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RAID

Was bedeutet der Begriff RAID?

RAID ist das Akronym für: „Redundant Array of Independent Disks„, zu Deutsch: redundante Anordnung unabhängiger Festplatten. Ein RAID-System ist dafür zuständig, mehrere physische Massenspeicher (meist Festplatten oder Solid-State-Drives) eines PCs zu einem sinnvollen Laufwerk zu organisieren. Dort sollen Daten so gespeichert werden, dass sie vor dem Verlust geschützt sind. Um einem Datenverlust entgegenzuwirken, wird meist ein redundantes Verfahren angewandt. Dabei werden die Daten mehrfach auf verschiedenen Festplatten gespeichert. In der Regel zielen diverse Techniken und Anwendungen darauf ab, Redundanzen zu vermeiden. Bei einem RAID-System werden diese jedoch gezielt erzeugt.

Inhaltsverzeichnis

raid-teaser

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Allgemeine Informationen über RAID

  • Das Ziel eines RAID-Systems ist es, die Datenverfügbarkeit zu verbessern. Hierbei müssen Sie aber verstehen, dass RAID nicht mit einer Datensicherung gleichgesetzt werden kann. Auch wenn die Daten sicher abgespeichert sind, ist das RAID-System nicht gegen Software-Fehler immun. Falls das System von einem Virus befallen oder eine Datei falsch abgespeichert wird, ist sie verloren. Auch eine versehentlich gelöschte Datei kann von RAID nicht wiederhergestellt werden. Ein Backup ist auf jeden Fall dringend notwendig.
  • Um ein RAID-System in Betrieb nehmen zu können, sind mindestens zwei SSDs erforderlich.
  • Ein RAID kommt dann zum Einsatz, wenn die Datensicherheit verbessert oder die Geschwindigkeit gesteigert werden soll. Bei manchen RAID-Systemen können Sie auch beides erreichen.
  • Wie die einzelnen Festplatten zusammenwirken, wird durch verschiedene RAID-Level definiert. Offiziell gibt es 8 Level (0-7), von denen aber nur die Level 0 bis 5 spezifiziert sind. Die RAID-Level 0, 1 und 5 haben sich in der Praxis durchgesetzt, wohingegen die Level 2, 3 und 4 gar keine Rolle spielen.

Speicherungstechniken von RAID-Systemen

RAID-Systeme verwenden eine oder mehrere dieser Speicherungstechniken:

  • Spiegelung (engl.: Mirroring): Hierbei wird ein Datensatz komplett auf zwei verschiedenen Festplatten gespeichert. Fällt eine Festplatte aus, geht nichts verloren. Der gesamte Datensatz befindet sich noch auf der zweiten Platte.
  • Streifen (engl.: Striping): Bei dieser Technik wird der Datensatz aufgespalten. Ein Teil wird auf Festplatte A abgelegt, ein weiterer auf Platte B und so weiter. Dadurch gehen natürlich alle Information verloren, sobald eine Festplatte abstürzt. Es werden alle SSDs benötigt, um die Daten vollständig lesen zu können. Bei dieser Vorgehensweise erhöht sich die Lese- und Schreibgeschwindigkeit, da die Daten von mehreren Platten gleichzeitig gelesen werden können.
  • Parität (engl.: Parity): Hier gibt es die Möglichkeit, eine verlorengegangene Information wiederherzustellen. Der Datensatz wird mit Streifen auf verschiedene Festplatten aufgeteilt. Auf einer zusätzlichen Platte wird für jeden Streifen ein Paritätswert P hinterlegt. Im Fall eines Platten-Ausfalls können die Daten mithilfe der Parität ermittelt werden.

Geschichte und Entwicklung

Die Idee des RAID-Systems entstand 1987. In diesem Jahr wurde der Begriff „RAID“ erstmals durch David A. Patterson, Garth A. Gibson und Randy H. Katz von der University of California, USA definiert. In der Studie „A Case for Redundant Arrays of Inexpensive Disks (RAID)“ geben die genannten Autoren Empfehlungen, wie Plattenzugriffe beschleunigt und die MTBF (Mean Time Between Failures) erhöht werden können. Der Vorschlag lautet: Daten sollen auf vielen kleineren, noch dazu billigeren, Festplatten abgelegt werden, anstatt auf wenigen großen, teuren Modellen. Aus diesem Gedanken heraus ergab sich die ursprüngliche Bezeichnung: „Redundant Arrays of Inexpensive Disks“.

Durch die Speicherung auf diversen kleineren Platten kam es jedoch vermehrt zu Verwaltungsproblemen. Zudem maximierte sich die Wahrscheinlichkeit eines Datenverlustes. Um das zu vermeiden, schlugen Patterson, Gibson und Katz folgendes vor: Mehrere kleine Laufwerke mit einem Fehlererkennungs- sowie Fehlerkorrektur-Mechanismus sollen zu einem ausfallsicheren Festplatten-Verbund zusammengeschlossen werden. So entstand das RAID-System.

RAID-Systeme und deren Anwendungsbereiche

RAID 0

    • Beschreibung:

Für das RAID 0-Level benötigen Sie mindestens zwei gleich große Festplatten. Der Datensatz wird vom Controller auf mehrere Platten verteilt. Da die Daten von zwei oder mehreren Festplatten gelesen werden, erhöht sich die Lese- und Schreibgeschwindigkeit. Es ergibt sich ein Nachteil: Wenn eine Disk ausfällt, sind alle Daten weg.

    • Technik:

Streifen

    • Nutzungskapazität der verfügbaren Laufwerke:

100%

    • Anwendung:

Hochleistungsfähige Workstations, Datenprotokollierung, Datenbankserver, Echtzeitdaten-Verarbeitung, oft verändernde oder flüchtige Daten

RAID 1

    • Beschreibung:

Für das RAID 1-System sind ebenfalls mindestens zwei Festplatten notwendig. Der Datensatz wird auf beiden SSDs gespeichert. Dadurch sind die Daten vor einem Verlust sicher. Sie benötigen allerdings auch die doppelte Anzahl an Festplatten, weil die effektive Speicherkapazität halbiert wird.

    • Technik:

Spiegelung

    • Nutzungskapazität der verfügbaren Laufwerke:

50%

    • Anwendung:

Betriebssystem, Transaktionsdatenbank

RAID 5

    • Beschreibung:

An dieser Stelle werden mindestens drei Festplatten benötigt. Das Maximum sind 16 Platten. Alle Daten werden auf die vorhandenen Festplatten aufgeteilt. Darüber hinaus wird ein Paritätswert berechnet und gespeichert. So brauchen Sie zwar eine Festplatte weniger als bei einem entsprechenden RAID 1-System, aber die Ermittlung des Paritätswertes erfordert eine höhere Rechenleistung.

    • Technik:

Streifen mit Parität

    • Nutzungskapazität der verfügbaren Laufwerke:

67% – 94%

    • Anwendung:

Data-Warehousing, Web-Serving, Archivierung

RAID 6

    • Beschreibung:

Für ein RAID 6-System beträgt das Minimum an Festplatten vier. Das Besondere: Es wird nicht nur ein Paritätsschema verwendet, sogar zwei (P und Q). Daraus folgt, dass bis zu zwei Festplatten ausfallen können, ohne den Datensatz zu verlieren. Die Datenspeicherung ist an dieser Stelle viel aufwendiger als bei RAID 5. Jedes Mal müssen zwei Paritätsaktualisierungen erfolgen. Die Lesegeschwindigkeit ist genauso schnell wie bei RAID 5. Das RAID 6-System kann höchstens aus 16 Festplatten bestehen.

    • Technik:

Streifen mit doppelter Parität

    • Nutzungskapazität der verfügbaren Laufwerke:

50% – 88%

    • Anwendung:

Archivsysteme, bei denen viel gelesen, aber wenig geschrieben werden muss, Server mit hohen Kapazitätsanforderungen, hochverfügbare Lösungen

RAID 10

    • Beschreibung:

Dieses System ist eine Kombination aus RAID 0 und 1. Sie benötigen wenigstens vier Festplatten. Der Datensatz wird zunächst in zwei Teile geteilt (RAID 0) und daraufhin gespiegelt abgespeichert (2 x RAID 1).

    • Technik:

Spiegelung und Streifen

    • Nutzungskapazität der verfügbaren Laufwerke:

50%

    • Anwendung:

schnelle Datenbanken, virtuelle Server, Anwendungsserver

Weitere Kombinationsmöglichkeiten: RAID 50 (mehrere RAID 5 und ein RAID 0), RAID 60 (mehrere RAID 6 und ein RAID 0)

Quellen & Weblinks

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