Ein Leitfaden zur RAID-Speichertechnologie

Abschnitt 1


RAID-Übersicht

Was ist RAID??

Redundant Array of Independent Disks (RAID) ist eine Speichertechnologie, die mehrere physische Festplatten kombiniert, um ein logisches Laufwerk mit besserer Leistung und Zuverlässigkeit als einzelne Einheiten zu erstellen. Es erhöht die Geschwindigkeit beim Speichern und Zugreifen auf Daten und verhindert gleichzeitig Datenverlust und Ausfallzeiten.

Die RAID-Technologie, ursprünglich als redundantes Array kostengünstiger Festplatten bekannt, wurde 1987 von Randy Katz, David Patterson und Garth Gibson entwickelt. Die drei Wissenschaftler der University of California in Berkeley versuchten, Herausforderungen zu bewältigen, die häufig zu Daten führten Verluste. Heute ermöglicht ihre verbesserte und verbesserte Erstellung das Organisieren von Daten auf mehreren Festplatten und die Rekonstruktion fehlender Informationen im Falle eines Hardwarefehlers einer oder mehrerer Festplatten.

Obwohl RAID traditionell für Server entwickelt wurde, wird es auch in Workstations, speicherintensiven Computern und anderen Anwendungen verwendet, die Datensicherheit, hohe Übertragungsgeschwindigkeiten und große Speicherkapazitäten erfordern. Typische Anwendungen, bei denen schnelle Lese- und Schreibvorgänge für große Dateien wichtig sind, sind Videobearbeitung, CAD, Grafikdesign usw..

Eine RAID-Konfiguration bietet einen oder mehrere der folgenden Vorteile.

Verbesserung der Lese- / Schreibleistung von Daten und damit schnellere Übertragungen.

Replizieren von Daten auf zwei oder mehr Festplatten, um die Redundanz zu erhöhen und Datenverlust bei einem Festplattenfehler zu vermeiden.

Kombinieren Sie mehrere Festplatten, um eine größere Kapazität bereitzustellen.

Wie funktioniert RAID??

RAID ist eine Technologie zur Konfiguration und Unterstützung verschiedener Kombinationen von physischen Festplatten mit dem Ziel, Zuverlässigkeit, Leistung und Kapazität zu verbessern. Es besteht aus mehreren physischen Festplatten und einem Controller, um sie zu konfigurieren und zu verwalten.

Es gibt verschiedene RAID-Schemata, um Daten auf verschiedene Mitgliedsdatenträger zu verteilen oder zu replizieren. Jede der Konfigurationen bietet ein einzigartiges Gleichgewicht zwischen Kapazität, Leistung und Ausfallsicherheit. Im Allgemeinen sind die drei Hauptkonzepte Striping, Spiegelung und Parität. Jedes dieser Elemente hat seine Vor- und Nachteile, kann jedoch für eine bessere Leistung kombiniert werden.

Durch Striping werden die Daten gleichmäßig auf mehrere physische Datenträger verteilt. Durch Spiegelung werden Daten auf zwei oder mehr Datenträgern repliziert, während Parity Rohdaten verwendet, um Paritätsinformationen zur Fehlerkorrektur zu berechnen und zu speichern. Durch gleichzeitiges Schreiben oder Zugreifen auf Informationen in Striping verbessert das RAID die Leistung, während durch Spiegeln bei einem Festplattenausfall auf die Daten von verbleibenden guten Laufwerken zugegriffen werden kann.

Wann sollte ich RAID verwenden?

RAID ist ideal für Anwendungen mit hoher Zuverlässigkeit und für Anwendungen, die einen größeren Speicher oder hohe Datenübertragungsgeschwindigkeiten erfordern. Alle Websites und kritischen Online- und Offline-Anwendungen sollten RAID verwenden, um die Leistung zu verbessern, Datenverlust oder Ausfallzeiten zu vermeiden.

Die meisten modernen Server verwenden schnelle SSD-Laufwerke und erfordern daher möglicherweise keine weiteren Leistungsverbesserungen. Es muss jedoch Redundanz hinzugefügt werden, um die Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit der Website im Falle eines Festplattenausfalls sicherzustellen. Bei Servern mit älteren langsamen Laufwerken muss möglicherweise ein RAID-Level verwendet werden, das Leistungsverbesserung und Datenredundanz kombiniert. Weitere Informationen zu HDD und SSD finden Sie in unserem Handbuch zum Hosting von SSD vs. HDD.

Fast alle physischen Server in Shared Hosting, VPS oder dedizierten Servern verfügen über Festplatten, die in einem RAID-Setup betrieben werden. Normalerweise ist mindestens eines der Laufwerke für die Parität konfiguriert, und alle hier kopierten Daten verfügen über ein zusätzliches Bit, das bei der Wiederherstellung von Daten im Falle eines Fehlers auf einer der Festplatten hilft.

RAID auf dedizierten, VPS- oder gemeinsam genutzten Servern erhöht die Serverleistung und Datenredundanz. Eine externe Datensicherung ist jedoch nicht überflüssig, nur im Falle eines Virenangriffs oder einer Katastrophe.

Im Allgemeinen verwenden die meisten Anbieter das RAID sowohl für ihre Server als auch für die Sicherungssysteme. Dies erhöht den Datenschutz und die Geschwindigkeit der Datenwiederherstellung, falls ein Problem mit den Festplatten im Server oder im Sicherungsspeicher auftritt.

Obwohl RAID ursprünglich für Server entwickelt wurde, können Einzelpersonen und datenintensive Benutzer wie Video- und Audio-Editoren damit die Lese- und Schreibvorgänge verbessern.

Verwenden von RAID mit einem Raid-Controller

Ein RAID-Controller ist ein Hardwaregerät oder Softwaretreiber zum Konfigurieren und Verwalten von Festplatten in einem Array. Es bietet eine Schnittstelle zum Kombinieren der physischen Festplatten und zum Präsentieren dieser als eine einzige logische Einheit für das Betriebssystem.

Ein Hardware-RAID-Controller ist ein physisches Gerät, das entweder auf der Hauptplatine integriert ist oder als zusätzliche PCI- oder PCI Express-Erweiterungskarte erhältlich ist. Bei Hardware-RAID führt der Controller alles aus und verfügt über CPU und Speicher. Controller unterstützen bestimmte Festplattenschnittstellen und RAID-Ebenen. Beispielsweise gibt es eindeutige Controller für SCSI-, SATA-, SAS- oder SSD-Laufwerke, die nicht austauschbar sind.

Einige Hardware-Controller verfügen über einen zusätzlichen Cache, um Datenverlust bei einem Stromausfall zu vermeiden und die Lese- und Schreibvorgänge zu erhöhen. Vorteile eines Hardware-Raids sind eine bessere Leistung, die Unterstützung des Startvorgangs vom Array und die Bereitstellung einer besseren Abstraktion. Sie sind jedoch teurer und es besteht das Risiko einer Lieferantenbindung, da die meisten von ihnen proprietäre Firmware verwenden.

Ein softwarebasiertes RAID verwendet das Betriebssystem und vorhandene Hardware wie die Computer-CPU und Standard-SAS-, IDE- oder SATA-Controller. Dies ist flexibler, kostengünstiger und in den meisten Server- und Desktop-Betriebssystemen verfügbar. Die Installation ist jedoch häufig an ein bestimmtes Betriebssystem gebunden und möglicherweise nicht mit anderen Typen kompatibel. Da die Rechenleistung und der Arbeitsspeicher des Computers verwendet werden, kann dies die Serverleistung beeinträchtigen. Weitere Einschränkungen sind die Unfähigkeit, vom RAID-Array zu booten, und die mangelnde Unterstützung für Hot-Swap, sofern kein kompatibler Hardware-Controller verwendet wird.

Sektion 2

Schlachtzugsstufen

Was sind RAID-Levels??

Ein RAID-Level bezieht sich auf die Technik des Verteilens, Organisierens und Verwaltens von Daten auf mehrere Festplatten in einem Array. Jede Ebene hat unterschiedliche Fehlertoleranz-, Datenredundanz- und Leistungseigenschaften. Die Auswahl hängt von den Anforderungen oder Zielen sowie den Kosten ab. Einige Ebenen bieten mehr Datenschutz, während andere eine bessere Leistungsverbesserung bieten als andere Methoden.

Im Allgemeinen werden alle RAID-Arrays je nach Konfiguration, Art und Verbesserungsgrad als Standard-, Nicht-Standard- oder verschachtelte Ebenen klassifiziert.

Standard-RAID-Level basieren auf einfachen und einfachen Konfigurationen. Dazu gehören die ursprünglichen Ebenen eins bis fünf sowie zwei weitere (0 und 6), die später hinzugefügt wurden. Andere darüber hinausgehende Ebenen werden als nicht standardisiert definiert. Level 0 wird jedoch manchmal nicht als RAID betrachtet, da es keine Redundanz bietet.

Ein verschachteltes oder hybrides RAID kombiniert einen Standard-RAID-Level, der Redundanz bietet, mit einem RAID 0, um die Datenübertragungsleistung zu verbessern. Diese Stufe erfordert mehr Treiber, Hardware-Controller höherer Qualität und leistungsfähigere Computer. Einige kostengünstige Controller und Softwaretreiber unterstützen kein verschachteltes RAID. Dies macht die Implementierung teurer und ist häufig ideal für große Unternehmen.

Nicht standardmäßige RAID-Levels sind solche, die nicht auf grundlegenden Architekturen oder Methoden beruhen, die in herkömmlichen RAID-Levels verwendet werden. Einige davon sind proprietär und werden nur für bestimmte Anwendungen verwendet. Diese bieten ein höheres Leistungsniveau und sind normalerweise für bestimmte Anwendungen geeignet.

Standard-RAID-Level

Standard-RAID-Level basieren auf einfachen und grundlegenden Hardwarekonfigurationen und sind ideal für eine Vielzahl von Unternehmen und Einzelpersonen. Typische Standardstufe ist RAID 0, 1, 2,3,4,5 und 6. Jede dieser Stufen bietet eine einzigartige Kombination aus Redundanz und Leistung.

Während die Stufen 1, 5 und 6 ein gewisses Maß an Fehlertoleranz bieten, bietet Stufe 0 nicht die schnellste Leistung. RAID 1 ist in Bezug auf Datensicherheit am zuverlässigsten, während Stufe 5 das beste Gleichgewicht zwischen Leistung, Fehlertoleranz und Zuverlässigkeit bietet.

RAID 0

Ein RAID 0-Level verwendet Block-Striping, um Daten auf mehrere physische Festplatten zu verteilen. Dies hat die schnellste E / A-Leistung, da kleine verschiedene Teile einer Datei gleichzeitig auf oder von mehreren Festplatten geschrieben oder kopiert werden.

Es erfordert mindestens zwei physische Laufwerke und bietet den maximalen Speicherplatz, dh die Summe der einzelnen Gerätekapazitäten. Es bietet jedoch keine Datenredundanz oder Fehlertoleranz und ist am besten für Unternehmen geeignet, die nach Leistung suchen. Ein Fehler auf einer der Festplatten in einem RAID 0-Array führt zu einem vollständigen Datenverlust, einschließlich der auf den guten Laufwerken gespeicherten Daten.

Der RAID 0-Level eignet sich am besten für Anwendungen, die nicht kritische Daten verarbeiten, erfordert jedoch eine hohe Leistung.

Diagramm eines RAID 0-Setups

RAID 1

RAID 1 spiegelt Daten auf zwei oder mehr Festplatten ohne Parität. Die Ebene erfordert mindestens zwei Laufwerke und der insgesamt nutzbare Speicherplatz entspricht der Größe einer einzelnen Festplatte.

Alle Festplatten haben identische Kopien von Daten. Im Falle eines Festplattenfehlers verwendet das System weiterhin die vorhandene Festplatte oder die vorhandenen Festplatten in einwandfreiem Zustand.

Die RAID 1-Stufe bietet eine bessere Datenredundanz und ist ideal für Anwendungen, bei denen die Datenverfügbarkeit von entscheidender Bedeutung ist. Dies ist eine einfache Technologie mit grundlegender Fehlertoleranz, jedoch ohne Leistungsverbesserungen, da die Daten zweimal geschrieben werden müssen.

Dies ist ideal für Anwendungen, bei denen Datenverfügbarkeit und Redundanz wichtig sind.

Diagramm eines RAID 1-Setups

RAID 2

RAID 2 verwendet Striping auf Bit-Ebene mit Parität im Vergleich zu Block-Striping in RAID 0. Zusätzlich verwendet es Hamming-Code zur Fehlererkennung und erfordert daher Festplatten ohne Option zur Fehlerprüfung auf der Festplatte. Da die meisten modernen Festplatten über diese Funktion verfügen, wird die Ebene selten verwendet. Darüber hinaus ist eine zusätzliche Festplatte erforderlich, um Paritätsinformationen zur Fehlererkennung zu speichern. Die effektive Festplattenkapazität beträgt n-1, wobei n die Anzahl der Festplatten ist.

RAID 2 funktioniert wie RAID 0, verwendet jedoch Striping auf Bitebene sowie einen Fehlerschutzmechanismus, um Datenverluste aufgrund von Beschädigungen zu schützen. Dies ist ressourcenintensiv und nicht weit verbreitet.

Diagramm eines RAID 2-Setups

RAID 3

RAID 3 verwendet Striping auf Byte-Ebene mit Parität zum Wiederherstellen von Daten. Es sind mindestens drei Laufwerke erforderlich, von denen eines die Paritätsinformationen speichert. Die Ebene weist Datenübertragungsraten auf hoher Ebene für große Dateien auf, da auf Daten parallel zugegriffen wird, bei kleinen Dateien jedoch langsamer.

Diese Stufe bietet eine bessere Leistung für lange sequentielle Datenübertragungen wie Video, jedoch nicht für Anwendungen, bei denen viele Anforderungen wie eine Datenbank vorliegen. Falls die Festplatte mit Parität abstürzt, gibt es keine Möglichkeit, Daten neu zu erstellen. Der Level wird nicht viel benutzt und genau wie RAID 2 ist seine nutzbare Kapazität n-1.

Diagramm eines RAID 3-Setups

RAID 4

RAID 4 ähnelt fast RAID 3, verwendet jedoch Striping auf Blockebene. Es kombiniert Striping auf Blockebene über mehrere Festplatten hinweg mit einer dedizierten Paritätsfestplatte. Die Ebene erfordert mindestens drei Festplatten, von denen eine für Paritätsinformationen reserviert ist. Auf Daten von jedem Laufwerk wird unabhängig nur zu jeweils einem Block zugegriffen, wodurch langsame Vorgänge ausgeführt werden. Außerdem sind Schreibvorgänge langsamer, da das System die Paritätsinformationen schreiben muss.

Dies ist ideal für den sequentiellen Datenzugriff. Die Paritätsfestplatte kann jedoch die Schreibanwendungen verlangsamen. Das Level wird selten benutzt.

Diagramm eines RAID 4-Setups

RAID 5

RAID 5 verfügt über Block-Level-Striping und verteilte Parität. Dies ist eine kostengünstige, umfassende Konfiguration, die Redundanz, Leistung und Speicherkapazität in Einklang bringt.

Striping verbessert die Lese-E / A-Leistung, während Parität für die Rekonstruktion von Daten bei einem Festplattenfehler wichtig ist. Es kann jedoch mehrere Festplattenfehler nicht überleben und dauert länger, um Daten neu zu erstellen, da der Prozess die Berechnung der Parität von jedem der verfügbaren Laufwerke umfasst. Es erfordert mindestens drei Festplatten, verfügt jedoch über einen nutzbaren Speicherplatz von n-1 Festplatten.

RAID 5-Level eignet sich für Anwendungen und Dateiserver mit begrenzten Speichergeräten.

Diagramm eines RAID 5-Setups

RAID 6

RAID 6 verwendet Block-Striping wie RAID 5, jedoch mit einer doppelt verteilten Parität. Die beiden Paritätsinformationsblöcke bieten zusätzliche Redundanz und Fehlertoleranz. Diese Stufe kann zwei gleichzeitige Festplattenfehler überstehen. Es ist jedoch teuer; n-2 Festplatten benötigen mindestens vier Laufwerke, während ein nutzbarer Speicherplatz zur Verfügung steht.

Es ist zuverlässiger und häufiger in SATA-Umgebungen und -Anwendungen wie festplattenbasierten Sicherungen und Datenarchiven, in denen eine lange Datenaufbewahrung erforderlich ist. Es eignet sich auch für Umgebungen, in denen die Datenverfügbarkeit wichtiger ist als die Leistung.

Zu den Nachteilen der Stufe 6 gehört die zusätzliche Festplatte für die Doppelparitätsinformationen sowie die komplexe Implementierung im Vergleich zu Stufe 5. Aufgrund der Doppelparität sind die Schreib- und Wiederherstellungsgeschwindigkeiten langsamer.

Diagramm eines RAID 6-Setups

Verschachtelte (Hybrid-) RAID-Level

Ein verschachteltes RAID ist eine Kombination aus einer Ebene, die Redundanz bietet, und einem RAID 0, das die Leistung erhöht. Dies kann RAID-Arrays oder einzelne Festplatten verwenden. Normalerweise besteht die beste Kombination darin, RAID 0 auf einem redundanten Array zu haben, da im Falle eines Festplattenausfalls weniger Festplatten neu generiert werden müssen.

Die verschachtelten Ebenen bieten eine bessere Leistung und eine höhere Toleranz. Sie erfordern jedoch komplexe Konfigurationen und mehr Laufwerke, während die effektive Kapazität den installierten Speicherplatz halbiert. Sie sind auch teuer und haben eine begrenzte Skalierbarkeit.

Die allgemeinen Ebenen umfassen 0 + 1, 1 + 0 (10), 0 + 3, 3 + 0 (30), 0 + 5, 5 + 0 (50) und 6 + 0 (60).

RAID 0 + 1

RAID 0 + 1 kombiniert RAID 0 und 1, um Redundanz bereitzustellen und die Leistung zu verbessern. Der Prozess beginnt mit dem Striping der Daten auf mehrere Festplatten, wodurch die Leistung erhöht wird, gefolgt von der Spiegelung für Datenredundanz.

RAID 0 + 1 erfordert mindestens vier physische Festplatten und ist eine komplexe Konfiguration, die eine hohe Leistung und Fehlertoleranz bietet. Es kann mehr als einen Festplattenfehler in demselben gespiegelten Satz überleben, vorausgesetzt, es gibt keinen gleichzeitigen Ausfall von zwei gespiegelten Festplatten.

Diese Ebene erfordert Festplatten in Vielfachen von zwei, aber die insgesamt nutzbare Kapazität beträgt normalerweise die Hälfte des gesamten Festplattenspeichers. Darüber hinaus ist es teurer und nicht leicht skalierbar.

Eine verschachtelte RAID 01-Konfiguration

Verschachtelte RAID 01-Konfiguration

Eine hybride RAID 01-Konfiguration

Hybrid RAID 01 Konfiguration

RAID 1 + 0

RAID 1 + 0 oder RAID 10 beginnt mit dem Spiegeln von Daten, bevor diese über die gespiegelten Arrays verteilt werden. Der Ansatz macht es redundanter, zuverlässiger und effizienter als RAID 0 + 1 und kann mehrere Laufwerksausfälle überstehen. Es erfordert mindestens vier Laufwerke und kann mehrere gleichzeitige Festplattenfehler überstehen, solange keiner der Spiegel alle Festplatten verliert.

RAID 1 + 0 bietet im Vergleich zu RAID 0 + 1 eine bessere Fehlertoleranz, Datenredundanz und Wiederherstellung. Es ist jedoch sehr teuer und hat genau wie die 0 + 1 eine begrenzte Skalierbarkeit. Das Level ist ideal für Unternehmen, die hohe Leistung und Datensicherheit suchen. Die nutzbare Kapazität beträgt die Hälfte des gesamten installierten Speicherplatzes.

Diagramm eines RAID 1 + 0-Setups

RAID 0 + 3

Dies wird auch als RAID 53 bezeichnet und besteht aus einem Raid 0-Array, das in ein RAID 3-Array gestreift ist. Darüber hinaus verfügt es über ein dediziertes Paritätsarray, das über Festplatten verteilt ist.

Das Level weist hohe Datenübertragungsraten und Fehlertoleranz auf, die von den RAID 3-Segmenten angeboten werden. Diese Stufe bietet eine hohe Toleranz und eine hervorragende Leistung sowohl beim sequentiellen als auch beim zufälligen Lesen und Schreiben. Es ist jedoch komplexer und teurer, da mehr Laufwerke erforderlich sind.

Leider ist das Niveau teuer und erfordert Scheiben mit Spindeln, die miteinander synchronisiert werden müssen. Dies kann die Auswahl der zu verwendenden Festplatten einschränken.

Diagramm eines RAID 0 + 3-Setups

RAID 5 + 0

RAID 5 +0 oder RAID 50 kombiniert die verteilte Parität von RAID 5 mit dem Striping von RAID 0. Es besteht aus zwei oder mehr RAID 5-Arrays, in denen Daten und Paritätsinformationen in den Arrays über die Festplatten verteilt sind. Es erfordert mindestens sechs physische Festplatten und bietet im Vergleich zu RAID 5 einen verbesserten Datenschutz, eine bessere Schreibleistung sowie schnellere Wiederherstellungen. Daher ist es ideal für Anwendungen, bei denen eine hohe Verfügbarkeit wichtig ist.

Ein einzelner Laufwerksfehler wirkt sich nur auf dieses Array aus und beeinträchtigt die Leistung nicht wie in RAID 5. Darüber hinaus kann er bis zu vier Laufwerksfehlern standhalten, solange sich jedes in einem anderen RAID 5-Array befindet. Es erfordert jedoch einen ausgeklügelten RAID-Controller.

Diagramm eines RAID 0 + 5-Setups

JBOD RAID N + N.

JBOD (Just a Bunch Of Disks) kombiniert mehrere Festplatten, die es für das Betriebssystem als ein einziges Laufwerk mit größerer Kapazität, jedoch ohne Redundanz darstellt. Im Gegensatz zu anderen RAID-Levels ermöglicht diese Anordnung den separaten Zugriff auf einzelne Laufwerke. Dies ist nicht wirklich ein RAID-Level, sondern lediglich eine Vereinbarung.

Der JBOD besteht aus mehreren Standardplatten, die unterschiedliche Größen haben können. Die Gesamtkapazität ist die Summe der einzelnen Festplatten und kann durch Hinzufügen eines zusätzlichen Laufwerks erhöht werden. Genau wie das RAID 0 bietet es die beste Leistung, da es auch keine Parität aufweist, die mehr Overhead verursachen würde. Es gibt jedoch keinen Datenschutz und jede Festplatte ist ein potenzieller Fehlerpunkt. Es ist daher ideal für E / A-intensive Anwendungen und solche, die größeren Speicher benötigen.

Diagramm eines JBOD-Festplatten-Setups

Nicht standardmäßige RAID-Level

Die nicht standardmäßigen RAID-Level basieren auf Architekturen oder Algorithmen, die sich von denen in einem Standard-RAID unterscheiden. Einige basieren auf Open Source-Systemen, während andere auf proprietären Technologien basieren und nur von bestimmten Anbietern für bestimmte Anwendungen angeboten werden.

Benutzer, die proprietäre Hardware und Software verwenden und möglicherweise nicht mit anderen Systemen verschiedener Hersteller kompatibel sind. Beispiele hierfür sind RAID-3D von Pure Storage und XtremIO Data Protection (XDP) von Dell EMC..

Nicht standardmäßige RAID-Level bieten eine bessere Leistung und Fehlertoleranz als die Standard-Level. Sie werden für spezielle Anwendungen verwendet, die mehr Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit erfordern, als das Standardniveau bieten kann.

RAID 3D

Dies ist ein proprietäres RAID, das von Pure Storage entwickelt wurde und Flash-Laufwerke anstelle von Festplatten verwendet. Dies wird normalerweise verwendet, um Datenverlust bei einem Komponentenausfall im Flash-Speicher zu verhindern. Aufgrund der schnelleren Übertragungsgeschwindigkeiten in Solid-State-Laufwerken weist das Array eine hohe E / A-Leistung auf. Wenn das RAID 3d einen Gerätefehler erkennt, der häufig zu E / A-Verzögerungen führt, werden die Daten der anderen Geräte innerhalb derselben Paritätsgruppe neu erstellt.

Verbessertes RAID 1E

RAID 1 Enhanced (RAID 1E) kombiniert das Spiegeln und Striping von Daten auf mehreren Festplatten. Es ist fast ähnlich wie RAID 1, verfügt jedoch über Striping und erfordert eine ungerade Anzahl von Festplatten, von denen das Minimum 3 Laufwerke beträgt. Das Enhanced RAID 1E spiegelt den gesamten Datenstreifen auf einen anderen Streifen innerhalb des Festplattensatzes und wird manchmal als gespiegelter Streifen bezeichnet. Aufgrund der Spiegelung weist diese Ebene eine gute Datenredundanz auf.

Diagramm eines RAID 1E-Setups

Erweitertes RAID 5 E.

RAID 5 E ist eine Variante von RAID 5, jedoch mit einem zusätzlichen Ersatzlaufwerk. Das Ersatzlaufwerk ist normalerweise aktiv und wartet darauf, dass ein anderes Laufwerk ausfällt. Sobald ein Fehler auftritt, steht das Ersatzlaufwerk für die Wiederherstellung von Daten zur Verfügung. RAID 5E erfordert mindestens vier Festplatten und bietet eine bessere Leistung als herkömmliches RAID 5. Es ist jedoch nicht möglich, das Ersatzlaufwerk zwischen Arrays gemeinsam zu nutzen. Darüber hinaus leidet es unter langsamen Wiederherstellungen.

Diagramm eines RAID 5E-Setups

Sektion 3

Vor- und Nachteile von RAID

Vorteile der Verwendung von RAID

Die Vorteile eines RAID-Systems variieren je nach Stufe. Ein Array kann die Leistung, Ausfallsicherheit oder Datenredundanz erhöhen, der Grad der Verbesserung hängt jedoch von der Art der Konfiguration und der Anzahl der Festplatten ab. Im Allgemeinen bietet ein Array einen oder mehrere Vorteile, jedoch nicht alle Maximalwerte gleichzeitig.

  • Verhindern von Datenverlust bei einem Festplattenfehler: Ein RAID mit Datenredundanz bietet eine bessere Kontinuität des Geschäftsbetriebs. In einem solchen System beeinträchtigt ein Festplattenfehler nicht die Anwendungen oder den Datenzugriff, da der Server die verbleibenden guten Festplatten verwendet. Darüber hinaus erfordert das Ersetzen einer fehlerhaften Festplatte in einem Hot-Swap-fähigen RAID-Array kein Herunterfahren oder Unterbrechen des Betriebs. Mehr Festplatten bieten eine bessere Fehlertoleranz.
  • Verbesserung der Lese- / Schreibgeschwindigkeit daher die Leistung der Server oder Computer wie Workstations für die Videobearbeitung und andere datenintensive Anwendungen. Dies hängt jedoch vom RAID-Level und der Anzahl der physischen Laufwerke ab.
  • Erhöhung der Speicherkapazität mit einfachen und günstigeren Festplatten: Dies ist kostengünstiger als der Kauf eines großen Einzellaufwerks.
  • Fehlertoleranz erhöhen durch die Verwendung mehrerer Festplatten.

Reduzierte Kosten und verbesserte Zuverlässigkeit: Durch die Verwendung mehrerer kostengünstigerer, kleinerer Festplatten kann das Array die Kapazität zu geringeren Kosten erhöhen als bei der Anschaffung eines einzelnen Laufwerks mit hoher Kapazität.

Nachteile der Verwendung von RAID

Obwohl es unterschiedliche RAID-Level gibt, um verschiedenen Datenspeicheranforderungen gerecht zu werden, ist die Technologie anfällig für eine Reihe von Fehlern, die zu Datenverlusten oder Ausfallzeiten führen können. Die Nachteile umfassen:

  • Da sich die RAID-Laufwerke normalerweise in einem Server innerhalb desselben Rechenzentrums befinden, kann eine Katastrophe die Laufwerke oder das gesamte Array beschädigen und möglicherweise alle Daten zerstören. Andere Systeme wie der CDP speichern die Daten auf Remote-Laufwerken und fügen daher im Katastrophenfall eine zusätzliche Schutzschicht hinzu.
  • Der RAID-Speicher enthält die aktuelle Version der Daten, wodurch die Wiederherstellung im Fehlerfall einfacher wird. Es ist jedoch nicht möglich, eine ältere Version der Datei wiederherzustellen, insbesondere wenn ein Virenangriff, eine fehlerhafte Änderung von Dateien oder böswillige Änderungen aufgetreten sind.
  • Bei größeren Laufwerkskapazitäten leidet RAID unter langen Wiederherstellungszeiten, wenn eine oder mehrere Festplatten ausfallen. Die Wiederherstellung eines RAID-Volumes dauert länger, wenn ein Fehler auftritt. Wenn andere Festplatten vor Abschluss einer Wiederherstellung fehlschlagen, können alle Daten nicht wiederhergestellt werden. Dies erhöht auch die Ausfallzeit.
  • Die Implementierung eines RAID-Arrays ist teuer, da mehrere Festplatten erforderlich sind. Bei RAID mit Redundanz ist es nicht möglich, die volle Kapazität zu nutzen. Der nutzbare Raum ist oft kleiner als die gesamte installierte Kapazität.
  • Komplex und nicht übertragbar. Hardware-gesteuerte oder RAID-Boxen sind zwar übertragbar, die softwarebasierten RAID-Arrays jedoch nicht.
  • Erfordert IT-Kenntnisse und Vertrautheit mit den Technologien. Daher müssen Unternehmen möglicherweise mehr Geld ausgeben, um ihre Mitarbeiter zu schulen oder Drittanbieter einzustellen, insbesondere um Daten neu zu erstellen oder Fehlfunktionen zu beheben.

Fazit

RAID wird noch mehrere Jahre lang Leistungs- und Datenschutzvorteile bieten. Es erfordert jedoch neue Strategien, um es effektiver und kompatibler mit neuen Technologien und Anforderungen zu machen. Derzeit gibt es kritische Speicheranforderungen, die über die vorhandenen RAID-Technologien hinausgehen.

Einige Hersteller verwenden bereits neue Ansätze, um den wachsenden und sich ändernden Anforderungen gerecht zu werden und auch moderne Festplattentechnologien und -beschränkungen zu berücksichtigen. Anstatt RAID 0 zur Verbesserung der Leistung zu verwenden, können moderne Systeme beispielsweise DRAM, Flash-Caches, AST (Automated Storage Tiering) und andere Technologien wie Wide Striping verwenden.

Heutige Festplatten wie SSDs sind größer und schneller. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, Daten zur Leistungsverbesserung zu streifen. Größere Laufwerke stehen jedoch vor längeren Wiederherstellungszeiten, die für eine 2-TB-Festplatte zwischen 4 Stunden und mehreren Tagen liegen können.

Daher benötigen Unternehmen, die große Datenmengen verarbeiten, beispielsweise im Petabyte-Bereich, unterschiedliche Strategien. Diese sollten darauf abzielen, RAID effektiver zu machen und gleichzeitig mit bestehenden und zukünftigen Alternativen wie Löschcodierung und kontinuierlichem Datenschutz (CDP) konkurrieren zu können..

Die Löschcodierung beginnt mit dem Aufteilen von Daten in Fragmente. Anschließend werden sie erweitert und mit redundanten Datenstücken codiert. Diese werden dann auf verschiedenen Speichermedien und an verschiedenen Orten gespeichert. Die Technologie hat im Vergleich zum herkömmlichen RAID wenig Overhead. Die Rekonstruktion von Daten erfordert weniger Zeit und Aufwand. Es ist jedoch prozessorintensiv und weist im Vergleich zu RAID eine höhere Latenz auf.

In Zukunft besteht ein Ansatz darin, den Datenschutz eines RAID-basierten physischen Speichers beizubehalten und diesen dann zu virtualisieren. Durch eine solche Anordnung wird ein virtuelles Volume erstellt, das nicht von einer bestimmten Hardwarekonfiguration abhängt. Das Replizieren solcher Volumes an verschiedenen Standorten verringert das potenzielle Risiko eines vollständigen Ausfalls im Falle einer Katastrophe oder eines anderen kritischen Ausfalls.

Jeffrey Wilson Administrator
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