RAID: Revolution der Datenspeicherung in Unternehmen
Das vor mehr als 20 Jahren eingeführte RAID-Speichersystem ist dieser Entwicklung gefolgt und ist heute eine hervorragende Massenspeicherlösung für Unternehmenssysteme. Ausfallzeiten werden durch die eingebaute Redundanz erheblich minimiert
Definition RAID-System
Die Definition von RAID liegt im Namen des Systems. Tatsächlich steht RAID für Redundant Array of Independent Disks, was wörtlich eine redundante Gruppierung unabhängiger Festplatten bedeutet.
Dies beinhaltet das Clustern mehrerer Festplatten in einer einzigen logischen Partition. Natürlich erhalten wir von mehreren physischen Festplatten einen einzigen Speicherplatz, der für das Betriebssystem sichtbar ist. Je nach Zweck kann RAID den Datenzugriff und die Schreibleistung erhöhen oder die Informationssicherheit verbessern.
Unter den existierenden RAID-Typen gibt es Software-RAID, das von dem kompatiblen Betriebssystem verwaltet wird. Es ist die kostengünstigste Möglichkeit, mehrere Speichereinheiten zu poolen, aber es ist notwendig, eine gute Ressource zu haben, um die verschiedenen Festplatten zu verwalten.
Es gibt auch Motherboards, die die primäre Hardwaremontage akzeptieren. Offensichtlich ist das Motherboard in der Lage, gemeinsam genutzte Festplatten zu verwalten. Schließlich gibt es dedizierte RAID-Controller, die häufig über dedizierten Cache und Speicher verfügen. Das System hat dann eine einzige logische Partition, und es ist im Falle eines RAID durchaus möglich, einen Hot-Swap oder Hot-Replacement durchzuführen.
Was ist ein RAID-System
Konkret besteht ein RAID aus der Kombination mehrerer Festplatten, um eine höhere Leistung, Zuverlässigkeit und größere Volumes zu erreichen.
Aufgrund der Funktionsweise von RAID, die darin besteht, alle oder einen Teil der Daten zu duplizieren – daher die Verwendung des Begriffs redundant in seiner Definition – bietet RAID auch eine bessere Ausfallsicherheit. Ihre Daten sind besser geschützt, da RAID eine bessere Fehlertoleranz aufweist .
Sobald Sie verstanden haben, was RAID bedeutet, wird es einfacher sein, die verschiedenen Ebenen des RAID-Systems zu verstehen . Was genau an diesem Punkt bedeutet RAID 0 , RAID 1, RAID 5, RAID 10...? Was genau bedeuten diese Zahlen? Ganz einfach zur Konfiguration des RAID. Die Wahl des Systems richtet sich im Wesentlichen nach Ihren Bedürfnissen, da alle RAID-Systeme Daten effizient speichern können.
RAID 1 erfüllt beispielsweise die Anforderungen an Leistung und Zuverlässigkeit. RAID 5 ist eine gute Wahl, wenn Sie sowohl Leistung als auch hohe Fehlertoleranz wünschen.
Geschichte der RAID-Technologie
RAID steht für Redundant Array of Inexpensive Disks. Das Konzept entstand an der University of California, Berkeley, wo David A. Patterson, Garth Gibson und Randy H. Katz zusammenarbeiteten, um funktionierende Prototypen von fünf Tiers von RAID-Speichersystemen zu produzieren.
Das Ergebnis ihrer Forschung bildete die Grundlage für die heute existierenden komplexen RAID-Speichersysteme. Heute hält IBM die geistigen Eigentumsrechte an RAID 5.
Das Design des RAID-Speichersystems umfasste die Verbesserung der Speicherleistung, Wiederherstellung, Zuverlässigkeit und Skalierbarkeit. Daraus resultierte ein einzigartiges Redundanzkonzept, das Datenwiederherstellungsmöglichkeiten im Falle eines Festplattenausfalls im System bietet. Tatsächlich erhielten RAID-Controller-Karten dann die Fähigkeit, weiterhin Daten zu lesen und zu schreiben, selbst wenn eine Festplatte "offline" ist.
RAID-System Einführung
Es wurde eine Reihe von Standardkonfigurationen entwickelt, auf die in Bezug auf Ebenen verwiesen wird. Ursprünglich gab es fünf RAID-Ebenen, aber seitdem sind viele andere Variationen entstanden, darunter mehrere verschachtelte Ebenen und viele nicht standardmäßige (meist proprietäre) Ebenen.
Ein RAID kombiniert physische Festplatten mithilfe spezieller Hardware oder Software zu einer einzigen logischen Einheit. Hardware-RAID-Lösungen können eine Vielzahl von Stilen annehmen, z. B. auf dem Motherboard, Zusatzkarten oder auf NAS- oder SAN-Servern in größerem Maßstab. Somit betrachtet das Betriebssystem jedes RAID-Volume als eine Platte und hat keine Kenntnis von seinen physischen Bestandteilen. Software-RAID-Lösungen hingegen werden meist direkt im Betriebssystem implementiert.
Es gibt drei Schlüsselkonzepte in RAID: „Spiegeln“ ist das Kopieren von Daten über mehrere Festplatten, Volume-Striping (bekannt als „Striping“), das die Aufteilung von Daten auf mindestens zwei Festplatten ermöglicht, und schließlich die Fehlerkorrektur, bei der redundante Daten gespeichert werden um Probleme zu erkennen und möglicherweise zu beheben (allgemein als Fehlertoleranz bezeichnet). Abhängig von den Systemanforderungen verwenden verschiedene RAID-Level eine oder mehrere dieser Techniken.
RAID wird traditionell auf Servern verwendet, kann aber auch auf Workstations verwendet werden. Dieser letzte Fall trifft insbesondere zu, wenn physische Daten auf Computern gespeichert werden, wie sie beispielsweise für die Video- und Audiobearbeitung verwendet werden.
Das Herzstück des RAID-Speichersystems ist die Controller-Karte. Bei dieser Karte handelt es sich im Allgemeinen um eine SCSI-Festplatten-Controllerkarte (jedoch werden IDE-RAID-Controllerkarten immer weiter verbreitet). Seine Funktionen sind:
- einzelne Festplatten verwalten,
- Bereitstellung einer logischen Systemkonfiguration,
- Ausführen redundanter oder fehlertoleranter Operationen.
Der RAID-Controller übersetzt und kommuniziert direkt mit den Festplatten. Einige Controller-Karten verfügen über zusätzliche Tools für die Arbeit speziell mit Festplatten, wie z. B. eine Oberflächenanalysefunktion und ein Dienstprogramm zur Festplattenformatierung. Bei SCSI-basierten Karten bieten diese Controller zusätzliche Optionen für die Datenträgerverwaltung.
RAID-Konfigurationen und -Ebenen
Die logische Systemkonfiguration verteilt Daten über alle physischen Laufwerke. Dies ermöglicht einen ausgewogenen Datendurchsatz über alle Festplatten hinweg: Anstatt dass eine Festplatte die gesamte Arbeit des Lesens und Schreibens von Daten übernimmt, arbeiten alle Festplatten zusammen. Die Daten werden somit auf alle physikalischen Platten verteilt.
Redundanter oder fehlertoleranter Betrieb
Redundanz in einer gängigen RAID 5-Konfiguration ist das Ergebnis der Verwendung einer booleschen mathematischen Funktion namens „Exclusive OR“ (XOR). Dies wird allgemein als Parität bezeichnet. Die XOR-Funktion ist ein logischer binärer Prozess. Am besten stellt man sich Parität als eine Kombination von Datenblöcken von der anderen Festplatte vor. Jedes Byte, das in einen Datenblock geschrieben wird, wird relativ zu den anderen Datenblöcken berechnet. Die resultierende Parität wird in den Paritätsblock für diesen gegebenen Stripe geschrieben. Der Grund, warum diese Funktion so einzigartig ist, ist, dass die Berechnung immer funktioniert, unabhängig vom fehlenden Datenblock. Die Einschränkungen von RAID 5 bestehen jedoch darin, dass nur ein Datenblock fehlen kann: Die Berechnung funktioniert nicht, wenn zwei Blöcke fehlen. In der Arbeitsumgebung bedeutet dies, dass nur eine Platte ausfallen kann. Die RAID 5-Konfiguration bietet keine ausreichende Redundanz, wenn zwei oder mehr Laufwerke ausfallen.
Wie bereits erwähnt, streift die Steuerplatine die Daten und führt auch die XOR-Funktion an diesen Daten durch. Die Menge an logischen Berechnungen, die der Controller jede Sekunde durchführt, ist beeindruckend. Heutige RAID-Controller sind sehr ausgeklügelte Hardwaresysteme, einschließlich speziell entwickelter Prozessoren und SDRAM-Speicherbänke, um Leistung und Redundanz bereitzustellen.
RAID-Vokabular: Ein Überblick
RAID ist eine Technologie, die die Verwendung von zwei oder mehr Festplatten in verschiedenen Konfigurationen unterstützt, um durch Konsolidierung von Festplattenressourcen und Paritätsberechnungen eine höhere Leistung, Zuverlässigkeit und größere Volumes zu erreichen. |
Parität: Eine mathematische Berechnung, die es ermöglicht, dass Laufwerke innerhalb eines RAID-Arrays ohne Datenverlust ausfallen. Der einfachste Weg, dies zu zeigen, ist die Gleichung: A + B = C. Sie können jeden der obigen Buchstaben entfernen und seinen Wert aus den 2 verbleibenden berechnen. Dh wenn B entfernt wurde, so sah die Gleichung aus wie A + ? = C, dann kann der Wert von B durch Verschieben von A ermittelt werden, also B = C – A. Dies ist offensichtlich eine vereinfachte Art, es zu beschreiben, um es im RAID-Sinne vollständig zu verstehen, Kenntnisse über Binärdateien und den logischen XOR-Ausdruck sind erforderlich erforderlich. |
Spiegelung: Die Daten von einer oder mehreren Festplatten werden auf eine oder mehrere andere physische Festplatten dupliziert. |
Striping: Die Methode, mit der Daten und Parität auf mehrere Festplatten geschrieben werden können. Im Beispiel unten werden die Daten in sequentieller Reihenfolge über die Laufwerke bis zum letzten Laufwerk geschrieben, dann springt es zurück zum ersten und startet einen 2. Stripe. |
Block: Ein Block ist der logische Speicherplatz auf jeder Festplatte, auf den die Daten geschrieben werden. Die Größe des Speicherplatzes wird vom RAID-Controller festgelegt und beträgt am häufigsten 16 KB bis 256 KB. Die Daten füllen den Speicherplatz aus, bis das Limit erreicht ist, und bewegen sich dann auf das nächste Laufwerk, bis zum letzten Laufwerk, wo sie zum Anfang des nächsten Streifens springen. |
Linke / rechte Symmetrie: Die Symmetrie in einem RAID steuert, wie die Daten und die Parität über die Laufwerke verteilt werden. Es gibt vier Hauptarten der Symmetrie, welche verwendet wird, hängt vom RAID-Anbieter ab. Einige Unternehmen erstellen je nach ihren geschäftlichen Anforderungen auch proprietäre Stile. |
Hot Spare: Es gibt ein paar verschiedene Methoden für den Umgang mit Laufwerksausfällen innerhalb eines RAIDs, eine davon ist die Verwendung eines Hot Spares. Es ist eine Ersatzfestplatte, die anstelle der ausgefallenen verwendet werden kann. |
Herabgesetzter Modus: Dies geschieht, wenn ein Laufwerk im RAID unlesbar wird, das Laufwerk dann als fehlerhaft betrachtet und aus dem RAID entfernt wird. Die neuen Daten und die Parität werden dann auf die verbleibenden Laufwerke innerhalb des RAID geschrieben, wenn irgendwelche Daten von dem ausgefallenen Laufwerk angefordert werden, werden sie mit der Parität auf den anderen verarbeitet. Dadurch wird die Leistung des RAID herabgesetzt, daher der herabgesetzte Modus... |
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Lernen
- RAID Systeme: Geschichte und Übersicht
- RAID-Konfigurationen und -Datenrettung
- RAID 0: Die klassische Data-Striping-Konfiguration
- RAID 1: Das System für ein besseres Fehlermanagement
- RAID 5: Eine Technologie um die Integrität Ihrer Daten sicherzustellen
- RAID 6: Eine Mischung aus Fehlertoleranz und Leistung
- RAID 10: Eine leistungsstarke und zuverlässige Kombination