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Wie funktioniert ein RAID Array? (Teil 1)

RAID Array

Ein Redundant Array of Independent (unabhängige/früher inexpensive/kostengünstige) Disks (RAID) ist ein Fachbegriff für Computer Datenspeichersysteme, die Daten über mehrere Laufwerke verteilen und/oder replizieren. Die RAID Technologie hat die Unternehmens-Datenspeicherung revolutioniert und wurde mit Hauptzielen entwickelt: um die Datenzuverlässigkeit und die I/O (Input/Output) Leistung zu erhöhen.

Leider ist aber der RAID Speicher auch keine perfekte Technologie und deshalb kann bei diesen Systemen immer noch Datenverlust auftreten. In diesem Beitrag werden wir untersuchen, wie die verschiedenen RAID-Level arbeiten und wie die Daten gespeichert werden (und verloren gehen!) können.

Wie funktioniert ein RAID?

Ein RAID kombiniert physische Laufwerke zu einer einzigen logischen Einheit entweder durch spezielle Hardware oder Software. Hardware-RAID-Lösungen können in einer Vielzahl von Ausprägungen kommen, von in der Hauptplatine integriert oder als Add-in-Karten, bis hin zu großen Enterprise-NAS oder SAN-Servern. Bei diesen Konfigurationen hat das Betriebssystem (OS) keine Kenntnis von der technischen Funktionsweise oder von dem RAID selber. Software-Lösungen sind dagegen in der Regel innerhalb des OS implementiert.

RAID werden traditionell bei Servern genutzt, sie können aber auch bei Workstations zum Einsatz kommen. Letzteres gilt besonders bei speicherintensiven Computern, wie sie bei der  Video- und Audio-Bearbeitung verwendet werden. Bevor wir weiter ins Detail gehen, lassen Sie uns einige der Begriffe anschauen, die wir später verwenden werden:

Häufig verwendete RAID-Begriffe

RAID – Eine Technologie, die verschiedene Festplattenkonfigurationen für den Zweck der Schaffung von mehr Leistung, Zuverlässigkeit und größerer Volumengrößen durch die Konsolidierung von Plattenressourcen und Paritätsberechnungen unterstützt.

Parity (Parität)  – Verteilte Informationen, die die Wiederherstellung von Daten, die innerhalb eines RAID-Arrays gespeichert sind ermöglichen, selbst wenn eine Festplatte ausfällt.

Mirroring (Spiegelung)  – Daten von einer oder mehreren Festplatten werden auf eine (mehrere) physikalische Festplatten dupliziert.

Striping – Ein Verfahren, bei dem Daten über mehrere Festplatten geschrieben werden. Im Beispiel unten werden die Daten über die Laufwerke hinweg in einer sequentiellen Reihenfolge bis zum letzten Laufwerk geschrieben, dann wird zurück zum ersten gesprungen und wird mit einem zweiten Streifen weitergemacht, usw.160519-striping

Block – Ein Block ist der logische Speicherplatz auf jedem Datenträger, auf dem die Daten geschrieben werden; die Menge an Speicherplatz wird durch den RAID-Controller festgelegt.

Left / right symmetry (Links-/Rechts-Symmetrie)  – Die Symmetrie in einem RAID steuert, wie die Daten und die Parität über die Laufwerke verteilt werden. Es gibt 4 Hauptarten von Symmetrie, die verwendet werden können – welches genau hängt von dem RAID-Anbieter ab. Einige Unternehmen schaffen darüber hinaus auch proprietäre Varianten je nach ihren individuellen

Hot spare – Es gibt ein paar verschiedene Methoden, wie man mit einem Laufwerksausfall bei einem RAID umgehen kann; eines  ist das Hot-Spare-Konzept. Es handelt sich dabei um eine Ersatzfestplatte, die anstelle einer ausgefallenen verwendet werden kann.

Degraded mode (eingeschränkter Betrieb)  – Dies geschieht dann, wenn ein Laufwerk in einem RAID nicht mehr lesbar ist; die Festplatte wird dann als „schlecht“ festgelegt und aus dem RAID-Verbund herausgenommen. Die neuen Daten und die Parität werden dann auf die verbleibenden Laufwerke des RAIDs geschrieben; wenn Daten von dem ausgefallenen Laufwerk angefordert werden, wird es mittels der Parität der verbliebenen Festplatten ermöglicht. Dies verschlechtert natürlich die Leistung des gesamten RAID.

Nachdem wir jetzt die Basis zum Verständnis des RAID-Konzepts gelegt haben, wollen wir im zweiten Teil dieses Artikels noch mehr ins Detail gehen und die RAID-Speicherebenen sowie moderne RAID-Konzepte beleuchten.