RAID-Übersicht

    Ein RAID-System besteht aus zwei oder mehr parallel arbeitenden Laufwerken, bei denen es sich um Festplatten oder SSDs (Solid-State-Laufwerke) handeln kann.RAID kann in SoftRAID und HardRAID unterteilt werden. Bei SoftRAID wird die Speicherarchitektur durch das Betriebssystem verwaltet. Bei HardRAID gibt es einen eigenen Controller und Prozessor innerhalb der Festplatte, um den Speicher zu verwalten.

RAID-Levels

Zu den RAID-Levels gehören Basic-RAID-Levels (0, 1, 5 und 6) und Striped-RAID-Levels (10, 50 und 60). Striped-RAID-Arrays kombinieren zwei oder mehr Basic-RAID-Arrays, um eine höhere Leistung, Kapazität und Verfügbarkeit zu erzielen, indem sie die maximale Anzahl der von jedem Array auf einem bestimmten RAID-Controller unterstützten Laufwerke überwinden.

RAID 0

RAID 0 basiert auf Daten-Striping, bei dem der Datenstrom in mehrere Segmente oder Blöcke unterteilt 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 sie kombinieren, um den gesamten Datenstrom zu rekonstruieren. Der Vorteil dieses Konzepts besteht darin, dass die Lese- und Schreibvorgänge erheblich schneller sind, was es ideal für Szenarien macht, in denen die Leistung Vorrang vor anderen Überlegungen hat. Außerdem ist die Gesamtkapazität des gesamten Datenträgers die 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 einer einzelnen Festplatte vermieden wird. Die Daten können von mehreren Festplatten gleichzeitig abgerufen werden, was die Geschwindigkeit und Leistung erhöht.

Vorteile

- Daten sind auf mehrere Laufwerke verteilt

- Der Festplattenspeicher ist voll ausgelastet

- Mindestens 2 Laufwerke sind erforderlich

- Hohe Leistung

Benachteiligungen

- Unterstützt keine Datenredundanz

- Unterstützt keine Fehlertoleranz

- Kein Mechanismus zur Fehlererkennung

- Der Ausfall einer einzelnen Festplatte führt zu einem vollständigen Datenverlust im entsprechenden Array

RAID 1

RAID 1 nutzt das Konzept der Datenspiegelung, bei dem Daten auf einen Satz identischer Festplatten gespiegelt oder geklont werden, so dass bei Ausfall einer Festplatte eine andere verwendet werden kann. Außerdem wird die Leseleistung verbessert, da auf verschiedene Datenblöcke gleichzeitig von allen Festplatten zugegriffen werden kann.

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

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

RAID 1 ist das am häufigsten verwendete RAID-System, das die Sicherheit der gespeicherten Daten erhöhen soll. Wenn zum Beispiel eine Datei auf eine Festplatte geschrieben und gespeichert wird, wird sie automatisch auf den Festplatten 2, 3 oder anderen Laufwerken gespeichert. Das bedeutet, dass das System eine vollständige Redundanz bietet, d. h. wenn eine Festplatte ausfällt, steht die zweite Festplatte bereit, um zu übernehmen.

Vorteile

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

- Hohe Lesegeschwindigkeiten, da ein beliebiges Laufwerk verwendet werden kann, wenn ein Laufwerk belegt ist

- Das Array funktioniert auch dann noch normal, wenn ein Laufwerk ausfällt.

- Mindestens 2 Laufwerke sind erforderlich

Benachteiligungen

- Höhere Kosten (jedes Laufwerk erfordert ein zusätzliches Laufwerk für die Spiegelung)

- Langsamere Schreibleistung, da alle Laufwerke aktualisiert werden müssen

RAID 5

Für RAID 5 sind mindestens drei Laufwerke erforderlich, und wie bei RAID 0 sind die Daten auf mehrere Laufwerke verteilt, aber auch die Parität ist auf die Laufwerke verteilt. Bei einem Ausfall eines einzelnen Laufwerks werden die auf den anderen Laufwerken gespeicherten Paritätsinformationen verwendet, um die Daten zu rekonstruieren. Die Ausfallzeit ist gleich null. Die Lesegeschwindigkeiten sind sehr hoch, aber die Schreibgeschwindigkeiten sind etwas langsamer, da die Parität berechnet werden muss. Es ist ideal für Datei- und Anwendungsserver mit einer begrenzten Anzahl von Datenlaufwerken.

Bei RAID 5 gehen 33 % des Speicherplatzes (bei Verwendung von drei Laufwerken) durch die Parität verloren, aber es ist immer noch eine kostengünstigere Konfiguration als RAID 1. Die beliebteste RAID-5-Konfiguration verwendet vier Laufwerke, wodurch der Speicherplatzverlust auf 25 % reduziert wird. Sie kann mit bis zu 16 Laufwerken arbeiten.

RAID 5 wird auch als Striping mit verteilter Parität bezeichnet:

Vorteile

Block-Level-Striping mit verteilter Parität

-Parität wird auf die Festplatten im Array verteilt

-Hochleistung

-kostengünstig

-Erfordert mindestens 3 Laufwerke

Benachteiligungen

- Die Wiederherstellung kann im Falle eines Festplattenausfalls länger dauern, da die Parität von allen verfügbaren Laufwerken berechnet werden muss.

- Kann keine gleichzeitigen Laufwerksausfälle verkraften

RAID 6

RAID 6 verwendet zwei Paritätsblöcke, um eine bessere Datenredundanz als RAID 5 zu erreichen, was die Fehlertoleranz bei bis zu zwei Laufwerksausfällen im Array erhöht. Jede Festplatte hat zwei Paritätsblöcke, die auf verschiedenen Festplatten im Array gespeichert sind. RAID 6 ist eine sehr praktische Infrastruktur für die Aufrechterhaltung hochverfügbarer Systeme.

RAID 6 ist eine gute Wahl für Standard-Webserver, bei denen die meisten Transaktionen Lesevorgänge sind, aber es wird nicht für Umschreibungsumgebungen wie Datenbankserver empfohlen.

RAID 6 wird auch als Striping mit doppelt verteilter Parität bezeichnet:

Vorteile

-Stripping auf Blockebene mit verteilter DUAL-Parität

-Erzeugt 2 Paritätsblöcke

-Kann 2 Laufwerksausfällen im Array gleichzeitig standhalten

-Zusätzliche Fehlertoleranz und Redundanz

-Erfordert mindestens 4 Laufwerke

Benachteiligungen

- Kosten können ein Faktor sein

- Das Schreiben von Daten dauert aufgrund der doppelten Parität länger

RAID 10 (RAID 1+0)

RAID 10 kombiniert RAID 1 und RAID 0 in umgekehrter Reihenfolge. Es wird manchmal auch als "verschachteltes" oder "hybrides" RAID bezeichnet und bietet das Beste aus beiden Welten mit der schnellen Leistung von RAID 0 und der Redundanz von RAID 1. Bei dieser Konfiguration werden mehrere RAID-1-Blöcke zusammengeschaltet, um wie RAID 0 zu funktionieren. Sie wird verwendet, wenn sowohl eine hohe Festplattenleistung (höher als bei RAID 5 oder 6) als auch Redundanz erforderlich sind.

Vorteile

-Keine Parität

-Ausführung von RAID 0-Striping und RAID 1-Spiegelung

-Vor der Spiegelung wird ein Striping durchgeführt

-Verfügbare Kapazität ist n/2 * Festplattengröße (n = Anzahl der Festplatten)

-Die Anzahl der benötigten Laufwerke sollte ein Vielfaches von 2 sein.

-Hohe Leistung beim Striping von Daten

Benachteiligungen

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

- 100% der Festplattenkapazität wird nicht 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 ähnlich wie RAID 0 bilden. Im Vergleich zur Konfiguration der gleichen Anzahl von RAID 5-Arrays bietet es eine höhere Zugriffsleistung und eine stärkere Datensicherungsleistung. Ein einzelnes RAID 5 äquivalentes Array wird als "Subset" oder "Subarray" bezeichnet, und es können drei oder mehr Subsets konfiguriert werden.

RAID 50 kann auf Servern und Arrays implementiert werden, um verschiedene Anwendungen auszuführen, z. B. Dateiserver, Datenbankserver, Speicherung und Sicherung virtueller Maschinen, Videobearbeitung, Rendering von 3D-Animationen usw.

RAID 50 wird auch als Striped mit verteilter Parität bezeichnet:

Vorteile

-Verkürzung der Wiederherstellungszeit

-Verbesserung der Redundanzleistung

-Verbesserung der Zugriffsleistung

Benachteiligungen

-Erfordert mehr als 6 Laufwerke

-Reduziert die Effizienz der Installation

-Geschränkte Redundanz

RAID 60

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

Wie RAID 50 können auch RAID 60-Konfigurationen 8 oder mehr Laufwerke aufnehmen, eignen sich aber 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 im RAID-Verbund.

Bitte beachten Sie, dass alle oben genannten Konfigurationen mit mehreren Verzweigungen, die für RAID 10 und RAID 50 verfügbar sind, auch für RAID 60 verfügbar sind. Bei 36 Laufwerken können Sie zum Beispiel ein RAID 60 mit 18 Laufwerken pro Zweig oder ein RAID 60 mit drei Zweigen mit jeweils 12 Laufwerken verwenden.

RAID 60 ist ähnlich wie RAID 50, bietet aber mehr Redundanz und eignet sich daher für Server mit extrem großen Kapazitäten, insbesondere für solche, die keine Datensicherung durchführen (z. B. Videoüberwachungsserver, die eine große Anzahl von Kameras verwalten).

RAID 60 ist auch als zonenübergreifendes Striping mit zweifacher verteilter Parität bekannt:

Vorteile

Jedes RAID 6-Array innerhalb der Gruppe kann zwei Laufwerksausfällen standhalten und ist damit sehr sicher.

-Sehr groß und kostengünstig, wenn man bedenkt, dass dieser RAID-Level nur bei einer großen Anzahl von Laufwerken verwendet werden würde.

Benachteiligungen

- Erfordert eine große Anzahl von Laufwerken

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

RAID-Level-Vergleich

Die Auswahl der RAID-Levels hängt von den folgenden Faktoren ab:

- Leistung lesen

- Leistung schreiben

- Fehlertoleranz

- Verschlechterung der Array-Leistung (bei fehlertoleranten RAID-Levels)

- Effektive Speicherkapazität