چندین دستگاه ایجاد کند. حتی می تواند یک SSD مشترک اجرا شده در SAN باشد. سپس می‌تواند از آن کش برای پشتیبانی از هر جریان ورودی/خروجی (بلاک یا فایل) که سیستم با آن تعامل دارد، استفاده کند. یک کنترلر RAID حافظه پنهان تنها می‌تواند حجم‌هایی را که مستقیماً کنترل می‌کند، ذخیره کند و این به معنای حذف خاص یک کانال فیبر متصل یا سیستم ذخیره‌سازی متصل به شبکه است. در حالی که ممکن است هنگام کش کردن در کنترلر RAID مقداری تاخیر کاهش یابد، اما مزیت آن در مقایسه با حافظه نهان مبتنی بر نرم افزار که از یک PCIe SSD استفاده می کند بسیار کم است. حتی اگر یک فاکتور فرم درایو یا فلش متصل به SAN توسط نرم افزار حافظه پنهان استفاده شود، تأثیر تأخیر حداقل خواهد بود و توسط اکثر برنامه ها قابل توجه نیست. با قابلیت ذخیره انواع حجم و مکان‌های مختلف، حافظه پنهان نرم‌افزار می‌تواند سلسله مراتبی از حافظه پنهان ایجاد کند تا هزینه سرمایه‌گذاری را در مقابل شتاب واقعی ارائه شده متعادل کند.
• ظرفیت: یک مزیت مستقیم از انعطاف پذیری کش در حافظه پنهان سمت سرور مبتنی بر نرم افزار این است که چقدر ظرفیت می توان به عملکرد ذخیره سازی داد. کش تنها زمانی موثر است که اکثریت داده های داغ به جای هارد دیسک از کش خوانده شوند. ظرفیت حافظه نهان به طور مستقیم بر نسبت ضربه / از دست دادن تأثیر می گذارد. در حالی که بزرگتر از حافظه نهان DRAM اولیه خود هستند، کنترل کننده های کش معمولاً فقط می توانند یک یا دو ماژول کش داخلی را پشتیبانی کنند. کش های مبتنی بر نرم افزار هیچ محدودیت عملی ندارند زیرا می توانند به حافظه فلش از PCIe دسترسی داشته باشند و آن ها را جمع آوری کنند، SSD های فرم فاکتور درایو و SSD مشترک را درایو کنند.
• آگاهی: راه دیگر برای بهینه‌سازی نسبت‌های ضربه به حافظه پنهان این است که در نحوه استفاده از حافظه پنهان موجود هوشمندتر باشید. در حالی که ظرفیت نامحدود گزینه خوبی است، اما گران است. در حالت ایده آل باید تعادلی بین اندازه حافظه پنهان و هوش حافظه پنهان وجود داشته باشد. بهترین راه برای حافظه نهان برای به دست آوردن این هوش، آگاهی از برنامه ای است که در حال شتاب دادن است. در محیط مجازی، این به این معنی است که می‌توانید ماشین‌های مجازی را به حجم‌های کش خاص جدا کنید یا حتی کل VM را به حافظه پنهان پین کنید. این همچنین به معنای درک نحوه تنظیم داده ها توسط محیط و نحوه دسترسی به آن داده ها است.
• پیاده سازی اولیه: یکی از مزیت‌های نظری اجرای RAID حافظه پنهان این است که هیچ نرم‌افزار اضافی برای نصب غیر از درایورهای کنترلر وجود ندارد. کش سمت سرور مبتنی بر نرم افزار، از سوی دیگر، نیاز به نصب نرم افزار بر روی هاست دارد. این که یک کنترلر چقدر “آسان تر” نصب می شود به موقعیت بستگی دارد. به عنوان مثال، اکثر برنامه ریزان فناوری اطلاعات نیاز به حافظه پنهان در نقطه اجرای سرور را پیش بینی نمی کنند. واقعیت این است که اکثر محیط‌ها در یک مقطع زمانی پس از اجرای اولیه نیاز به افزودن تدریجی حافظه پنهان دارند. این بدان معناست که کنترلر RAID اولیه باید با یک کنترلر کش جدید جایگزین شود. این به معنای خاموش کردن سرور، نصب کارت جدید و نصب احتمالی درایورهای جدید است. این را با کش نرم افزاری مقایسه کنید که نیاز به نصب دارد اما نیازی به خاموش کردن و باز کردن سرور ندارد. در واقع در برخی موارد، راه اندازی مجدد حتی مورد نیاز نیست. تنها مزیتی که یک کنترلر کش ممکن است داشته باشد این است که سرور با یک کنترلر RAID کش شده از قبل سفارش داده شده باشد و نیازی به کش کردن حجم های شبکه وجود نداشته باشد. در غیر این صورت اجرای یک کنترلر RAID حافظه پنهان در واقع می تواند دشوارتر باشد.
• تاثیر عملکرد حافظه پنهان: یکی دیگر از مزیت های تئوری کنترلر RAID حافظه پنهان این است که پردازش کش واقعی به صورت “on-board” انجام می شود. این بدان معنی است که برای انجام تجزیه و تحلیل داده های مورد نیاز برای تعیین اینکه کدام داده باید در حافظه پنهان باشد و کدام نه باید از CPU میزبان و منابع حافظه استفاده شود. این منابع همچنین برای انجام کپی داده های واقعی از لایه هارد دیسک به لایه کش استفاده می شوند. اینکه چقدر این ممکن است تاثیرگذار باشد تا حد زیادی به خود برنامه بستگی دارد. برای اکثر محیط ها باید ناچیز باشد زیرا اکثر آنها معمولاً بیش از اندازه کافی منابع CPU در حالت بیکار دارند.

نتیجه گیری:

تا به اینجا به بررسی تفاوت کش سرور و ریدکنترلر سرور پرداختیم، حال با علم به این موضوع می توانیم دریابیم که چگونه بین یک کنترلر و حافظه پهنان کش انتخاب کنیم و این کار برای ما ساده گشته است. حافظه نهان دارای مزیت هایی از قبیل؛ انعطاف پذیری، کارایی، ظرفیت و .. است که موجب بالا بردن عملکرد سیستم می گردد.

اما هر دو قطعه یعنی کش و ریدکنترلر سرور هر دو از قطعات بسیار مهم و تاثیر گذار در سرور به شمار می آیند که می توانند تاثیر به سزایی در عملکرد سرور داشته باشند. با توجه به مطالب گفته شده، شما می توانید انتخاب مناسبی داشته و عملکرد را بهبود ببخشید و با در نظر داشتن ویژگی هایی همچون نوع کش، ظرفیت، قابلیت ها و تعداد هارد با توجه به نیاز خود بهترین گزینه را انتخاب کنید. از اینکه با ما تا انتهای این مقاله همراه بودید، کمال تشکر و قدردانی را داریم. برای مطالعه سایر مطالب و مقالات میتوانید به مجله اینترنتی مسترشبکه مراجعه کنید و به مطالعه آن ها بپردازید.