Was ist ein RAID?

Abkürzung für "Redundant Array of Inexpensive Disks" • Bei RAID-Systemen steht zunächst die Sicherheit von Festplatten- Daten im Vordergrund. Ein RAID- System ist nämlich in der Lage, Daten - ggf. redundant - auf mehreren Festplatten abzulegen. RAID- Systeme setzen sich immer aus mehreren Festplatten zusammen. Je nach Anforderung kann dieses "zusammenschalten von Festplatten" mehr auf Datensicherheit oder auf Geschwindigkeit ausgelegt werden.

Im Normalfall ist der RAID-Controler eine Steckkarte oder eine zusätzliche Baugruppe auf dem Motherboard das die Kontrolle und die Verwaltung des RAID-Systems übernimmt. Der Raid-Controler spiegelt dem Betriebsystem die eingestellte Plattengrößen und Partitionen vor und verteilt die Daten dann auf die "echten" Festplatten.

In einigen Betriebsystemen eine gibt es auch ein Software-RAID. Hierbei übernimmt das Betriebsystem die Verwaltung der eigentlichen Festplatten und verteilt die Daten wie in einem RAID-System.

Folgend ein Überblick über die einzelnen - gängigen - RAID Level:
In den Grafiken gehe ich davon aus das wir den RAID-Controler mit den Daten  "abcdefg" füttern wollen. Je nachdem was für ein RAID-System wir einsetzen kann man in den dargestellten Festplatten die "echte" Speicherweise anschauen. Die Buchstaben a...g haben hier die Bedeutung von Datenblöcken und nicht der einzelnen Dateien. Jede Festplatte wird mit einer Größe von 9GB angenommen. Die zur Verfügung stehende Größe steht beim jeweiligen RAID System.

RAID 0

Der RAID-Level 0 wird auch als "Non- Redundant Striped Array" bezeichnet. 

  • Im RAID-0-System werden zwei oder mehr Festplatten zusammengeschaltet, um die Schreib- Lese- Geschwindigkeit zu erhöhen - z.B. zur Verarbeitung von digitalen Video- Daten.
  • Die beim Benutzer entstehenden Daten werden in kleine Blöcke mit einer Größe von 4 bis 128 KByte aufgeteilt.
  • Diese Blöcke werden abwechselnd auf den Platten des RAID-0- Arrays gespeichert. So kann auf mehrere Platten gleichzeitig zugegriffen werden, was die Geschwindigkeit insbesondere bei sequentiellen Zugriffen erhöht.
  • 27 GB stehen zur Verfügung

Da bei RAID 0 keine redundanten Informationen erzeugt werden, gehen Daten verloren, wenn eine RAID- Platte ausfällt. Da die Daten einer Datei auf mehrere Platten verteilt sind, lassen sich auch keine zusammenhängenden Datensätze mehr reproduzieren, selbst wenn nur eine Platte im RAID-0- Array ausfällt bedeutet dies alle Daten des gesamten RAID sind kaputt.

RAID 1

In einem RAID-1-System, auch "Drive Duplexing" genannt, werden auf zwei Festplatten identische Daten gespeichert.
  •  Es ergibt sich damit eine Redundanz von 100 Prozent. Fällt eine der beiden Platten aus, so arbeitet das System mit der verbleibenden Platte ungestört weiter.
  • Die hohe Ausfallsicherheit dieses Systems wird allerdings meist nur in relativ kleinen Servern eingesetzt, da bei RAID 1 die doppelte Platten- Kapazität benötigt wird, was sich bei großen Datenmengen schnell finanziell bemerkbar macht
  • 9 GB stehen zur Verfügung

RAID 2

Das RAID 2-System teilt die Daten in einzelne Bytes auf und verteilt sie auf die Platten des Platten- Arrays. Der Fehlerkorrekturcode (ECC = Error Correction Code) wird nach dem Hamming- Algorithmus berechnet und auf einer zusätzlichen Platten gespeichert. Da in allen modernen Festplatten bereits Methoden zur Fehlerkorrektur enthalten sind, spielt dieser RAID- Level in der Praxis keine große Rolle mehr. Bei 3 Platten à 9GB stehen 18 GB zur Verfügung.

RAID 3

  • In einer RAID-3-Konfiguration werden die Daten in einzelne Bytes aufgeteilt und dann abwechselnd auf den - meistens zwei bis vier - Festplatten des Systems  abgelegt. Für jede Datenreihe wird ein Parity- Byte hinzugefügt und auf einer zusätzlichen Platte - dem "Parity- Laufwerk" - abgelegt. 
  • Beim Ausfall einer einzelnen Festplatte können die verlorengegangenen Daten aus den verbliebenen sowie den Parity- Daten rekonstruiert werden. 
  • Da moderne Festplatten und Betriebssysteme aber nicht mehr mit einzelnen Bytes arbeiten, findet auch der RAID- Level 3 kaum noch Verwendung.
  • 18 GB stehen zur Verfügung

RAID 4

  • Prinzipiell ist RAID 4 mit RAID 3 vergleichbar. Nur werden die Daten nicht in einzelne Bytes, sondern in Blöcke von 8, 16, 64 oder 128 KByte aufgeteilt. 
  • Beim Schreiben von großen sequentiellen (zusammenhängenden) Datenmengen läßt sich so eine hohe Performance erreichen. Werden verteilte Schreibzugriffe vorgenommen, muß jedesmal auf den Parity- Block zugegriffen werden.
  • Für viele kleine Zugriffe ist RAID 4 demnach nicht geeignet.
  • 18 GB stehen zur Verfügung

 

RAID 5

  • Beim RAID-5-Level werden die Parity- Daten - im Unterschied zu Level 4 - auf allen Laufwerke des Arrays verteilt. 
  • Dies erhöht die Geschwindigkeit bei verteilten Schreibzugriffen. Engpässe durch die spezielle Parity- Platte können nicht entstehen. 
  • Es besteht aus mindestens 3 Festplatten
  • 18 GB stehen zur Verfügung

Bedingt durch diese Vorteile hat sich RAID 5 in den letzten Jahren beliebteste RAID- Variante für PC-Systeme etabliert.

 

RAID 6

RAID 6 bietet die höchste Datensicherheit. Dabei wird zum RAID-5- Verfahren eine weitere unabhängige Paritäts- Information auf einem zusätzlichen Laufwerk hinzugefügt. Dadurch werden allerdings die Schreibzugriffe wieder etwas langsamer.
Bei 4 Festplatten à 9GB stehen 18 GB zur Verfügung.

RAID 7

Auch RAID 7 ist ähnlich wie RAID 5 aufgebaut. In der RAID- Steuereinheit wird bei RAID 7 aber zusätzlich ein lokales Echtzeitbetriebssystem eingesetzt. RAID 7 benutzt schnelle Datenbusse und mehrere größere Pufferspeicher. Die Daten in den Pufferspeichern und auf den Laufwerken sind von der Datenübertragung auf dem Bus abgekoppelt (asynchron). So werden alle Vorgänge gegenüber den anderen Verfahren erheblich beschleunigt. Ähnlich wie bei RAID 6 kann die Paritätsinformation für eines oder mehrere Laufwerke generiert werden. Es lassen sich gleichzeitig unterschiedliche RAID-Level nutzen.

 

RAID 10 bzw. RAID 0+1

  • Eigentlich handelt es sich bei RAID 10 nicht um einen eigenen RAID- Level, sondern lediglich um die Kombination von RAID 1 mit RAID 0. Damit werden die Eigenschaften der beiden "Mutter- Levels" - Sicherheit und sequentielle Performance vereinigt.
  • Bei RAID 10 werden üblicherweise vier Festplatten verwendet, denn dieses System verlangt nach zwei Paaren gespiegelter Arrays, die dann zu einem RAID-0-Array zusammengefasst werden. 
  • RAID 10 eignet sich insbesondere zur redundanten Speicherung von großen Dateien. Da hierbei keine Parität berechnet werden muss, sind die Schreibzugriffe mit RAID 10 sehr schnell. 
  • RAID 10 gilt übrigens auch als zusätzlich gestripte Version von RAID 1.
  • 18 GB stehen zur Verfügung

RAID 30

RAID 30 wird eingesetzt, wenn große Dateien sequentiell übertragen werden sollen. Es handelt sich um eine zusätzlich gestripte Version von RAID 3. Diese Version wurde von AMI (American Megatrends) entwickelt. Sie bietet Datensicherheit und sehr hohen Durchsatz. RAID 30 ist komplexer als niedrigere RAID-Level und benötigt mehr Platten. AMI benutzt RAID 30 mit sechs Festplatten.

RAID 50

  • Werden sowohl große Datensicherheit wie auch schnelle Zugriffszeiten und hohe Datentransfer-Raten benötigt, empfiehlt sich RAID 50.  
  • Sie ist komplexer als niedrigere RAID-Level und benötigt sechs Festplatten. 
  • RAID 50 ist die gestripte Version von RAID 5. (Setzt sich aus einem RAID 5 und einem RAID 0 zusammen)
  • 18 GB stehen zur Verfügung

Die Festplatten 1,2,3 sowie 4,5,6 bilden jeweils das RAID-5 und werden dann nochmals zu einem RAID 0 zusammengefasst.