Raid levels explained 0, 1, 5, 6, 10

Hier erfahren Sie es:

• welche Art von RAID-Levels gibt es

• Was sind RAID-Levels?

• wie DiskInternals RAID-Wiederherstellungsdienste kann Ihnen helfen

Sind Sie bereit? Lasst uns lesen!

Arten von RAID-Levels

RAID kann als Hardware (Controller-Karte oder Chip) oder als Software (nur Software oder Hybrid) eingesetzt werden.

Hardware RAID

Dieser RAID-Level kann auf zwei Arten verwendet werden:

• Verwendung einer externen RAID-Controller-Karte. In diesem Fall wird die herausnehmbare Erweiterungskarte in einen PCIe- oder PCI-X-Motherboard-Anschluss eingesteckt und enthält einen RAID-Prozessor und Festplatten-I/O-Prozessoren.

• unter Verwendung des integrierten RAID-on-Chip. In diesem Fall integriert ein einziger Chip auf der Hauptplatine die I / O-Schnittstellen der Festplatten, die Host-Schnittstelle, den RAID-Prozessor und den Speicher-Controller.

Software-RAID

Diese Art von RAID-Level gibt es in zwei Ausprägungen:

• Reine Software. Dieser Typ ist der kostengünstigste der anderen RAID-Typen und wird häufig in das Betriebssystem integriert. Es handelt sich um eine Host-Anwendung, die die RAID-Berechnungen verwaltet, eine Verbindung über den HBA oder die eigene I / O-Schnittstelle herstellt und aktiviert wird, wenn das Betriebssystem den RAID-Treiber lädt.

• Hybride Software. Diese Art von Array enthält eine Hardwarekomponente, um die CPU-Auslastung zu reduzieren und die RAID-BIOS-Funktionalität von RAID BIO auf dem Motherboard oder HBA bereitzustellen.

RAID-Stufe 0

RAID 0 erfordert mindestens zwei Festplatten, teilt die Dateien auf und verteilt die Daten mit Hilfe eines Striping-Mechanismus auf zwei oder mehr Festplatten. Aufgrund des gleichzeitigen Lesens und Schreibens derselben Datei ist der Durchsatz in der Regel höher.

RAID 0 hat keine Redundanz oder Fehlertoleranz, da es mehrere Festplatten als eine Partition behandelt, selbst wenn eine Festplatte ausfällt, wird die gestripte Datei unlesbar. Wenn Ihnen also eine hohe Leistung wichtig ist und Redundanz im Hintergrund steht, ist diese Stufe des Arrays sehr akzeptabel.

RAID-Level 0 hat eine Reihe von Vorteilen.

• RAID 0 ist sowohl bei Lese- als auch bei Schreibvorgängen extrem schnell. Die Paritätskontrollen verursachen keinen zusätzlichen Aufwand.

• Es gibt keinen Overhead, da die gesamte Speicherkapazität ausgeschöpft ist.

• Die Technologie ist einfach zu bedienen.

Die Nachteile von RAID 0

• RAID 0 ist nicht auf Fehlertoleranz ausgelegt. Wenn eines der Laufwerke in einem RAID 0-Array ausfällt, sind die Daten des gesamten Arrays verloren. Es sollte nicht in unternehmenskritischen Systemen eingesetzt werden.

Ideale Verwendung

RAID 0 eignet sich für nicht-kritische Datenspeicherung, die schnell gelesen und geschrieben werden muss, wie z.B. an einem Foto-Retuschier- oder Videoschnittplatz.

Erwägen Sie, ein Laufwerk in den Ordnerpfad des zweiten Laufwerks zu mounten, wenn Sie RAID 0 nur nutzen wollen, um die Speicherkapazität von zwei Laufwerken in einem einzigen Volume zu kombinieren. Dies wird von Linux, OS X und Windows unterstützt und hat den Vorteil, dass die Daten auf der zweiten Festplatte oder dem SSD-Laufwerk nicht beeinträchtigt werden, wenn ein Laufwerk ausfällt.

RAID-Stufe 1

RAID 1 erfordert ebenfalls mindestens zwei Festplatten für den Betrieb und verwendet einen Spiegelungsmechanismus zur Verteilung der Daten. Es bietet Datenredundanz und Ausfallsicherung, aber das Schreibverfahren ist nicht hoch genug. Wenn eine der gespiegelten Festplatten beschädigt wird, befinden sich die unberührten Daten auf der Arbeitsplatte. Nach dem Austausch des defekten Laufwerks kopiert das RAID-System die Daten automatisch auf das Ersatzlaufwerk zurück.

Auf diese Weise ist RAID 1 ein kostengünstiges Verfahren zur Ausfallsicherung von Anwendungsservern.

Vorteile von RAID Level 1.

• RAID 1 hat eine Lesegeschwindigkeit, die der eines einzelnen Laufwerks entspricht, und eine Schreibgeschwindigkeit, die mit der eines einzelnen Laufwerks vergleichbar ist.

• Die Daten müssen nicht neu erstellt werden, wenn ein Laufwerk ausfällt; sie müssen lediglich auf das Ersatzlaufwerk übertragen werden.

• RAID 1 ist eine unkomplizierte Technik.

Nachteile von RAID Level 1

• Der größte Nachteil besteht darin, dass die effektive Speicherkapazität nur die Hälfte der gesamten Laufwerkskapazität beträgt, da alle Daten zweimal geschrieben werden.

• Ein Hot-Swap einer ausgefallenen Festplatte ist bei Software-RAID-1-Lösungen nicht immer möglich. Das bedeutet, dass die defekte Festplatte erst ausgetauscht werden kann, nachdem der Computer, an den sie angeschlossen ist, ausgeschaltet wurde. Dies ist für Server, die von einer großen Anzahl von Benutzern gleichzeitig genutzt werden, möglicherweise nicht akzeptabel. In solchen Systemen werden in der Regel Hardware-Controller verwendet, die ein Hot Switching ermöglichen.

Ideale Verwendung dieses RAID-Levels

RAID-1 ist eine ausgezeichnete Wahl für geschäftskritische Speicher, wie z. B. Buchhaltungssysteme. Es ist auch für kleine Systeme mit nur zwei Datenplatten geeignet.

Erwägen Sie, ein Laufwerk in den Ordnerpfad des zweiten Laufwerks einzubinden, wenn Sie nur RAID 0 verwenden möchten, um die Speicherkapazität von zwei Laufwerken in einem einzigen Volume zu kombinieren. Dies wird von Linux, OS X und Windows unterstützt und hat den Vorteil, dass die Daten auf der zweiten Festplatte oder dem SSD-Laufwerk nicht beeinträchtigt werden, wenn ein Laufwerk ausfällt. Bedarf es einer Hilfe bei RAID 0 oder RAID 1 wiederherstellung? DiskInternals ist hier, um zu helfen!

RAID-Stufe 5

RAID 5 verteilt Striping und Parität auf Blockebene, was bedeutet, dass das RAID-System seine Werte berechnet, um einen Paritätsblock zu erstellen, den es zur Wiederherstellung von Striping-Daten von einer ausgefallenen Festplatte verwendet.

Als Ergebnis kann RAID 5 den Verlust einer Festplatte im Verbund verkraften, während die Leistung dieses Verbunds hoch bleibt (alle Festplatten im Verbund bedienen gleichzeitig Schreibanforderungen). In manchen Situationen, z. B. beim Wechsel der Spur, sind zusätzliche Schritte und Berechnungen erforderlich, was sich zwangsläufig negativ auf die Gesamtleistung auswirkt.

Vorteile von RAID Level 5

• Lesedatentransaktionen sind schnell, während Schreibvorgänge etwas länger dauern (wegen der Parität, die berechnet werden muss).

• Selbst wenn ein Laufwerk ausfällt, haben Sie immer noch Zugriff auf alle Daten, während das ausgefallene Laufwerk ausgetauscht wird und die Daten auf dem Ersatzlaufwerk vom Speicher-Controller wiederhergestellt werden.

Nachteile von RAID Level 5

• Obwohl Laufwerksausfälle den Durchsatz verringern, ist dies noch akzeptabel.

• Dies ist ein kompliziertes Stück Technik. Wenn eine der Festplatten in einem 4-TB-Array ausfällt und ersetzt werden muss, kann die Wiederherstellung der Daten (die Rebuild-Zeit) einen Tag oder länger dauern, je nach Auslastung des Arrays und der Leistung des Controllers. Wenn in diesem Zeitraum eine weitere Festplatte ausfällt, sind die Daten endgültig verloren.

Ideale Verwendung dieses RAID-Levels

RAID 5 ist eine starke Allround-Lösung, die effiziente Speicherung, robuste Sicherheit und angemessene Leistung bietet. Es eignet sich perfekt für Datei- und Anwendungsserver, die nur über einige wenige Datenfestplatten verfügen.

RAID-Stufe 6

RAID 6 verwendet einen Striping-Mechanismus mit doppelter Parität, wobei mindestens vier Festplatten verwendet werden und das System einen zusätzlichen Paritätsblock auf jeder Tabelle speichert. In diesem Fall können zwei Festplatten ausfallen, bevor das Array nicht mehr verfügbar ist. Da dieses Array viel Geld kostet, wird es in Anwendungsservern und großen Speicher-Arrays eingesetzt.

Sie erhalten eine hohe Redundanz, Leistung und Fehlertoleranz.

Vorteile von RAID Level 6.

• Lesedaten werden sehr schnell übertragen, ähnlich wie bei RAID 5.

• Selbst wenn zwei Laufwerke ausfallen, können Sie immer noch auf alle Ihre Daten zugreifen, bis die ausgefallenen Laufwerke ersetzt werden. Daher ist RAID 6 sicherer als RAID 5.

RAID 6 Nachteile.

• Aufgrund der zusätzlichen Paritätsdaten, die berechnet werden müssen, sind Schreibvorgänge langsamer als bei RAID 5. Laut einer Studie, die ich gesehen habe, war die Schreibleistung um 20 % schlechter.

• Obwohl Laufwerksausfälle den Durchsatz verringern, ist dies noch akzeptabel.

• Dies ist ein kompliziertes Stück Technik. Es kann lange dauern, bis ein Array wiederhergestellt ist, wenn eine Festplatte ausfällt.

Ideale Verwendung

RAID Level 6 ist eine starke Allround-Lösung, die effiziente Speicherung, robuste Sicherheit und angemessene Leistung bietet. Es wird in Datei- und Anwendungsservern, die Daten auf vielen großen Festplatten speichern, gegenüber RAID 5 bevorzugt.

RAID-Stufe 10

RAID 10 verwendet Striping und Mirroring und erfordert mindestens vier Festplatten in einem Array. Wenn Sie ein Array mit vier Festplatten verwenden, verteilt das System die Daten auf zwei Festplatten, und die anderen beiden Festplatten spiegeln die gestripten Festplatten, wobei jede die Hälfte der Daten enthält.

Dieser RAID-Level bietet sowohl hohe Datensicherheit als auch hohe Leistung.

RAID 10 Vorteile.

• Wenn eine der Festplatten in einem RAID-10-Setup ausfällt, ist die Wiederherstellungszeit minimal, da lediglich alle Daten von der überlebenden Spiegelung auf eine neue Festplatte repliziert werden müssen. Bei 1-TB-Laufwerken kann dies bis zu 30 Minuten dauern.

RAID 10 Nachteile.

• Die Spiegelung verbraucht die Hälfte des Speicherplatzes, so dass diese Redundanzmethode teurer ist als große RAID-5- oder RAID-6-Arrays.

Andere RAID-Level-Typen

Andere RAID-Typen werden in geringerem Umfang verwendet, sind aber immer noch auf dem Markt.

Beispielsweise verwendet RAID 2, das heute nur noch selten eingesetzt wird, eine Striping-Technologie, die auf Bit-Ebene und nicht auf Block-Ebene arbeitet. Auf dieser Ebene des Arrays wird eine komplexe Art von Fehlerkorrekturcode verwendet, der die Parität ersetzt. Die gleichzeitige Bearbeitung mehrerer Anfragen ist hier unmöglich.

RAID 3 wird ebenfalls selten verwendet. Es verwendet Striping und Parität auf Byte-Ebene und speichert die Paritätsberechnungen auf einer eigenen Festplatte. Auch hier ist es nicht möglich, mehrere Anfragen gleichzeitig zu bedienen, was zu einer Verlangsamung von Random Access Workloads führt. Erfahren Sie mehr über RAID 2 und RAID 3.

RAID 4 ähnelt RAID 5 insofern, als es Daten auf Blockebene strippt und eine Festplatte für Parität zuweist. Die Lese- und Schreibgeschwindigkeit ist hier hoch, aber die zufällige Schreibleistung leidet.

Abschließend ist noch hinzuzufügen, dass RAID zwar die Verfügbarkeit und Redundanz von Daten schützt, aber Dateibeschädigungen nicht erkennt und erst recht nicht behebt. Daher sollten IT-Profis immer Backups erstellen oder ein spezielles Tool zur Wiederherstellung von Arrays verwenden.

Wiederaufbau

Wenn ein Laufwerk in einem redundanten RAID-System ausfällt, müssen die Daten wiederhergestellt werden, sobald das ausgefallene Laufwerk ersetzt wurde. Dies dauert umso länger, je größer die Laufwerke sind. Das Array ist nicht vollständig redundant, während das Laufwerk wiederhergestellt wird; es wird als degradiert betrachtet.

Wenn ein Array beschädigt ist, hat es oft wenig oder gar keine Redundanz, die Leistung leidet erheblich, und die Laufwerke werden belastet, da sie Daten für den Wiederaufbau beisteuern.

Mirroring-Systeme werden nicht so stark beeinträchtigt, da nur eine Festplatte benötigt wird, um das gespiegelte Laufwerk wiederherzustellen, aber die Leistung von paritätsbasierten Systemen wie RAID-5 und RAID-6 leidet dramatisch, da die Daten mithilfe von Paritätsberechnungen im laufenden Betrieb wiederhergestellt werden müssen.

Die Wiederherstellungszeiten von RAID-5 wuchsen mit den Laufwerkskapazitäten, so dass es Stunden oder sogar Tage dauerte, um Daten von einer verlorenen Festplatte wiederherzustellen. Während dieser Zeit stellte der RAID-Controller das fehlende Laufwerk neu her, so dass die Festplatten mit voller Geschwindigkeit liefen (im Vergleich zu RAID-1 oder RAID-10, bei denen nur ein einziges Laufwerk zur Wiederherstellung herangezogen werden muss). Dies führte zu einem Problem mit gleichen Ausfallraten bei den Laufwerken, die in derselben Charge hergestellt wurden.

Die Laufwerke für eine RAID-Konfiguration werden in der Regel zusammen und aus demselben Fertigungslos gekauft, so dass sie vergleichbare Ausfallmerkmale aufweisen. Da alle Laufwerke im Array als Einheit zusammenarbeiten, ist es nicht ungewöhnlich, dass ein weiteres mittelmäßiges Laufwerk im selben Satz ausfällt. RAID-6 wurde entwickelt, um die Nachteile von RAID-5 zu überwinden, als die Festplattenkapazität zunahm, und es bietet Schutz, indem es zwei gleichzeitige Ausfälle zulässt.

Einpacken

• RAID-10 bietet die höchste Leistung und Redundanz, aber es reduziert die nutzbare Kapazität um die Hälfte, was den Betrieb im großen Maßstab kostspielig macht. Auch wenn sich RAID-1 offiziell auf nur zwei Festplatten bezieht, wird es manchmal als RAID-1 bezeichnet. Bietet 2N-Redundanz, mit der Möglichkeit, dass bis zur Hälfte der Festplatten ausfällt (aber man muss Glück haben, welche Festplatten es sind). RAID-1 und 10 werden häufig auf Betriebssystem-/Boot-Festplatten und Hochleistungs-Anwendungsservern eingesetzt, bei denen es auf hohe Leistung und Zuverlässigkeit ankommt.

• Wenn eine große Menge an Speicherplatz benötigt wird und eine hohe Anzahl von Festplatten vorhanden ist, wird häufig RAID-6 verwendet. Es wird N+2-Redundanz geboten. Aufgrund seiner enormen Kapazität und Fehlertoleranz wird RAID-6 häufig in großen Speichergeräten von EMC, IBM und anderen eingesetzt, obwohl es in der Regel durch Cache oder SSD ergänzt wird, um Leistungsprobleme zu verbergen. Wenn Sie ein großes Datenvolumen haben, das redundant sein muss, sind RAID-5 und 6 von Vorteil. Datenbanken und große Speicherregale sind gängige Beispiele.

• RAID-0 wird in Unternehmen aufgrund der fehlenden Redundanz (ein einziger Festplattenausfall zerstört die gesamte Anordnung) selten verwendet, obwohl es unter bestimmten Umständen sinnvoll sein kann. Es kann z. B. für Caching-Server von Vorteil sein, wenn die gespeicherten Daten irrelevant und leicht austauschbar sind, aber eine hohe Leistung erforderlich ist.