Eine Einführung in die RAID-Terminologie und -Konzepte

Spezielle Hardware, sogenannte RAID-Controller oder RAID-Karten, können verwendet werden, um RAID unabhängig vom Betriebssystem einzurichten und zu verwalten. Dies ist alshardware RAID bekannt. Echte Hardware-RAID-Controller verfügen über einen dedizierten Prozessor für die Verwaltung von RAID-Geräten.

Dies hat eine Reihe von Vorteilen:

Hardware-RAID hat auch einige wesentliche Nachteile.

RAID kann auch vom Betriebssystem selbst konfiguriert werden. Da die Beziehung der Festplatten zueinander innerhalb des Betriebssystems anstelle der Firmware eines Hardwaregeräts definiert ist, wird dies alssoftware RAID bezeichnet.

Einige Vorteile von Software-RAID:

Einige Nachteile von Software-RAID sind:

Ein dritter RAID-Typ namenshardware-assisted software RAID, Firmware-RAID oder gefälschtes RAID, ist ebenfalls verfügbar. In der Regel liegt dies an der RAID-Funktionalität der Hauptplatinen selbst oder an kostengünstigen RAID-Karten. Hardwareunterstütztes Software-RAID ist eine Implementierung, bei der Firmware auf dem Controller oder der Karte zum Verwalten des RAID verwendet wird, die jedoch die reguläre CPU zum Abwickeln der Verarbeitung verwendet.

Vorteile von Hardware-unterstütztem Software-RAID:

Nachteile von Hardware-unterstütztem Software-RAID:

Die meisten Administratoren meiden hardwaregestütztes Software-RAID, da es unter einer Kombination der Fallstricke der beiden anderen Implementierungen leidet.

RAID 0 kombiniert zwei oder mehr Geräte, indem Daten über diese verteilt werden. Wie oben erwähnt, ist Striping eine Technik, die die Daten in Blöcke aufteilt und die Blöcke dann abwechselnd auf jede Platte im Array schreibt. Dies hat den Vorteil, dass die gesamte Leistung jedes Geräts für Lese- und Schreibvorgänge genutzt werden kann, da die Daten verteilt werden. Das theoretische Leistungsprofil eines RAID 0-Arrays ist einfach die Leistung einer einzelnen Festplatte multipliziert mit der Anzahl der Festplatten (die tatsächliche Leistung wird darunter leiden). Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die nutzbare Kapazität des Arrays einfach die kombinierte Kapazität aller Komponentenlaufwerke ist.

Dieser Ansatz bietet zwar eine hervorragende Leistung, weist jedoch auch einige sehr wichtige Nachteile auf. Da die Daten auf die einzelnen Festplatten im Array aufgeteilt werden, wird durch den Ausfall eines einzelnen Geräts das gesamte Array heruntergefahren, und alle Daten gehen verloren. Im Gegensatz zu den meisten anderen RAID-Levels können RAID 0-Arrays nicht wiederhergestellt werden, da keine Teilmenge der Komponentengeräte genügend Informationen zum Inhalt enthält, um die Daten zu rekonstruieren. Wenn Sie ein RAID 0-Array ausführen, werden Sicherungen äußerst wichtig, da Ihr gesamter Datensatz gleichermaßen von der Zuverlässigkeit der einzelnen Festplatten im Array abhängt.

RAID 1 ist eine Konfiguration, die Daten zwischen zwei oder mehr Geräten spiegelt. Alles, was in das Array geschrieben wurde, wird auf jedem der Geräte in der Gruppe abgelegt. Dies bedeutet, dass jedes Gerät über einen vollständigen Satz der verfügbaren Daten verfügt und im Falle eines Gerätefehlers Redundanz bietet. In einem RAID 1-Array kann weiterhin auf Daten zugegriffen werden, solange ein einzelnes Gerät im Array noch ordnungsgemäß funktioniert. Das Array kann durch Ersetzen ausgefallener Laufwerke wiederhergestellt werden. An diesem Punkt werden die verbleibenden Geräte verwendet, um die Daten zurück auf das neue Gerät zu kopieren.

Diese Konfiguration hat auch einige Nachteile. Wie bei RAID 0 kann die theoretische Lesegeschwindigkeit immer noch berechnet werden, indem die Lesegeschwindigkeit einer einzelnen Festplatte mit der Anzahl der Festplatten multipliziert wird. Bei Schreibvorgängen ist die theoretische maximale Leistung jedoch die des langsamsten Geräts im Array. Dies liegt an der Tatsache, dass das gesamte Datenelement auf jede der Festplatten im Array geschrieben werden muss. Darüber hinaus entspricht die Gesamtkapazität des Arrays der kleinsten Festplatte. Ein RAID 1-Array mit zwei Geräten gleicher Größe hat also die nutzbare Kapazität einer einzelnen Festplatte. Das Hinzufügen zusätzlicher Festplatten kann die Anzahl der redundanten Kopien der Daten erhöhen, erhöht jedoch nicht die verfügbare Kapazität.

RAID 5 weist einige Funktionen der beiden vorherigen RAID-Stufen auf, weist jedoch ein unterschiedliches Leistungsprofil und unterschiedliche Nachteile auf. In RAID 5 werden Daten auf die gleiche Weise wie in einem RAID 0-Array über Festplatten verteilt. Für jeden Datenstreifen, der über das Array geschrieben wird, wird jedoch Paritätsinformation, ein mathematisch berechneter Wert, der zur Fehlerkorrektur und Datenrekonstruktion verwendet werden kann, auf eine der Platten geschrieben. Die Platte, die den berechneten Paritätsblock anstelle eines Datenblocks empfängt, dreht sich mit jedem geschriebenen Streifen.

Dies hat einige wichtige Vorteile. Wie bei anderen Arrays mit Striping profitiert die Leseleistung von der Möglichkeit, von mehreren Datenträgern gleichzeitig zu lesen. RAID 5-Arrays behandeln den Verlust einer Festplatte im Array. Die Paritätsblöcke ermöglichen in diesem Fall die vollständige Rekonstruktion von Daten. Da die Parität verteilt ist (einige weniger verbreitete RAID-Level verwenden ein dediziertes Paritätslaufwerk), verfügt jede Festplatte über eine ausgewogene Menge an Paritätsinformationen. Während die Kapazität eines RAID 1-Arrays auf die Größe einer einzelnen Festplatte beschränkt ist (alle Festplatten haben identische Kopien der Daten), kann mit RAID 5-Parität ein Redundanzgrad erreicht werden, der nur für eine einzelne Festplatte gilt Platz. Somit würden vier 100-G-Laufwerke in einem RAID 5-Array 300 G nutzbaren Speicherplatz ergeben (die anderen 100 G würden durch die verteilten Paritätsinformationen belegt).

Wie bei den anderen Ebenen weist RAID 5 einige erhebliche Nachteile auf, die berücksichtigt werden müssen. Die Systemleistung kann sich aufgrund von Paritätsberechnungen im laufenden Betrieb erheblich verlangsamen. Dies kann sich auf jeden Schreibvorgang auswirken. Wenn eine Festplatte ausfällt und das Array in einen herabgesetzten Zustand wechselt, führt dies auch zu einer erheblichen Beeinträchtigung der Lesevorgänge (die fehlenden Daten müssen aus den verbleibenden Festplatten berechnet werden). Wenn das Array nach dem Ersetzen eines ausgefallenen Laufwerks repariert wird, muss jedes Laufwerk gelesen und die CPU zum Berechnen der fehlenden Daten verwendet werden, um die fehlenden Daten wiederherzustellen. Dies kann die verbleibenden Laufwerke überlasten und zu zusätzlichen Ausfällen führen, die zum Verlust aller Daten führen.

RAID 6 verwendet eine ähnliche Architektur wie RAID 5, jedoch mit doppelter Paritätsinformation. Dies bedeutet, dass das Array zwei fehlerhaften Festplatten standhalten kann. Dies ist ein wesentlicher Vorteil, da die Wahrscheinlichkeit eines zusätzlichen Festplattenausfalls während des intensiven Wiederherstellungsprozesses nach Auftreten eines Fehlers erhöht ist. Wie bei anderen RAID-Levels, die Striping verwenden, ist die Leseleistung im Allgemeinen gut. Alle anderen Vorteile von RAID 5 bestehen auch für RAID 6.

Was die Nachteile angeht, bezahlt RAID 6 die zusätzliche Doppelparität mit der Kapazität einer zusätzlichen Festplatte. Dies bedeutet, dass die Gesamtkapazität des Arrays der kombinierte Speicherplatz der beteiligten Laufwerke minus zwei Laufwerke ist. Die Berechnung zur Ermittlung der Paritätsdaten für RAID 6 ist komplexer als für RAID 5, was zu einer schlechteren Schreibleistung als für RAID 5 führen kann. RAID 6 leidet unter einigen der gleichen Beeinträchtigungsprobleme wie RAID 5, die Redundanz der zusätzlichen Festplatte schützt jedoch vor der Wahrscheinlichkeit, dass zusätzliche Fehler die Daten während der Neuerstellungsvorgänge auslöschen.

RAID 10 kann auf verschiedene Arten implementiert werden, was sich auf seine allgemeinen Eigenschaften auswirkt:

Traditionell bezieht sich RAID 10 auf ein verschachteltes RAID, das erstellt wird, indem zuerst zwei oder mehr RAID 1-Spiegel eingerichtet werden und diese dann als Komponenten verwendet werden, um ein gestreiftes RAID 0-Array darüber aufzubauen. Dies wird jetzt manchmal als RAID 1 + 0 bezeichnet, um diese Beziehung genauer zu beschreiben. Aufgrund dieses Designs sind mindestens vier Festplatten erforderlich, um ein RAID 1 + 0-Array zu bilden (RAID 0 wird über zwei RAID 1-Arrays verteilt, die jeweils aus zwei Geräten bestehen).

RAID 1 + 0-Arrays weisen die Leistungsmerkmale eines RAID 0-Arrays auf. Statt sich auf einzelne Festplatten für jede Komponente des Stripe zu verlassen, wird ein gespiegeltes Array verwendet, das Redundanz bietet. Diese Art der Konfiguration kann Datenträgerfehler in jedem seiner gespiegelten RAID 1-Sätze behandeln, solange mindestens einer der Datenträger in jedem RAID 1 verfügbar bleibt. Das gesamte Array ist auf unausgeglichene Weise fehlertolerant, was bedeutet, dass es je nach Ort, an dem sie auftreten, unterschiedlich viele Fehler behandeln kann.

Da RAID 1 + 0 sowohl Redundanz als auch hohe Leistung bietet, ist dies normalerweise eine sehr gute Option, wenn die Anzahl der erforderlichen Festplatten nicht unerschwinglich ist.

mdadmvon Linux bietet eine eigene Version von RAID 10, die den Geist und die Vorteile von RAID 1 + 0 überträgt, die tatsächliche Implementierung jedoch dahingehend ändert, dass sie flexibler ist und einige zusätzliche Vorteile bietet.

Wie RAID 1 + 0 ermöglichtmdadm RAID 10 mehrere Kopien und gestreifte Daten. Die Geräte sind jedoch nicht in gespiegelten Paaren angeordnet. Stattdessen entscheidet der Administrator über die Anzahl der Kopien, die für das Array geschrieben werden. Daten werden aufgeteilt und in mehreren Kopien über das Array geschrieben, wobei sichergestellt wird, dass jede Kopie eines Abschnitts auf ein anderes physisches Gerät geschrieben wird. Das Endergebnis ist, dass die gleiche Anzahl Kopien vorhanden ist, das Array jedoch nicht so stark durch die zugrunde liegende Verschachtelung eingeschränkt ist.

Diese Konzeption von RAID 10 bietet einige bemerkenswerte Vorteile gegenüber dem verschachtelten RAID 1 + 0. Da Arrays nicht als Bausteine ​​verwendet werden müssen, kann eine ungerade Anzahl von Datenträgern verwendet werden und die Mindestanzahl von Datenträgern ist geringer (nur 3 Geräte sind erforderlich). Die Anzahl der zu pflegenden Exemplare ist ebenfalls konfigurierbar. Die Verwaltung wird vereinfacht, da Sie nur ein einziges Array adressieren müssen und Ersatzteile zuweisen können, die für jede Festplatte im Array anstelle nur eines Komponentenarrays verwendet werden können.