Zielgruppe
Dieser Artikel ist eine Einführung (oder ein grundlegender Überblick über) Speicheroptionen, die mehrere Computerlaufwerke verwenden.
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Einführung
RAID, (Redundant Array of Inexpensive Disks, oder heute oft Redundant Array of Independent Disks) umfasst einen Industriestandard-Satz verbesserter Datenspeichertechnologien. RAID kombiniert die Speicherressourcen mehrerer physischer Laufwerke zu einem einzigen logischen Gerät, das vom Betriebssystem des Computers erkannt wird. Es kommt in mehreren Standardimplementierungen vor, die als Ebenen bezeichnet werden , die jeweils unterschiedliche Kosten-Nutzen-Kompromisse haben, einschließlich Lese-/Schreibleistung und Ausfallsicherheit der Festplatte.
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Gemeinsame RAID-Level
RAID 0
Eine RAID 0-Konfiguration verbindet mehrere physische Laufwerke zu einem einzigen logischen Laufwerk, dessen Speicherplatz der Summe der einzelnen Laufwerke entspricht. Es verwendet einen Prozess namens Striping Um ein Datensegment oder Stripe auf die erste Festplatte zu schreiben, wird das nächste Segment auf die zweite Festplatte gelegt, und so weiter, bis zur letzten Festplatte im Array. Der Vorgang wiederholt sich für alle nachfolgenden Segmente und legt sie nacheinander ab.
Diese Konfiguration bietet eine verbesserte Lese-/Schreibleistung gegenüber einem einzelnen Laufwerk (oder anderen RAID-Konfigurationen), bietet jedoch keinen Datenschutz, falls ein Laufwerk abstürzt; tatsächlich führt der Verlust irgendeines Laufwerks in dem Satz zum Verlust des gesamten Satzes. RAID 0 benötigt mindestens zwei Laufwerke.
RAID1
RAID 1 verwendet einen Prozess namens Spiegelung um eine redundante Kopie der Daten auf jedem Laufwerk zu erstellen, das Mitglied des Arrays ist. Da RAID 1 Daten dupliziert, beträgt die nutzbare Gesamtkapazität im Vergleich zu RAID 0 die Hälfte der gesamten Laufwerkskapazität. So können beispielsweise zwei als RAID 1 konfigurierte 1-TB-Laufwerke insgesamt nur 1 TB speichern. Im Falle des Ausfalls eines Laufwerks können Sie jedoch weiterhin auf Ihre Daten vom verbleibenden Laufwerk zugreifen.
RAID 5
RAID 5 funktioniert ähnlich wie RAID 0-Striping, aber es erstellt auch ein zusätzliches Datenelement namens Parität die mathematisch aus vorhandenen Daten auf den anderen Laufwerken abgeleitet wird. Diese gleichmäßig auf alle Laufwerke verteilten Paritätsdaten ermöglichen die Neuberechnung der Originaldaten, wenn auf diese Daten nicht zugegriffen werden kann, wie im Falle eines Laufwerksausfalls. Es hat eine ähnliche Ausfallsicherheit wie RAID 1 – das Array kann betrieben werden, wenn ein Laufwerk ausfällt – und bietet gleichzeitig einen Teil der Geschwindigkeitssteigerung von RAID 0. RAID 5 erfordert mindestens drei physische Laufwerke.
RAID6
In vielerlei Hinsicht ähnlich wie Level 5 fügt RAID Level 6 zusätzliche Paritätsinformationen hinzu, sodass bis zu zwei Laufwerke ausfallen können, ohne die Systemverfügbarkeit zu beeinträchtigen. RAID 6 erfordert mindestens vier physische Laufwerke.
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Verschachteltes RAID
Sie können RAID-Level auch kombinieren, um zusätzliche Vorteile zu erhalten. Diese Technik wird als verschachteltes RAID bezeichnet , führt physische Laufwerke mit einem RAID-Level zusammen und verbindet die resultierenden logischen Laufwerke mit einem anderen. Verschachtelte RAID-Level werden als zwei- und dreistellige Zahlen geschrieben:Die erste Ziffer ist die „innerste“ Ebene, die die physischen Laufwerke regelt, und die nächsten Ziffern geben an, wie die logischen Laufwerke kombiniert werden. Die unten aufgeführten verschachtelten RAID-Level sind häufig verwendete Beispiele, obwohl mehrere andere möglich sind.
RAID10
RAID-Level 10, auch als „1+0“ geschrieben, kombiniert die Techniken und Vorteile der Level 1 und 0. Bei RAID 10 konfigurieren Sie mehrere gespiegelte RAID-1-Festplattensätze und fügen sie dann zu einem einzigen logischen RAID-0-Laufwerk zusammen. Mit vier Laufwerken erstellen Sie beispielsweise zwei Sätze logischer RAID-Laufwerke der Stufe 1, die jeweils aus zwei physischen Laufwerken bestehen. Die beiden logischen Laufwerke werden dann kombiniert, um ein einzelnes RAID 0-Laufwerk zu erstellen. RAID 10 hat zwei Hauptvorteile:kontinuierlichen Betrieb trotz mehrerer Laufwerksausfälle und schnelle E/A-Verarbeitung. Die gespiegelten RAID 1-Sätze tolerieren jeweils einen einzelnen Laufwerksausfall – wenn jedoch beide Laufwerke in einer der RAID 1-Konfigurationen ausfallen, fällt der gesamte Satz aus.
RAID 50
Level 50 ist eine Kombination aus Level 5 und 0. Hier sind mehrere Level-5-Sätze Elemente eines einzelnen logischen RAID-0-Laufwerks. Jeder der Level-5-Sätze kann den Ausfall eines einzelnen Laufwerks überstehen. Die Gesamtzahl Der Satz kann den Ausfall von zwei oder mehr Laufwerken überstehen, solange keiner der Sätze der Ebene 5 mehr als ein ausgefallenes Laufwerk hat. Beispielsweise konfigurieren Sie neun Laufwerke als drei Gruppen der Ebene 5 mit jeweils drei Laufwerken. Jede dieser Gruppen kann trotz eines einzelnen Laufwerksausfalls weiterarbeiten, sodass der gesamte Satz von neun bis zu drei Laufwerksausfällen verarbeiten kann, solange es nicht mehr als einen pro Gruppe gibt.
RAID100
RAID-Level 100 oder 1+0+0 verwendet gespiegelte RAID 1-Festplatten, die in zwei oder mehr RAID 0-Sets kombiniert werden. Die RAID 0-Sätze selbst werden wiederum mit einem äußeren RAID 0 zu einem einzigen logischen Laufwerk kombiniert. Obwohl dies in Bezug auf den Festplatten-Overhead teuer ist, bietet die Spiegelung, da sie 50 Prozent des verfügbaren Speicherplatzes beansprucht, erhebliche Leistungsvorteile gegenüber anderen Techniken. RAID 100 eignet sich gut für sehr große und hochaktive Datenbanken, bei denen Geschwindigkeit und Verfügbarkeit wichtig sind. RAID 100 erfordert mindestens 8 Laufwerke:Sie beginnen mit der Erstellung von vier RAID 1-Laufwerken, führen dann jedes Paar von RAID 1-Laufwerken zu zwei Sätzen von RAID 0 zusammen und verbinden schließlich die beiden RAID 0-Laufwerke mit RAID 0 wieder zu einem einzigen logischen Laufwerk .
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Andere RAID-Stufen, ungewöhnlich oder veraltet
Die RAID-Level 2, 3, 4 und 7 sind ebenfalls vorhanden, werden jedoch entweder nicht häufig verwendet oder sind veraltet. Level 2 erforderte beispielsweise eine aufwendige Antriebssynchronisation, was die Kosten erhöhte und praktisch zum Verzicht führte. Level 7 ist ein proprietärer Standard, der von der Storage Computer Corporation entwickelt wurde, die inzwischen ihre Geschäftstätigkeit eingestellt hat. Level 3 und 4 ähneln Level 5, sind aber weniger verbreitet.
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Hardware und Software
Es gibt sowohl Hardware- als auch Softwareansätze zum Implementieren von RAID. Softwaremethoden verlassen sich weitgehend auf die integrierten Datenträgerverwaltungsfunktionen eines Betriebssystems, wie sie beispielsweise von Microsofts Windows Server, Apples Mac OS X und Linux angeboten werden. Wenn Sie jedoch den Softwareansatz für RAID verwenden, erhöht sich die CPU-Arbeitslast des Servers, was sich auf die Gesamtsystemleistung auswirken kann.
Die Hardware-Alternative zu RAID nutzt einen intelligenten Laufwerkscontroller mit eigener CPU und eigenem Speicher. Dieser Ansatz belastet die Haupt-CPU kaum bis gar nicht, erhöht jedoch die Kosten für die Serverhardware. Überprüfen Sie bei der Planung eines RAID-basierten Systems Ihre Hardware und Software, um sicherzustellen, dass sie das RAID-Level unterstützen, das Sie implementieren möchten.
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RAID und SSD
RAID-Techniken funktionieren entweder mit herkömmlichen Festplattenlaufwerken (HDDs) oder Solid-State-Laufwerken (SSDs). Wenn RAID 0 auf mehrere SSDs angewendet wird, können die E/A-Leistungssteigerungen bemerkenswert sein. Leistungssteigerungen mit Level 5 und SSD können allerdings kompliziert werden. Ein RAID 5-Array kann bei Schreibvorgängen langsamer sein als eine einzelne SSD, da die Laufwerke sowohl Parität als auch Benutzerdaten schreiben.
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RAID und Backups
RAID ist kein Ersatz für regelmäßige Datensicherungen . Obwohl die meisten RAID-Stufen Ausfallzeiten reduzieren und den meisten Laufwerksausfällen den Stachel nehmen, können sie den Verlust einzelner Dateien nicht kompensieren, z. B. durch menschliches Versagen oder Beschädigung oder durch systemweite Verluste aufgrund von Feuer oder anderen physischen Katastrophen. Es lohnt sich, RAID nicht als Allheilmittel, sondern als zusätzliches Tool zur Verbesserung der Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit von Servern zu betrachten.
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Schlussfolgerung
RAID ist eine Datenspeichertechnologie, die mehrere physische Laufwerke (HDD oder SSD) zu einer einzigen Einheit verbindet. Je nachdem, wie RAID implementiert wird, kann es eine deutlich verbesserte I/O-Geschwindigkeit, reduzierte Ausfallzeiten oder eine Kombination aus beidem bieten. Wenn Sie wissen, was die verschiedenen Ebenen bieten, können Sie die Implementierung bestimmen, die für Ihre Datenspeicheranforderungen am besten geeignet ist.
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