Was ist Raid?

RAID

Ein RAID-System dient zur Organisation mehrerer physikalischer Festplatten eines Computers zu einem besonders leistungsfähigen logischen Laufwerk.
RAID war ursprünglich die Abkürzung für Redundant Array of Inexpensive Disks (Redundante Ansammlung preiswerter Festplatten). Heute wird sie auch oft mit Redundant Array of Independent Disks (Redundante Ansammlung unabhängiger Festplatten) gedeutet, was geringfügig der ursprünglichen Bedeutung widerspricht.
Der Betrieb eines RAID-System setzt mindestens zwei Festplatten voraus. Die Festplatten werden gemeinsam betrieben und bilden einen Verbund, der unter mindestens einem Aspekt betrachtet leistungsfähiger ist als die einzelnen Festplatten. Mit RAID Systemen kann man folgende Vorteile erreichen:

? Erhöhung der Datensicherheit (Redundanz)
? Steigerung der Transferraten (Performance)
? Aufbau großer logischer Laufwerke
? Austausch von Festplatten und Erhöhung der Speicherkapazität während des Systembetriebes
? Kostenreduktion durch Einsatz mehrerer preiswerter Festplatten
? schnelle Steigerung der Systemleistungsfähigkeit
Die genaue Art des Zusammenwirkens der Festplatten wird durch den RAID-Level spezifiziert. Die gebräuchlichsten RAID-Level sind RAID 0, RAID 1 und RAID 5. Sie werden unten beschrieben.
Die gebräuchlichen RAID-Level im Einzelnen
RAID 0: Striping - Beschleunigung ohne Redundanz


RAID LEVEL 0
RAID 0 bietet gesteigerte Transferraten, indem mehrere Festplatten zusammengeschlossen und Schreiboperationen auf allen parallel durchgeführt werden (engl. striping, was bedeutet "in Streifen zerlegen", abgeleitet von stripe - der "Streifen"). Die Performance-Steigerung beruht darauf, dass die zu schreibenden Daten zunächst auf die Caches der verschiedenen Platten verteilt werden und jede einzelne Platte so weniger zu tun hat. Umgekehrt wird auch der Lesevorgang beschleunigt. Fällt jedoch eine der Festplatten durch einen Defekt aus, kann der RAID-Controller ohne deren Teildaten die ursprüngliche Datei nicht mehr rekonstruieren. Streng genommen ist dies gar kein RAID, da es keine Redundanz gibt.
Die Wahrscheinlichkeit von Datenverlust ist bei RAID 0 mit zwei Festplatten fast doppelt so groß wie bei einem gewöhnlichen Computer mit nur einer Festplatte, da sich die Defektwahrscheinlichkeit entsprechend der Festplattenanzahl vervielfacht, der Defekt einer einzigen Festplatte aber schon zum Totalausfall führt. RAID 0 ist daher nur in Computersystemen zu empfehlen, bei denen Datensicherheit kaum von Bedeutung ist.
RAID 1: Mirroring - Spiegelung


RAID LEVEL 1
Ein RAID 1 Array besteht aus zwei oder mehr Festplatten, die dieselben Daten enthalten (engl. mirroring oder duplexing, s.u.). In der Regel sind das zwei Festplatten, es ist aber auch möglich, mehr im Array zu haben. RAID 1 bietet die volle Redundanz der gespeicherten Daten, während die Kapazität des Arrays höchstens so groß ist, wie die kleinste beteiligte Festplatte.
Fällt eine der gespiegelten Platten aus, können die anderen weiterhin die Daten liefern. Besonders für Realtime-Anwendungen ist das unverzichtbar. RAID 1 bietet eine hohe Ausfallsicherheit. Zum Totalverlust der Daten führt erst der Ausfall aller Platten.
Wenn alle Festplatten am selben Controller angeschlossen sind, wird dies als Mirroring bezeichnet. Es kann immer nur ein Zugriff pro Controller ausgeführt werden, was zur Folge hat, dass die Redundanz eines Sektors nicht sofort gegeben ist, sondern erst, nachdem auf mindestens zwei Festplatten geschrieben wurde.
RAID 1 kann eine erhöhte Performance beim Lesen bewirken, weil Daten von einer Festplatte angefordert werden können, während die anderen noch beschäftigt sind.
RAID 5: Performance + Parität


RAID LEVEL 5
RAID 5 bietet sowohl gesteigerte Performance (wobei die Leistung beim Lesen größer ist als beim Schreiben) als auch Redundanz und ist damit die beliebteste RAID-Variante. Darüber hinaus ist es die kostengünstigste Möglichkeit, Daten auf mehr als 2 Festplatten mit Redundanz zu speichern. Es werden mindestens 3 Platten benötigt.
Bei n Platten sind (n-1)/n der Gesamtkapazität nutzbar; das restliche 1/n wird für die Paritätsdaten (Redundanz) benötigt. Zum Vergleich: bei RAID 1 lassen sich nur die Hälfte der realen Kapazität verwenden. Folglich steigt die Nutz-Kapazität eines RAID 5 Arrays mit der Anzahl der verwendeten Festplatten. Mit 6 Platten zu 120GB kann so ein Array mit theoretischem Nutzwert von 600GB erstellt werden, wohingegen mit 3 Platten zu 250GB nur 500GB nutzbar sind, obwohl deren summierte Einzelkapazität höher wäre.
Die Nutzdaten werden wie bei RAID 0 auf alle Festplatten verteilt. Die Paritätsinformationen werden jedoch nicht wie bei RAID 4 auf einer Platte konzentriert, sondern ebenfalls verteilt. Die Berechnung der Parität erfordert leistungsfähige RAID-Controller und führt beim Schreiben zu leichter bis erheblicher Verminderung der Datentransferrate im Vergleich zu RAID 0. Da die Paritätsinformationen beim Lesen nicht benötigt werden, stehen alle Platten zum parallelen Zugriff zur Verfügung.
Bei RAID 5 ist die Datensicherheit des Arrays beim Ausfall von maximal einer Platte gewährleistet. Allerdings lässt nach Ausfall einer Festplatte oder während des Rebuilds auf die Hotspare-Platte (bzw. nach Austausch der defekten Festplatte) die Performance deutlich nach. Der Rebuild dauert länger als bei RAID 1, da bei RAID 5 zusätzlich Parity Informationen rekonstruiert werden müssen. Je mehr Festplatten in einem RAID 5 Verbund sind, desto länger dauert der Rebuild bzw. desto schlechter ist die Performance während eines Defekts einer Festplatte.

RAID 4
Es werden ebenfalls Paritätsinformationen berechnet, die auf eine dedizierte Festplatte geschrieben werden. Allerdings sind die Einheiten, die geschrieben werden, größere Chunks und nicht einzelne Bytes, was die Gemeinsamkeit zu RAID 5 ausmacht.
Ein Vorteil von RAID 4 besteht darin, dass bei einem Ausfall einer Datenplatte eine "vorgenullte" Datenplatte eingesetzt werden kann. Dadurch wird eine zeit- und rechenintensive Wiederherstellung vermieden und das RAID-4-System kann ohne Einschränkungen weiterbetrieben werden.
Ein Nachteil bei RAID 4 besteht darin, dass die Parity-Platte bei allen Schreib- und Leseoperationen beteiligt ist. Dadurch ist die maximal mögliche Performance durch die Performance der Parity-Disk begrenzt. Da bei jeder Operation immer eine der Daten-Disks und die Parity-Disk verwendet werden, fällt die Parity-Disk häufiger aus.
Wegen der fest definierten Paritätsplatte wird statt RAID 4 fast immer RAID 5 bevorzugt.
Eine Ausnahme bildet ein Systemdesign, bei dem die Lese- und Schreiboperationen auf ein NVRAM erfolgen. Das NVRAM bildet einen Puffer, der die Performance kurzfristig erhöht und die Lese- und Schreiboperationen sammelt und in Abschnitten auf das RAID 4 Plattensystem schreibt. Dadurch werden die Nachteile von RAID 4 vermieden.