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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