RAID
Geschichte
International Conference
on Management of Data (1988, Chicago, Illinois, USA)
Ursprünglicher Name aus
Marketinggründen abgelegt
Organisation mehrerer
physischer Datenträger (keine Partitionen) zu einem logischen Laufwerk
(Partition)
1988 Ursprünglich
Erfunden (deshalb inexpensive) um Festplatten logisch zusammenzuschließen und
dadurch den Kauf einer überproportional teuren einzelnen Festplatte mit mehr
Kapazität zu vermeiden
höhere
Geschwindigkeit
Kostengünstiger
Zuverlässiger
Erweiterbar
bei modernen
Systemen im laufenden Betrieb Auswechselbar
Absicherung beim Ausfall
einzelner Datenträger, da Daten mehrfach vorhanden (Redundanz, Vorkommen
doppelter Daten)
Merkmale
Erhöhung der
Ausfallsicherheit
Aufbau großer logischer
Laufwerke
Austausch defekter
Festplatten und Erhöhung der Speicherkapazität während Systembetriebs
Wie ?
Raid-Konzepte
Mirroring:
Kopieren von Daten -
Doppelt vorhanden | Spiegelbilder
Striping:
Gleichmäßiges Verteilen
von Daten auf mehrere Festplatten
Error Correction:
Paritätsbit wird für
Datenblöcke Angelegt
Fehlererkennung, keine
Korrektur Womit?
Raid-Techniken
Steuerung der
Festplatten über pure Software-Lösung (Betriebssystem + Programm)
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Arbeitsspeicher des
Rechners / Servers wird verwendet
PCI-Systembusse
werden stärker belastet
Keine Zusätzliche
Hardware außer Festplatten benötigt (JBODs, Just a Bunch Of Disks)
vor allem bei
Storage-Servern verwendet, da Systeme nicht ausgelastet
Steuerung der Festplatten
über RAID-Controller in PC oder im Festplattengehäuse (wenn da)
Keine (zusätzlichen)
Performanceeinbußen
Controller für
Heimanwender meist auf Mainboard (kein Echtes RAID da Rechenarbeit von
Hauptprozessor übernommen), sonst dedizierte Karte
kein eigentliches RAID, 1988):
nicht redundant
Schnelle
Datenübertragungen
keine Datensicherheit
günstig, da kaum
Anforderungen an Controller
Raid 0
Streng genommen kein
wirkliches RAID, da es keine Redundanz gibt
gesteigerte
Transferraten, indem die beteiligten Festplatten in zusammenhängende Blöcke
gleicher Größe aufgeteilt werden, wobei diese Blöcke quasi im
Reißverschlussverfahren zu einer großen Festplatte angeordnet werden
Somit können Zugriffe
auf allen Platten parallel durchgeführt werden
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Raid 1
speichert auf allen
Festplatten die gleichen Daten (Spiegelung) und bietet somit volle Redundanz.
Die Kapazität des Arrays ( Anordnung) ist hierbei höchstens so groß wie die
kleinste beteiligte Festplatte, da die Daten einer Fastplatte auch auf der
anderen vorhanden sein müssen
Fällt eine der
gespiegelten Platten aus, kann jede andere weiterhin alle Daten liefern.
Besonders für sicherheitskritische Anwendungen ist das unverzichtbar
RAID 1 bietet eine hohe
Ausfallsicherheit, denn zum Totalverlust der Daten führt erst der Ausfall aller
Platten
Eine Spiegelplatte ist
kein Ersatz für eine Datensicherung, da sich
auch versehentliche oder fehlerhafte Schreiboperationen (Viren, Stromausfall,
Benutzerfehler) augenblicklich auf die Spiegelplatte übertragen
Raid 2
RAID 2 spielt in der
Praxis keine Rolle mehr
Wenn überhaupt nur bei
Großrechnern verwendet (da normalerweise 10 Platten)
Die Daten werden hierbei
in Bitfolgen fester Größe zerlegt und mittels eines Hamming-Code
(Fehlerkorrigierung) auf größere Bitfolgen abgebildet, Teilt Daten nicht in Blöcke
sondern auf BIT-Ebene
hoher Datendurchsatz,
Verteilt nach Striping-Prinzip
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Generiert einen
Fehlerkorrekturcode, der auf eine zusätzliche Festplatte geschrieben wird
Ist ein einziges Bit
fehlerhaft kann es an Hand der Fehlerkorrekturcodes sofort korrigiert werden -
Error Checking & Correction (ECC), gleicht einzelne Bitfehler aus
Raid 3
Primär Datensicherung
Im RAID 3 werden die
eigentlichen Nutzdaten normal auf einer oder mehreren Daten-Platten
gespeichert. Außerdem wird eine Summen-Information auf einer zusätzlichen
Paritäts-Platte gespeichert
Für die Paritäts-Platte
(zur Datensicherung) werden die Bits der Datenplatten zusammengezählt und die
errechnete Summe wird darauf untersucht, ob sie eine gerade oder eine ungerade
Summe darstellt; eine gerade Summe wird auf der Paritäts-Platte mit dem Bit-Wert
0 gekennzeichnet; eine ungerade Summe wird mit dem Bit-Wert 1 gekennzeichnet
Die Datenplatten
enthalten also normale Nutz-Daten, während die Paritäts-Platte nur die
Summen-Informationen enthält.Der Gewinn durch ein RAID 3 ist folgender: Man
kann beliebig viele Datenplatten verwenden und braucht für die Daten-Sicherung
trotzdem nur eine einzige Platte, nämlich die Paritäts-Platte.
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RAID 3 ist inzwischen
vom Markt verschwunden und wurde weitgehend durch RAID 5 ersetzt
RAID 3 mit 2 Festplatten
= RAID 1 (Daten doppelt vorhanden)
Raid 4
Es werden ebenfalls
Paritätsinformationen berechnet, die auf eine dedizierte Festplatte geschrieben
werden. Allerdings sind die Einheiten, die geschrieben werden, größere
Datenblöcke (englisch chunks) und nicht einzelne Bytes, was die Gemeinsamkeit
zu RAID 5 ausmacht.
Hohe Ausfallraten
Wegen der fest
definierten Paritätsplatte bei RAID 4 wird stattdessen fast immer RAID 5 bevorzugt.
Eine Ausnahme bildet ein
Systemdesign, bei dem die Lese- und Schreiboperationen auf ein NVRAM (z.b. Flash-Speicher?) erfolgen. Das NVRAM bildet einen
Puffer, der die Übertragungsgeschwindigkeit kurzfristig erhöht, die Lese- und
Schreiboperationen sammelt und in sequenziellen Abschnitten auf das
RAID-4-Plattensystem schreibt. Dadurch werden die Nachteile von RAID 4
vermindert, und die Vorteile bleiben erhalten.
Raid 5
RAID 5 bietet sowohl
gesteigerten Datendurchsatz beim Lesen von Daten als auch Redundanz und ist
dadurch die beliebteste RAID-Variante
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