RAID-Übersicht

    RAID ist eine Technologie, die zur Steigerung der Leistung und Zuverlässigkeit bei der Datenspeicherung eingesetzt wird. Ein RAID-System besteht aus zwei oder mehr parallel betriebenen Laufwerken, bei denen es sich um Festplatten oder SSDs (Solid-State-Laufwerke) handeln kann. RAID lässt sich in SoftRAID und HardRAID unterteilen. Bei SoftRAID wird die Speicherarchitektur vom Betriebssystem verwaltet. Bei HardRAID befinden sich ein dedizierter Controller und ein Prozessor auf der Festplatte, um den Speicher zu verwalten.

RAID-Stufen

Zu den RAID-Levels gehören die Basis-RAID-Level (0, 1, 5 und 6) sowie die Striped-RAID-Level (10, 50 und 60).Striped-RAID-Arrays kombinieren zwei oder mehr Basis-RAID-Arrays, um eine höhere Leistung, Kapazität und Verfügbarkeit zu bieten, indem sie die maximale Anzahl von Laufwerken überwinden, die von jedem Array auf einem bestimmten RAID-Controller unterstützt werden.

RAID 0

RAID 0 basiert auf dem Prinzip des Daten-Striping, bei dem der Datenstrom in mehrere Segmente oder Blöcke aufgeteilt wird, wobei jeder Block auf einer anderen Festplatte gespeichert wird. Wenn das System die Daten lesen muss, kann es daher gleichzeitig Daten von allen Festplatten lesen und diese kombinieren, um den gesamten Datenstrom wiederherzustellen. Der Vorteil dieses Ansatzes besteht darin, dass Lese- und Schreibvorgänge deutlich schneller sind, was ihn ideal für Szenarien macht, in denen Leistung Vorrang vor anderen Aspekten hat. Zudem entspricht die Gesamtkapazität des gesamten Volumes der Summe der Kapazitäten aller einzelnen Festplatten.

Was ist Striping? Die Daten werden auf mehrere Festplatten aufgeteilt und gleichmäßig über alle Festplatten verteilt, wodurch eine Überlastung einzelner Festplatten vermieden wird. Die Daten können gleichzeitig von mehreren Festplatten abgerufen werden, was die Geschwindigkeit und Leistung verbessert.

Vorteile

• Die Daten sind auf mehrere Laufwerke verteilt

• Der Speicherplatz ist vollständig belegt

• Es sind mindestens 2 Laufwerke erforderlich

• Hohe Leistung

Nachteile

• Keine Datenredundanz

• Bietet keine Fehlertoleranz

• Kein Mechanismus zur Fehlererkennung

• Der Ausfall einer einzelnen Festplatte führt zum vollständigen Datenverlust im entsprechenden Array

RAID 1

RAID 1 basiert auf dem Prinzip der Datenspiegelung, bei dem Daten auf eine Gruppe identischer Festplatten gespiegelt oder geklont werden, sodass bei Ausfall einer Festplatte eine andere zum Einsatz kommen kann. Außerdem verbessert es die Leseleistung, da gleichzeitig von allen Festplatten auf verschiedene Datenblöcke zugegriffen werden kann.

Im Gegensatz zu RAID 0 ist die Schreibleistung jedoch geringer, da alle Laufwerke aktualisiert werden müssen, sobald neue Daten geschrieben werden. Ein weiterer Nachteil ist, dass durch die Replikation von Daten Speicherplatz verschwendet wird, was die Speicherkosten erhöht.

Was ist Datenspiegelung? Die Spiegelung von Daten auf mehrere Festplatten bedeutet, dass Kopien der Daten auf verschiedenen Speichergeräten gespeichert werden, was zudem die Redundanz und die Leistung erhöht.

RAID 1 ist die am häufigsten verwendete RAID-Konfiguration und dient dazu, die Sicherheit der gespeicherten Daten zu erhöhen. Wenn beispielsweise eine Datei auf eine Festplatte geschrieben und dort gespeichert wird, wird sie automatisch auch auf den Festplatten 2, 3 oder anderen Festplatten gespeichert. Das bedeutet, dass das System vollständige Redundanz bietet, d. h., wenn eine Festplatte ausfällt, ist die zweite Festplatte bereit, die Aufgaben zu übernehmen.

Vorteile

·Führt eine Datenspiegelung durch, bei der die gleichen Daten von einem Laufwerk auf ein anderes geschrieben werden, um Redundanz zu gewährleisten.

• Hohe Lesegeschwindigkeiten, da bei Auslastung eines Laufwerks jedes andere Laufwerk genutzt werden kann

• Das Array funktioniert auch dann weiterhin einwandfrei, wenn ein Laufwerk ausfällt

• Es sind mindestens 2 Laufwerke erforderlich

Nachteile

• Höhere Kosten (für jedes Laufwerk ist ein zusätzliches Laufwerk für die Spiegelung erforderlich)

• Geringere Schreibleistung, da alle Laufwerke aktualisiert werden müssen

RAID 5

RAID 5 erfordert mindestens drei Laufwerke und verteilt die Daten wie bei RAID 0 über mehrere Laufwerke, verfügt jedoch zusätzlich über eine auf die Laufwerke verteilte „Parität“. Bei Ausfall eines einzelnen Laufwerks werden die auf den anderen Laufwerken gespeicherten Paritätsinformationen zur Rekonstruktion der Daten verwendet. Es entsteht keinerlei Ausfallzeit. Die Lesegeschwindigkeiten sind sehr hoch, die Schreibgeschwindigkeiten hingegen etwas geringer, da die Parität berechnet werden muss. Es eignet sich ideal für Datei- und Anwendungsserver mit einer begrenzten Anzahl von Datenträgern.

Bei RAID 5 gehen aufgrund der Paritätsberechnung 33 % des Speicherplatzes (bei Verwendung von drei Laufwerken) verloren, dennoch ist diese Konfiguration kostengünstiger als RAID 1. Die gängigste RAID-5-Konfiguration umfasst vier Laufwerke, wodurch sich der Speicherplatzverlust auf 25 % reduziert. Es können bis zu 16 Laufwerke verwendet werden.

RAID 5 ist auch als Striping mit verteilter Parität bekannt:

Vorteile

·Blockweises Striping mit verteilter Parität

·Die Parität wird auf die Festplatten im Array verteilt

·Hohe Leistung

·Kostengünstig

·Erfordert mindestens 3 Laufwerke

Nachteile

• Bei einem Festplattenausfall kann die Wiederherstellung länger dauern, da die Parität aus allen verfügbaren Laufwerken berechnet werden muss

• Kann keine gleichzeitigen Festplattenausfälle verkraften

RAID 6

RAID 6 nutzt doppelte Paritätsblöcke, um eine bessere Datenredundanz als RAID 5 zu erzielen, wodurch die Fehlertoleranz auf bis zu zwei Festplattenausfälle im Array erhöht wird. Jede Festplatte verfügt über zwei Paritätsblöcke, die auf verschiedenen Festplatten im Array gespeichert werden. RAID 6 ist eine sehr praktische Infrastruktur für den Betrieb von Hochverfügbarkeitssystemen.

RAID 6 ist eine gute Wahl für Standard-Webserver, bei denen es sich bei den meisten Vorgängen um Lesevorgänge handelt, wird jedoch für Schreibumgebungen wie Datenbankserver nicht empfohlen.

RAID 6 ist auch als Striping mit doppelter verteilter Parität bekannt:

Vorteile

·Blockweises Stripping mit verteilter DUAL-Parität

·Erstellt 2 Paritätsblöcke

·Kann zwei gleichzeitige Festplattenausfälle im Array verkraften

·Zusätzliche Fehlertoleranz und Redundanz

·Erfordert mindestens 4 Laufwerke

Nachteile

• Die Kosten können eine Rolle spielen

• Das Schreiben von Daten dauert aufgrund der doppelten Paritätsprüfung länger

RAID 10 (RAID 1+0)

RAID 10 kombiniert RAID 1 und RAID 0 in umgekehrter Reihenfolge. Es wird manchmal als „verschachteltes“ oder „hybrides“ RAID bezeichnet und bietet das Beste aus beiden Welten: die hohe Geschwindigkeit von RAID 0 und die Redundanz von RAID 1. In dieser Konfiguration werden mehrere RAID-1-Blöcke miteinander verbunden, um wie RAID 0 zu funktionieren. Es wird eingesetzt, wenn sowohl eine hohe Festplattenleistung (höher als bei RAID 5 oder 6) als auch Redundanz erforderlich sind.

Vorteile

·Keine Parität

·Führt RAID-0-Striping und RAID-1-Spiegelung durch

·Das Striping erfolgt vor der Spiegelung

·Die verfügbare Kapazität beträgt n/2 * Festplattengröße (n = Anzahl der Festplatten)

·Die Anzahl der benötigten Laufwerke sollte ein Vielfaches von 2 sein

·Hohe Leistung beim Striping von Daten

Nachteile

• Hohe Kosten, da für jedes Laufwerk ein zusätzliches Laufwerk erforderlich ist

• Die Festplattenkapazität wird nicht zu 100 % genutzt, da die Hälfte für die Spiegelung verwendet wird

• Sehr begrenzte Skalierbarkeit

RAID 50

RAID 50 besteht aus zwei oder mehr RAID-5-Arrays, die ein Striped-Array bilden, ähnlich wie bei RAID 0. Im Vergleich zur Konfiguration der gleichen Anzahl von RAID-5-Arrays bietet es eine höhere Zugriffsleistung und einen stärkeren Datenschutz. Ein einzelnes Array, das einem RAID 5 entspricht, wird als „Subset“ oder „Subarray“ bezeichnet, und es können drei oder mehr Subsets konfiguriert werden.

RAID 50 kann auf Servern und Arrays eingesetzt werden, um verschiedene Anwendungen auszuführen, wie beispielsweise Dateiserver, Datenbankserver, Speicher und Datensicherung für virtuelle Maschinen, Videobearbeitung, das Rendern von 3D-Animationen und so weiter.

RAID 50 ist auch als „Striped with Distributed Parity“ bekannt:

Vorteile

·Verkürzt die Wiederherstellungszeit

·Verbessert die Redundanzleistung

·Verbessert die Zugriffsleistung

Nachteile

·Erfordert mehr als 6 Laufwerke

·Verringert die Installationseffizienz

·Begrenzte Redundanz

RAID 60

RAID 60 (manchmal auch als RAID 6+0 bezeichnet) kombiniert mehrere RAID-6-Sets (Striping mit doppelter Parität) mit RAID 0 (Striping). Die doppelte Parität ermöglicht den Ausfall von zwei Laufwerken in jedem RAID-6-Array, während das Striping die Kapazität und Leistung verbessert, ohne dass jedem RAID-6-Array weitere Laufwerke hinzugefügt werden müssen.

Wie RAID 50 können auch RAID-60-Konfigurationen 8 oder mehr Laufwerke aufnehmen, eignen sich jedoch nur für Konfigurationen mit 16 oder mehr Laufwerken. Die nutzbare Kapazität von RAID 60 liegt zwischen 50 % und 88 %, abhängig von der Anzahl der Datenlaufwerke in der RAID-Gruppe.

Bitte beachten Sie, dass alle oben genannten Mehrzweig-Konfigurationen, die für RAID 10 und RAID 50 verfügbar sind, auch für RAID 60 verfügbar sind. Bei 36 Laufwerken können Sie beispielsweise ein RAID 60 mit jeweils 18 Laufwerken pro Zweig oder ein RAID 60 mit drei Zweigen mit jeweils 12 Laufwerken einrichten.

RAID 60 ähnelt RAID 50, bietet jedoch eine höhere Redundanz und eignet sich daher für Server mit extrem großen Speicherkapazitäten, insbesondere für solche, auf denen keine Datensicherung durchgeführt wird (z. B. Videoüberwachungsserver, die eine große Anzahl von Kameras verwalten).

RAID 60 ist auch als „Striped across zones“ mit doppelter verteilter Parität bekannt:

Vorteile

·Jedes RAID-6-Array innerhalb der Gruppe kann den Ausfall von zwei Festplatten verkraften, was es sehr sicher macht.

·Sehr groß und kostengünstig, wenn man bedenkt, dass dieser RAID-Level nur bei einer großen Anzahl von Laufwerken zum Einsatz kommt.

Nachteile

• Erfordert eine große Anzahl von Laufwerken

• Etwas teurer als RAID 50, da für die Paritätsberechnungen mehr Laufwerke benötigt werden

Vergleich der RAID-Level

Die Wahl der RAID-Stufen hängt von folgenden Faktoren ab:

• Leseleistung

• Schreibgeschwindigkeit

• Fehlertoleranz

• Leistungsabfall des Arrays (bei fehlertoleranten RAID-Stufen)

• Effektive Speicherkapazität