RAID-Systeme

Redundant Array of Inexpensive Disk Drives - Array von preiswerten redundanten Festplatten

 

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Übersicht

 

 

Begriffsbestimmung

Der Ausdruck “Disk Array” esistiert schon lange, um eine Reihe von unterschiedlichen Festplattenkonfigurationen zu beschreiben.

Mehrere Laufwerke zu einem Array verbunden bieten prinzipiell folgendeVorteile:

 

RAID beschreibt eine Konfiguration die aus mehreren Festplattenlaufwerken für Daten, einem Laufwerk für Parity-Informationen und einem speziellen Controller besteht.

Die RAID-Technik stellt eine deutliche Verbesserung in der Array-Technologie dar.

Die redundanten Laufwerke können einzelne Fehler feststellen und die Originalinformationen im Falle eines Plattenfehlers wieder herstellen.

 

 

Historie

Die RAID-Technik ist 1987 in der “University of California at Berkeley”entwickelt worden.  Die ursprüngliche Absicht war es, die Kosten für die Massenspeicherung zu verringern, indem man mehrere kleinere preiswerte Laufwerke einsetzt anstatt eines teuren Laufwerks. Zusätzlichwollte man eine erhöhte Sicherheit bieten, indem redundante Informationengespeichert werden.

Der Schutz gegen Plattenausfall ist durch die RAID-Technlogie erreichtworden. Unglücklicherweise reduzierten sich damit nicht mehr die Kosten für die Plattenspeicherung. Stattdessen sind die Kosten für RAID-Systemehöher als die für Standard-Laufwerke.

Wie auch immer, die RAID-Technologie bietet prinzipiell:


 

RAID 0

Datenverteilung mittels Blockversatz ohne Fehlertoleranz

Ein unabhängiges Array mehrerer Platten ohne Parity-Redundanzen bieteteinen Datenzugriff über alle Platten in dem Array im Blockformat.Der erste Block wird auf die erste Platte geschrieben, der zweite Blockauf die zweite und so weiter

Features

RAID-0 ermöglicht “nur” :

mehr Plattenkapazität höheren Datendurchsatz höhere Performance
Es bietet aber keinen Schutz gegen Datenverlust. Wenn also eine Platte im Array ausfällt, dann fällt das gesamte System aus. Das gleiche würde auch beim Einsatz einer Platte geschehen.

Der Hauptvorteil liegt also in den höheren Zugriffsraten gegenüber einem einzelnen Laufwerk. Der Platten­zugriff wächst mit der Anzahl der Laufwerke, begrenzt mit der Anzahl der Laufwerke in einem SCSI-Kanal

 

 

 

 

Raid 1

RAID-1 besteht aus einer transparenten Plattenspiegelung. Im Gegensatz zu den anderen RAID-Stufen werden alle Daten automatisch auf eine zweite gespiegelte Platte geschrieben. Dies erfolgt unbemerkt für das System,die Anwendung und den Benutzer. Die gespiegelte Platte ist ein exaktes Duplikat der Datenplatte.

 

 

 

Features

Mit RAID-1 ist die höchste Fehlertoleranz gegeben. Nachteilig ist allerdings, daß jede Festplatte zweimal vorhanden sein muß, einmal für die Daten und zum anderen für das Spiegelbild. Eine Erweiterung kann ebenfalls nur in Plattenpaaren erfolgen Das Interface zu den Laufwerken kann aus einem einzelnen Controller bestehen. Bei den Lesezugriffen wird dann eine Performance wie bei einer einzelnen Platte erreicht. Die Schreibgeschwindigkeit verringert sich, weil die Daten zuerst auf die erste Platte, dann auf die zweite geschrieben werden. Es können aber auch zwei Controller (Duplexing) eingesetzt werden.Damit kann das Fehlerrisiko nochmals reduziert werden. Außerdem kann man den Daten-I/O erhöhen, indem ein abwechselndes Lesen auf beiden Platten erfolgt oder indem parallel auf beide Platten geschrieben wird.

 

 

 

Zusammenfassung

RAID-1 ist die Lösung für die höchste Datensicherheit. Die Lesegeschwindigkeit ist immer höher als bei einer einzelnen Platte. Mit einem zweiten Controller kann auch die Schreibgeschwindigkeit erhöht werden. In jedem Fall ist eine RAID-1 Lösung teurer als andere RAID-Lösungen.
 

 

Raid 2

Raid 2 besteht aus der Aufteilung der Daten und “Shadowing”. RAID-2 teilt dieDaten byteweise auf eine Gruppe von Platten auf. Für jeden Datensektor wird auf der Prüfsummenplatte eine ECC-Information (Error Checkingand Correction) gespeichert.

 

 

 

 

Bei RAID-2 erfolgen die Schreib- und Lesezugriffe gleichzeitig auf alle Platten.

RAID-2 kann optimiert werden:

entweder für eine Umgebung, die einen schnellen Random-Zugriff erfordert oder für eine, die eine hohe Transferrate notwendig macht.

Da moderne Festplatten ECC standardmäßig bieten, hat RAID-2 keine besonderen Vorteile gegenüber anderen RAID-Systemen. Daher existiert kein Anbieter, der RAID-2-Systeme liefern kann.

 

 

Raid 3

Die Datenaufteilung von “stripes” (Datenelemente) erfolgt mit Parity-Check. Bei RAID-3 werden die Datenelemente aus Bits oder Bytes auf das Array verteilt. Ein spezielles Laufwerk bietet Datenschutz durch das Speichern von Paritäts-Bytes für jedes Datum.

 

 

Features

Wie mit RAID-0 wird auf die Platten simultan zugegriffen aber der Parity-Check bietet Fehlertoleranz. Im Fall eines Plattenausfalls können Daten weiterhin geschrieben undgelesen werden. Die Paritätsinformationen erlauben es, die verloren gegangenen Daten der ausgefallenen Platte zu rekonstruieren. Eine defekte Platte kann ersetzt werden, ohne daß das System heruntergefahren werden muß (hot-swap). Danach werden die Daten durch den Array-Controller rekonstruiert. RAID-3 bietet gegenüber den tieferen RAID-Stufen ein besseres Verhältniszwischen Datenplatten und Prüfsummenplatten. Durch parallele Datenpfade können hohe Datenübertragungsraten realisiert werden. Damit bietet RAID-3 insbesondere Performance für die Applakationen, die große Dateien transferieren müssen. RAID-3 kann also gut in CAD/CAM oder Bildverarbeitung eingesetzt werden. Für Applikationen mit Random-I/O ist RAID-3 nicht so geeignet, dazu jedem Zeitpunkt nur eine I/O-Anfrage befriedigt werden kann.

 

Zusammenfassung

RAID-3 bietet hohe Datensicherheit. Gegenüber RAID-1 ist die Datensicherheit allerdings geringer, da nur eine Platte mit Paritätsinformationen vorhanden ist. RAID-3 ist preiswerter als RAID-1, da weniger Platten für gleiches Datenvolumen zum Einsatz kommen. Außerdem ist eine Aufrüstung mit einzelnen Platten möglich. Gegenüber RAID-1 ist ein “hot-swap” möglich. RAID-3 ist ideal für Applakationen mit großen Dateteien, die sequentiell gelesen werden müssen, nicht aber für Datenbankapplikationen 

 



Raid 4

Bei RAID 4 werden die Daten(stripes) mit Paritätsprüfung blockweise aufgeteilt.

Wie bei RAID-3 wird nur ein einziges Laufwerk für Paritätsinformationen eingesetzt. Anstatt Bits bzw. Bytes werden aber ganze Blöcke geschrieben.RAID-4 bietet eine sehr hohe Lese-Performance und eine weniger gute Schreib-Performance.

 

Zusammenfassung

Wie bei RAID-3 ist ein “hot-swap” möglich. RAID-4 ist eine allgemein einsetzbare Lösung, insbesondere wenn viele Lesezugriffe im Vergleich zu den Schreibzugriffen nötig sind. RAID-4 ist eine guten Wahl für Applakationen mit häufigem kleinen Blocktransfer, welcher typisch für Datenbankanwendungen ist. RAID-4 Systeme werden nicht mehr angeboten, weil sie keine deutlichen Vorteile gegenüber RAID-5 Systemen haben.

 

Raid 5

Bei Raid 5 erfolgt die Datenverteilung blockorientiert mit gleichzeitiger Verteilung der Paritätsinformationen. RAID-5 kombiniert die blockorientierte Datenverteilung von RAID-0 mit der Möglichkeit der Datenrekonstruktionin RAID-3 ohne daß ein zusätzliches Paritätslaufwerk nötig wäre. Die Prüfsummen werden sektorenweise gebildet und auf alle Platten verteilt.

 

Features

Viele RAID-Anbieter benutzen ein Caching um die schlechte Schreibgeschwindigkeit von RAID-5 zu kompensieren. Der Cache muß durch ein batteriegepuffertes Netzteil (USV) unterstützt werden, um die prinzipiell erhöhteDatensicherheit nicht durch einen ungesicherten Cache wieder einzuschränken.

 

 

Zusammenfassung

Gute Datenverfügbarkeit. Wie bei RAID-3 ist ein “hot-swap” möglich. Die Stärke von RAID-5 ist wie bei RAID-4 das Verarbeiten von vielen kleinen Dateien mit Randon-I/O. Gegenüber RAID-4 fällt allerdings der Flaschenhals der zusätzlichen Paritätsplatte weg. Gegenüber RAID-3 schlechter bei Applikationen mit großen Datendateien und sequentiellem Zugriff. Falls das System nicht durch einen Cache unterstützt wird, sinkt die Schreibgeschwindigkeit

 

Raid Zusammenfassung

 

RAID 0 bietet höhere Performance, allerdings keine erhöhte Datensicherheit.
 
RAID 1 ist das System mit der höchsten Datensicherheit, verlangt aber auch den höchsten Aufwand. Die Performance ist sehr hoch.
 
RAID 3 bietet hohe Datensicherheit und hohe Performance für CAD/CAM bzw. Bildverarbeitung.
 
RAID 5 bietet hohe Datensicherheit und hohe Performance für Datenbankanwendungen.

 Für die meisten Applikationen bietet sich daher RAID-1 oder RAID-5 an.

 

 

RAID-Anbieter

Arco Computer Products
Advanced Computer & Network Corporation
Adaptec
Adjile Systems
American Media SystemsInc.
CAEN Engeneering
Clariion
CranelStorage Solution
Conley
Comix Computers
Cyberstorage
CMD-Technonlgie
DataDirect Networks
DataWorld
DTP
Direct Data StorageInc.
Enhance-Technologie
Eurologic
Eclipse
Fantom Drives
Farsin Developement Ltd.
Infotrend SCSI RAID Controllers
Integrix
Mylex Corporation
MTI
Pacific Computer Expansions Inc.
RAID Inc. Homepage
Sunrise RAIDsystems
Storagepath by SWS Corp.
Storage Solutions
Treiber fürLinux
Unisys