RAID – Redundant Array of Independent Disks – IT-Berufe-Podcast #179

Um das beliebte Prüfungsthema RAID geht es in der
einhundertneunundsiebzigsten Episode des IT-Berufe-Podcasts.
Inhalt

RAID: Redundant Array of Independent Disks (bzw. früher
„inexpensive“ statt „independent)

Idee: Mehrere Festplatten zu einem Verbund („array“)
zusammenschließen

Ziel: Ausfallsicherheit und höhere Verfügbarkeit (durch
Einführung von Redundanz)

Bei Ausfall einer Festplatte kann sie getauscht und das
RAID-Array wiederhergestellt werden („Rebuild“), in dieser Phase
ist das RAID durch die hohe Belastung aber anfälliger für einen
weiteren Festplattenausfall.

RAID ersetzt nicht die Datensicherung.

Lösung: Hardware- oder Software-RAID

Hardware mit speziellen RAID-Controllern

Software meist schon ins Betriebssystem eingebaut (z.B.
in Linux)



Alternative: JBOD (just a bunch of disks)

Es gibt verschiedene RAID-Level

Kriterien: Mindestanzahl Festplatten,
Ausfallwahrscheinlichkeit, maximal verkraftbare ausgefallene
Festplatten, Lese-/Schreibgeschwindigkeit, Nettokapazität



RAID 0: Striping

keine Redundanz, Merksatz: „0 Redundanz“, „0 Sicherheit“

mindestens 2 Festplatten nötig

teilt Festplatten in gleich große Blöcke auf und verteilt die
Daten darauf (stripes)

Kapazität kann komplett genutzt werden

dadurch kann schneller gelesen werden, da von mehreren
Festplatten parallel gelesen wird

auch das Schreiben geht schneller, da Daten parallel auf
mehrere Festplatten geschrieben werden (aufgeteilt)

fällt eine Festplatte aus, ist der gesamte Verbund defekt

Ausfallwahrscheinlichkeit steigt, da
Einzelwahrscheinlichkeiten multipliziert werden (z.B. bei 1%
Ausfallwahrscheinlichkeit 2,97% gesamt)

Einsatz: Streaming (viel Lesen, wenig Schreiben, Datenverlust
verkraftbar bzw. anderweitig abgesichert), mehrere kleine zu
einem großen Datenträger zusammenbauen

Nachteil: hohe Ausfallwahrscheinlichkeit

RAID 1: Mirroring

komplette Redundanz, Merksatz: „1-zu-1-Kopie“

mindestens 2 Festplatten nötig

Daten werden auf allen Festplatten identisch abgelegt

Kapazität wird halbiert oder gedrittelt usw.

Lesegeschwindigkeit kann erhöht werden, indem Daten parallel
von mehreren Festplatten gelesen werden

Schreiben dauert länger, weil Daten auf mehrere Platten
geschrieben werden müssen (Redundanz)

Verbund fällt erst aus, wenn alle Festplatten ausfallen

Ausfallwahrscheinlichkeit sinkt deutlich, z.B. bei 1% je
Platte auf 0,0001%

auch Mirroring ist keine Datensicherung, Viren werden sofort
auf alle Platten geschrieben

Einsatz: Hochverfügbarkeitssysteme

Nachteil: geringe Nettokapazität

RAID 5: Paritäten

Teilredundanz durch Ablage von Paritätsinformationen

mindestens 3 Festplatten nötig

zusätzlich zu den auf mehrere Festplatten verteilten Daten
werden auf allen Festplatten Paritätsinformationen (z.B. XOR) je
Datenblock abgelegt

Kapazität wird reduziert (z.B. 2/3 bei drei Festplatten)

Lesegeschwindigkeit kann erhöht werden, indem Daten parallel
von mehreren Festplatten gelesen werden

Schreiben dauert durch Berechnung der Parität länger

Verbund fällt erst aus, wenn zwei Festplatten defekt sind

Ausfallwahrscheinlichkeit sinkt, z.B. bei 1% je Platte auf
0,0298%

Nachteil: bei häufigen Schreibzugriffen durch Berechnung der
Parität langsamer

Irrelevante RAID-Level

RAID 2: Striping mit Fehlerkorrektur, nur bei Großrechnern
eingesetzt

RAID 3/4: wie RAID 5 nur mit dedizierter Paritätsfestplatte
(die dadurch stark belastet und zum Flaschenhals wird), bei RAID
3 wird auf Byte-Ebene und bei RAID 4 auf Block-Ebene gestript

RAID 6: wie 5 nur mit doppelter Parität

Kombinationen von RAID-Levels

best of both worlds aus anderen RAID-Leveln

immer von links nach rechts lesen und im Diagramm von
unten nach oben: 01 -> zuerst werden zwei RAID 0
erstellt und dann zu einem RAID 1 zusammengebaut

ein Leg ist das RAID-Array „unten“ im Bild,
aus dem das übergeordnete zusammengesetzt wird

es werden mind. 4 Festplatten benötigt

Kapazität wird halbiert

Verbund verträgt zwei Festplattenausfälle,
aber es ist wichtig, welche Platten ausfallen

RAID 01

zwei Festplatten im gleichen Leg dürfen ausfallen

es kann nicht erkannt werden, welche Festplatte im RAID 0
ausgefallen ist, da dann das gesamte Array defekt ist

bei Ausfall einer Festplatte muss das gesamte Stripeset des
Legs neu aufgebaut werden

RAID 10

zwei Festplatten in unterschiedlichen Legs dürfen ausfallen

bei Ausfall weniger Aufwand für Rebuild, weil nur im Leg
gemirrort werden muss

Achtung: auch der RAID-Controller kann ausfallen

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