RAID
RAID Level 0
Bei RAID Level 0 handelt es sich - wie die Null im Namen
schon andeutet - um kein redundantes Speicherverfahren.
Es dient lediglich zur Beschleunigung von Plattenzugriffen.
Dazu fasst RAID 0 zwei oder mehr Festplatten zu einem
logischen Laufwerk zusammen. Es verteilt die Daten in aufeinanderfolgenden Blöcken ("Stripes") gleichmäßig über
alle Laufwerke. Daher bezeichnet man RAID 0 auch als
Striping. Das parallele Lesen respektive Schreiben auf
mehreren Laufwerken steigert zwar die Durchsatzrate,
senkt jedoch die Sicherheit der Daten: Fällt eine Platte des
Verbunds aus, sind alle Daten verloren.
Null RAID: RAID Level 0 beschleunigt zwar den Plattenzugriff,
bietet aber keine redundante Speicherung der Daten.
Die Geschwindigkeitssteigerung macht sich vor allem bei
großen, zusammenhängenden Dateien deutlich bemerkbar.
Hier kann Striping parallel auf allen Platten operieren und
dadurch die Transferrate vervielfachen. Beim Lesen oder Schreiben
vieler kleiner Files ist die Zugriffszeit der Platten der limitierende
Faktor. Hier erreicht ein Stripeset bestenfalls die Performance
eines Einzellaufwerks. Aufgrund dieser Eigenheiten kommt es
meist dort zum Einsatz, wo große Datenmengen abgearbeitet
werden müssen:
Etwa bei Workstations für CAD/CAM oder Audio- und
Videobearbeitung.
RAID Level 1
RAID Level 1 wird auch als Mirroring oder Spiegelung bezeichnet.
Dieser Name verdeutlicht, wie das Verfahren arbeitet: Alle Schreibzugriffe erfolgen parallel auf zwei Laufwerke,
so dass jede Platte quasi ein Spiegelbild der anderen darstellt.
Alle Daten stehen also doppelt zur Verfügung - sicherer geht
es kaum noch. Auch wenn eines der beiden Laufwerke komplett
ausfällt, bleiben alle Nutzdaten erhalten. Allerdings steht bei
RAID 1 nur die Hälfte der Plattenkapazität für die Speicherung
zur Verfügung. Die Kosten der Datenhaltung verdoppeln sich also.
Nummer Sicher: RAID 1 erzeugt auf einer zweiten Platte eine
identische Kopie der Nutzdaten.
Bei Anbindung der Laufwerke an eigene Kanäle steigert sich zwar
die Leistung beim Lesen von Dateien um den Faktor Zwei.
Die Schreibzugriffe erfolgen aber selbst im Idealfall nur
gleich schnell wie bei Einzellaufwerken. Damit eignet
sich Mirroring vor allem für Systeme, auf denen wichtige
Daten zum hauptsächlichen Lesezugriff vorgehalten werden.
RAID Level 0+1
Durch eine Kombination von Mirroring und Striping lassen
sich Geschwindigkeitsgewinn und Datensicherheit verbinden:
Ein RAID 0 erzielt durch das lineare Zusammenschalten
mehrerer Festplatten sowohl beim Lesen als auch beim
Schreiben einen Geschwindigkeitsvorteil. Die zusätzliche
Spiegelung des Stripesets
auf weitere Platten sorgt für Datensicherheit. Je nach
Hersteller wird dieses Verfahren als
RAID 0+1, RAID 0/1 oder RAID 10
apostrophiert.
Zur Ansteuerung der Festplatten sind zwei Verfahren
denkbar. Angenommen, zum Aufbau des RAID-10-Verbunds
stehen sechs Festplattenlaufwerke zur Verfügung. Zum einen
lassen sich zunächst je drei Laufwerke stripen (RAID 0)
und anschließend diese beiden logischen Laufwerke spiegeln
(RAID 1). Die umgekehrte Konstellation liefert scheinbar
dasselbe Ergebnis:
Zuerst werden je zwei Festplatten gespiegelt, dann die drei
logischen Laufwerke zu einem Stripeset verbunden. Bei beiden
Methoden steht anschließend die Kapazität von drei Festplatten
zur Verfügung.
Vom Standpunkt der Datensicherheit ist jedoch das
letztgenannte Verfahren dem ersten auf jeden Fall vorzuziehen.
Den Grund dafür zeigt ein Blick auf den Ernstfall: Wurde zuerst
gestriped, ist nach einem Plattenausfall das betroffene Stripeset
komplett unbrauchbar. Die Daten stehen zwar noch auf dem
zweiten Stripeset zur Verfügung. Fällt aber eines der drei Laufwerk
dieses zweiten Verbunds aus, sind die Daten verloren.
Im umgekehrten Fall verliert ein gespiegeltes logisches Laufwerk
zwar durch den Ausfall ebenfalls seine Redundanz. Aber nur wenn
dann die zweite Platte dieser Einheit ausfällt, entsteht ein
Datenverlust. Die Wahrscheinlichkeit eines Totalausfalls sinkt somit
auf ein Drittel gegenüber der ersten Methode.
RAID Level 3
RAID Level 3 setzt auf ein byteweises Striping der Daten.
Zur Erkennung von Schreib-/Lesefehlern setzt es im Gegensatz
zu RAID 2 auf die integrierten Funktionen der Festplatten.
Dadurch kommt es mit einem einzelnen,
dedizierten Parity-Laufwerk aus.
Optimal nur bei großen Files: RAID 3 nutzt byteweises Striping
und ein dediziertes Parity-Laufwerk.
Um die Generierung der ECC-Daten zu erleichtern
synchronisiert RAID 3 die Kopfpositionen der Laufwerke.
Das ermöglicht zwar Schreibzugriffe ohne Overhead, da sich
Parity- und Nutzdaten parallel auf den Laufwerken speichern lassen.
Viele Lesezugriffe auf kleine, verteilte Dateien erfordern dagegen
die synchrone Neupositionierung der Köpfe aller Platten im Verbund
und kosten entsprechend Zeit.
Nur beim Lesen großer Files kann RAID 3 den
Geschwindigkeitsvorteil des parallelen Zugriffs ausspielen.
Daher kommt das Verfahren vor allem bei der Verarbeitung
großer, zusammenhängender Datenmengen auf Einzelplatzrechnern
zum Einsatz: Etwa bei CAD/CAM oder Multimediaverarbeitung.
RAID Level 5
RAID Level 5 arbeitet ebenso wie RAID 4 mit einer
blockweisen Verteilung der Nutzdaten. Aber es verzichtet
auf ein dediziertes Parity-Laufwerk und verteilt die ECC -Daten zusammen mit den Nutzdaten gleichmäßig über die Laufwerke.
Damit sinkt die Wahrscheinlichkeit, dass gleichzeitig zwei Schreiboperationen auf dieselbe Platte erfolgen. Schreibzugriffe
lassen sich also weitgehend parallelisieren. Zudem verteilt sich die mechanische Belastung der Platten gleichmäßig, da keine eine Sonderstellung als Parity-Laufwerk einnimmt.
Allrounder: RAID 5 beschleunigt durch den Verzicht auf ein
dediziertes Parity-Laufwerk die Schreibzugriffe.
Auch beim Lesen von Daten bietet RAID 5 durch die Verteilung
der Daten über alle Laufwerke eine gute Performance. Dies zahlt
sich insbesondere beim Zugriff auf viele kleine Datenblöcke aus.
Daher kommt RAID 5 speziell bei Datenbank- oder
Transaktionsservern gern zum Einsatz.
Ähnlich wie RAID 1 lässt sich auch RAID 5 sehr gut mit
RAID 0 kombinieren. Das resultierende RAID 0+5 (aka RAID 50)
bietet bei ähnlich guter Performance wie RAID 10 eine gegenüber
reinem RAID 5 nochmals gesteigerte Ausfallsicherheit.
