RAID - Übersicht
RAID 0 umfasst ein Festplatten-Array, das
Stripesets ohne
Laufwerkredundanz implementiert. Es bietet keine Fehlertoleranz und
ist weniger zuverlässig als die Implementierung eines einzelnen
Laufwerks; der einzige Vorteil liegt in der Geschwindigkeit.
RAID 0
eignet sich für bestimmte Anwendungen, wie z.B. in der
wissenschaftlichen Analyse oder Bildwiedergabe, bei denen eine
gesenkte Systemzuverlässigkeit akzeptabel ist. Einen Nachteil hat
jedoch dieser Raid-Level: Fällt eine Platte aus, sind alle Daten
verloren. Sie können auch nicht mehr die Daten von der
funktionierenden Festplatte lesen, da die Daten ja in Stripes auf
die beiden Datenträger verteilt wurden und jede Festplatte nur die
Hälfte eines Dateipakets besitzt. |
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RAID 1 ist die Festplattenspiegelung.
Zwei Festplatten speichern identische Informationen, somit ist die
eine Festplatte ein Spiegelbild der anderen. Bei jedem
Laufwerkvorgang muss das System dieselben Daten auf beide
Festplatten schreiben. Da die Systemleistung durch den doppelten
Schreibaufwand reduziert werden kann, wird oftmals auf das
Duplizieren zurückgegriffen, wobei jedes der gespiegelten Laufwerke
über einen eigenen Hostadapter verfügt. Obwohl durch die
Spiegelung
eine hohe Fehlertoleranz geboten wird, ist die Implementierung
dieses Ansatzes relativ teuer, da nur die Hälfte des verfügbaren
Speicherplatzes für die Speicherung verwendet werden kann, während
die andere Hälfte für den Spiegelsatz vorbehalten bleibt. |
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JBOD (Just a bunch of disk) Eigentlich ist JBOD kein reiner
RAID-Level im üblichen Sinne. Bei JBOD werden die unterschiedlichen
Kapazitäten der angeschlossenen Festplatten addiert und die Platten
der Reihe nach beschrieben. Dadurch erhält man keine Leistungssteigerung beim
Schreib-Lesezugriff. JBOD bringt weder Vorteile in der Performance
noch in der Datensicherheit mit sich. Der einzige Unterschied liegt
darin, dass beispielsweise drei Festplatten im Explorer nicht als
drei verschiedene Laufwerke angezeigt, sondern als ein einziges
Laufwerk. Dies könnte zum Beispiel dann von Vorteil sein, wenn man
auf seinem Rechner keine Daten speichert, sondern nur Software
installiert. Hätte man jetzt drei verschiedene Laufwerke und die
erste Festplatte wäre voll, so müsste man die anderen Anwendungen
nun irgendwo anders auf der Festplatte installieren. Mit JBOD hat
man die drei Festplatten zu einer kombiniert, so dass man die
Software-Installationen in einen einzigen Ordner tätigen kann, ohne
dass die Festplatte voll wird. |
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RAID 2 verwendet zusätzliche
Prüfdatenträger, wobei die Datenbits über die Daten und
Prüfdatenträger verteilt sind. Die Daten umfassen einen interleavten
Hamming-Code, der zur Erkennung und Behebung von Einzelbitfehlern
sowie zur Erkennung von Doppelbitfehlern verwendet werden kann.
Aufgrund der Datenmenge, die für die Prüfbits benötigt werden, sind
mehrere Prüfdatenträger zur Implementierung von RAID 2 notwendig.
Diese Ebene eignet sich optimal zum Lesen und Schreiben großer
Datenblöcke bei hohen Datenübertragungsraten, doch Lesevorgänge
kleinerer Datenblöcke sind ineffizient. Lese-, Änderungs- und
Schreibvorgänge, die bei Schreibvorgängen kleiner Datenblöcke
notwendig sind, führen ebenfalls zu einer verminderten
Systemleistung. RAID 2 eignet sich im Allgemeinen nicht für kleine
Systeme und steht unter Microsoft Windows NT Advanced Server nicht
zur Verfügung. |
RAID 3 verwendet einen einzelnen
redundanten Prüfdatenträger (wird manchmal auch als
Paritätsdatenträger bezeichnet). Daten, die auf das
Festplatten-Array von RAID 3 geschrieben werden, sind in Bits
aufgeteilt und auf den Datenträgern verteilt. Der Prüfdatenträger
erhält das XOR (ausschließendes ODER) aller Datenwerte auf den
Datenträgern. Da Datenübertragungen auf und von einzelnen
Datenträgern nur mehrfach in der Sektoreinheiten vorkommen,
entspricht die Mindestdatenmenge, die auf das RAID
3-Festplatten-Array geschrieben oder darauf gelesen werden kann, der
Anzahl der Datenträger, multipliziert mit der Anzahl der Byte pro
Sektor (dies wird als Übertragungseinheit bezeichnet). Diese Option
steht unter Microsoft Windows NT Advanced Server nicht zur
Verfügung. |
RAID 4 bietet eine
Festplatten-Arrayarchitektur, die besser an Anwendungen für die
Transaktionsverarbeitung angepasst ist als RAID 3. RAID 4 führt das
Aufteilen der Daten auf den Datenträgern nach Blocks oder Sektoren
aus, während RAID 3 die Aufteilung in Bits vornimmt. Somit wird bei
RAID 4 ein vollständiger Sektor auf einen Datenträger geschrieben,
dann wird einer weiterer Sektor auf den nächsten Datenträger
geschrieben usw. Durch diese Technik können mehrere
zusammenhangslose Sektoren gleichzeitig gelesen werden; sie eignet
sich somit besonders für kurze Lesevorgänge, bei denen nur auf einen
einzelnen Datenträger im Array zugegriffen werden muss. RAID 4
reserviert einen vollständigen Datenträger für die Speicherung von
Kontrolldaten, wodurch Daten von einem fehlerhaften Datenträger
problemlos wiederhergestellt werden können. Obwohl bei diesem Ansatz
mehrere Lesevorgänge gleichzeitig möglich sind (bei mehreren
Sektoren von unterschiedlichen Datenträgern) tritt bei
Schreibvorgängen ein Engpass auf. Da bei jedem Schreibvorgang auch
Daten auf den Prüfdatenträger geschrieben werden müssen, kann nur
jeweils ein Schreibvorgang zur gleichen Zeit stattfinden. Diese
Option steht unter Microsoft Windows NT Advanced Server nicht zur
Verfügung. |
RAID 5
Im Gegensatz zu RAID 4, das einen einzelnen physischen Datenträger
für Kontrolldaten reserviert, behält
RAID 5 das Äquivalent eines
gesamten Datenträgers für die Speicherung der Kontrolldaten vor,
verteilt die Daten jedoch über alle Datenträger in der Gruppe. So
kann z.B. Sektor 1 von Datenträger 5 für die Kontrolldaten für
Sektor 1 der restlichen Datenträger usw. vorbehalten sein. Da die
Kontrolldaten einfach das XOR aller Schreibdatenwerte für den
entsprechenden Sektor auf den einzelnen Datenträgern sind
(so lange die Werte der alten Sektordaten und der alten
Kontrolldaten bekannt sind), können die neuen Kontrolldaten
für einen einzelnen Sektorschreibvorgang berechnet werden,
ohne dass die entsprechenden Sektoren von den anderen
Datenträgern gelesen werden müssen. |
Somit sind nur zwei Datenträger an
einem einzelnen Sektorschreibvorgang beteiligt: der
Zieldatenträger und der entsprechende Datenträger, der die
Kontrolldaten für diesen Sektor enthält. Das ist das
Gegenteil der Implementierung von RAID 3, bei der alle
Datenträger in einer Gruppe gelesen müssen oder darauf
geschrieben werden muss, wenn ein einzelner Schreibvorgang
im Sektor stattfindet. Der primäre Nutzen des RAID
5-Ansatzes der verteilten Kontrolldaten liegt darin, dass
Schreibvorgänge gleichzeitig stattfinden können. Es können
auch mehrere Lesevorgänge gleichzeitig stattfinden, und die
Verarbeitung kleiner Datenmengen ist effizient. Diese Option
eignet sich vor allem, wenn die Fehlertoleranz in Microsoft
Windows NT Advanced Server eingerichtet wird. |
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RAID 1.5
Eine intelligente Lösung wie man mit zwei Festplatten eine 100%ige
Datensicherheit eines
RAID 1 mit einer teilweise gesteigerten
Performance verbinden kann stellt der RAID 1.5 dar. Entwickelt wurde
der RAID 1.5 von der Firma Highpoint. Für Raid 1.5
benötigen Sie zwei identische Festplatten, die wie im Raid 1
untereinander gespiegelt werden. So steht nach dem Anlegen eines
Raid 1.5 nur die Kapazität einer Festplatte zur Verfügung. Bei einem
Plattenausfall sind die Daten immer noch von der zweiten Platte
nutzbar. Man hat beim RAID 1.5 die gewohnte Datensicherung, die man
vom
RAID 1 gewohnt ist. Wenn man zwei Festplatten
zu einem Raid zusammenschließen möchte, so muss man sich
normalerweise zwischen einem
RAID 0 (bessere Performance) oder einem
RAID 1 (Datensicherung) entscheiden. Möchte man beides nicht missen,
so hat man lediglich die Wahl zu einem teuren Raid 10, welches mit
mindestens vier Festplatten teuere zu buche stehen. Beim RAID 1.5
kann man zumindest die Leseperformance enorm steigern, die
Schreibgeschwindigkeit bleibt auf dem gewohnten Niveau.
Das Prinzip ist ganz einfach. Die Daten werden
wie gewohnt erst auf die Festplatte 1 geschrieben und anschließend
auf die Festplatte 2 gespiegelt. Die Schreibperformance kann
dementsprechend nicht gesteigert werden. Beim Lesen der Daten
arbeiten nun beide Festplatten, so dass die Lesegeschwindigkeit um
100% gesteigert werden kann. |
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RAID 10 (RAID 0+1)
Wer Schnelligkeit und Datensicherheit zugleich braucht, greift auf
den RAID-Level 0+1 zurück. Manchmal wird dieser RAID-Level auch Raid
10 genannt. Hierbei werden die Performancevorteile von
RAID 0 mit
der Datensicherheit von RAID 1 kombiniert. Um den RAID 10 nun und
Betrieb zu nehmen, benötigt man mindestens vier Festplatten, welche
alle die gleiche Kapazität aufweisen. Auch hier empfiehlt es sich
wieder, alle Festplatten des gleichen Herstellers und Modells zu
nehmen, um eventuelle Inkompatibilitäten vorzubeugen. In einem RAID
10 (RAID 0 +1 ) laufen zwei Festplatten im RAID-0-Modus, wo die zu
schreibenden und zu lesenden Daten auf beide Festplatten in den so
genannten Stripes aufgeteilt werden. So ist der erste Teil, nämlich
der Teil der Performancesteigerung erfüllt. Um nun die 100%ige
Datensicherheit zu garantieren, werden die beiden ersten Festplatten
auf die Festplatten 3 und 4 gespiegelt. Fällt nun eine der vier
Festplatten aus, sind trotzdem alle Daten lesbar und man kann das
System weiterhin benutzen. Theoretisch können sogar zwei
Festplatten ausfallen. Es sollte nur nicht passieren, dass zwei
Festplatten mit den gleichen Daten einen defekt erleiden, denn dann
sind wirklich alle Daten gelöscht. Beispielsweise dürfte hier in der
Zeichnung nicht die Festplatte 2 und 4 ausfallen, da die Festplatte
4 die Spiegelung von Festplatte 2 ist und somit die gleichen Daten
besitzt. Wenn aber nun Festplatte 2 und 3 ausfallen, so stellt dies
kein Problem dar, da die Kombination der Festplatten 1 und 4 die
Daten liefern kann. RAID 10 ist sehr kostspielig, da man mindestens vier Festplatten
benötigt und letztendlich nur die Kapazität zweier Festplatten
nutzen kann. Hat man nun vier 200 GB Festplatten, die eine
Gesamtkapazität von 800 GB vorweisen, zu einem RAID 10
zusammengeschlossen, so kann der Anwender letztendlich nur 400 GB
nutzen. RAID 10 eignet sich daher für Anwender, die nicht auf die
bewährte Datensicherheit des
RAID 1 und zugleich nicht auf die
enorme Leistungssteigerung eines
RAID 0 verzichten können. |
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WIEDERHERSTELLEN VON DATEN IN RAID 3, RAID 4 UND RAID 5
Die Architekturen der Festplatten-Arrays von RAID 3, RAID 4 und
RAID
5 ermöglichen das Wiederherstellen von Daten. Wenn Daten auf mehrere
Datenträger geschrieben werden, werden das XOR oder alle Datenwerte
auf den Prüfdatenträger geschrieben. Bei einem Fehler eines
Datenträger können die fehlenden Daten auf diesem Datenträger
ermittelt (wiederhergestellt) werden, indem das XOR der Datenwerte
von den restlichen Datenträgern und aus dem Prüfdatenträger genommen
wird. Dieser Vorgang kann entweder in der Systemsoftware oder dem
Hostadapter implementiert werden. |