Was ist RAID und welcher RAID-Typ sollte verwendet werden?

Jedes Jahr steigt die Leistung von Computer-Hardware in hohem Maße an. Prozessoren sind mit einer großen Anzahl von Kernen und Streams ausgestattet, und Grafikkarten haben eine höhere Chip-Frequenz. Bei Festplatten scheint jedoch ihr Limit schon vor langer Zeit erreicht worden zu sein und seitdem eingefroren zu sein. HDD-Spezifikationen haben sich in letzter Zeit nur in Bezug auf die Kapazität geändert, nicht jedoch in Bezug auf die Geschwindigkeit. SSD-Laufwerke können diese Situation korrigieren, sind jedoch in der Regel viel teurer und haben ein relativ geringes Ressourcenpotenzial. Schon vor der Einführung von SSDs wurden sogenannte RAID-Arrays im Jahr 1987 erfunden. Im Folgenden werden wir erklären, was diese Arrays sind, welche Arten von Arrays es gibt und warum ein typischer Benutzer sie benötigt.

Inhalt

Was ist RAID und wofür wird es verwendet?

RAID ist ein Festplattenverbund aus mehreren Festplatten. Dieser Verbund wird verwendet, um die Zuverlässigkeit der Datenspeicherung zu verbessern oder die Lese-/Schreibgeschwindigkeiten (oder beides) zu erhöhen. Sie können das Software-RAID (unter Verwendung von Betriebssystemfunktionen) und das Hardware-RAID mit einer kompatiblen Hauptplatine, einem Controller oder einem NAS erstellen.

Zur Installation des Verbunds benötigen Sie eine Hauptplatine, die RAID-Technologie unterstützt, oder einen Hardware-Controller sowie mindestens zwei Festplatten des gleichen Typs (vollständig in allen Parametern), die mit der Hauptplatine verbunden sind.

Wir empfehlen dringend die Verwendung von Festplatten, die in allen Parametern gleich sind, da RAID bei Anschluss von zwei Festplatten mit unterschiedlichen Speicherkapazitäten den Speicherplatz des kleineren Laufwerks verwendet und auf dem anderen Laufwerk unbenutzter Speicherplatz vorhanden ist. Außerdem besteht bei Verwendung unterschiedlicher Festplatten die Möglichkeit eines vorzeitigen Ausfalls eines der Laufwerke, was zum Verlust wichtiger Daten führen kann.

RAID wird auch oft in NAS-Servern verwendet, die im Wesentlichen ein Computer mit einigen Festplattenverbünden sind, die mit einem Netzwerk (in der Regel lokal) verbunden sind und die in dem Netzwerk akzeptierten Protokolle unterstützen. Mehrere solcher Computer können zu einem System kombiniert werden.

Es ist zu beachten, dass beim Erstellen oder Löschen eines RAID alle Informationen auf den Laufwerken gelöscht werden. Daher müssen Sie wichtige Daten sichern.

Arten von RAID-Controllern: Software und Hardware.

Festplatten-Arrays können auf einer von zwei Architekturen basieren: Software oder Hardware. Es ist unmöglich zu sagen, welche besser ist. Jede Variante der Array-Organisation erfüllt einen bestimmten Bedarf unter Berücksichtigung finanzieller Möglichkeiten, der Anzahl der Benutzer und verwendeter Anwendungen. Beide Architekturen basieren auf der Implementierung von Programmcode. Sie unterscheiden sich darin, ob der Code auf der CPU des Computers ausgeführt wird (Software-Implementierung) oder auf einem spezialisierten Prozessor auf einem RAID-Controller (Hardware-Implementierung).

Der Name „RAID-Controller“ sagt uns über den primären Zweck des Geräts – Array-Management. Das in Betriebssystem erstellte Array wird als Software-RAID bezeichnet.

Es bedeutet Abstraktion bei der Organisation eines RAID-Arrays direkt über die CPU, die als Controller als Programm-Entscheidung mit der Möglichkeit der Alternation und Spiegelanzeige der Daten fungiert. Aber alle Berechnungen werden von der CPU ausgeführt.

Bei Verwendung von Software-RAID wählt man am besten RAID 0, RAID 1, RAID 2, da sie den Prozessor nicht so stark belasten wie andere RAID-Typen. JBOD ist auch eine gute Wahl bei Verwendung von Software-RAID.

Wenn Ihr Prozessor leistungsstark genug ist, können Sie auch RAID 5 oder manchmal RAID 10 verwenden.

Es ist jedoch gut zu bedenken, dass bei Verwendung von kombinierten RAID-Typen es besser ist, Hardware-RAID zu verwenden, da dies die CPU-Last reduziert und das System beschleunigt.

Das Betriebssystem bietet Software-Unterstützung zur Verwaltung von Festplatten für verschiedene RAID-Typen. Es kann als günstigste Lösung verwendet werden, da teure Laufwerkscontroller-Boards und Gehäuse für Hot-Swapping nicht erforderlich sind.

Software-RAID funktioniert auch mit kostengünstigeren IDE- oder SCSI-Festplatten. Angesichts der Geschwindigkeit moderner Prozessoren kann die Leistung von Software-RAID in einigen Fällen besser sein als die von Hardware-RAIDs.

Es ist auch erwähnenswert, dass Software-RAID in fast jedem Betriebssystem zusammengestellt werden kann.

Die Leistung eines Software-Arrays hängt vom RAID-Typ und der Leistung des Prozessors und seiner Auslastung ab.

Die wichtigsten Funktionen von Software-RAID:

Der Wiederherstellungsprozess unterstützt Streams.
Die Konfiguration ist an den Kern gebunden.
Das Array kann auf anderen Linux-Systemen ohne Neuaufbau portiert werden.
Die Rekonstruktion des Arrays erfolgt im Hintergrund unter Verwendung freier Systemressourcen.
Unterstützung für Hot-Swapping.
Die automatische CPU-Erkennung ermöglicht es Ihnen, durch Optimierung zu gewinnen.

Der Hauptvorteil der Software-Implementierung ist niedrige Kosten. Es hat jedoch viele Nachteile: geringe Leistung, CPU-Last bei zusätzlicher Arbeit. Software implementiert in der Regel diejenigen RAID-Level, die keine signifikanten Berechnungen erfordern. Angesichts dieser Funktionen werden RAID-Systeme mit Software-Implementierung in Einstiegsservern verwendet. Da Standard-Betriebssysteme Unterstützung für mehrere RAID-Level (0, 1, 5 usw.) enthalten, wurde der Kostenfaktor der Softwarearchitektur auf null reduziert.

Die beste, aber nicht immer kostenlose Lösung zur Organisation von Festplatten auf dem Server ist die Hardware-Lösung. Bei erheblicher Belastung des Festplattensystems, die erfordert, dass der Server große Datenmengen verarbeitet, kann nur ein separater RAID-Controller arbeiten. Es wird über den PCI-Steckplatz mit dem Motherboard verbunden und löst unabhängig die Aufgaben der Festplatten-Array-Verwaltung. Durch Bereitstellung von Geschwindigkeit und zuverlässiger Daten-Spiegelung führt der Hardware-RAID-Controller Berechnungen ohne CPU-Last durch, aufgrund seiner dedizierten eigenständigen CPU.

Gleichzeitig ist die RAID-Hardware-Architektur komplizierter, da sie spezielle Hardwarekomponenten erfordert. Der Array-Controller, oft als RAID-Adapter bezeichnet, enthält seinen eigenen XOR-Rechner, Hilfsspeicher und SCSI- oder UDMA-Kanäle. Diese Architektur ermöglicht erhebliche Leistungssteigerungen. Für Einstiegssysteme, bei denen der Serverprozessor mit wenig Zeit beschäftigt ist, ist der Unterschied zwischen Hardware- und Softwarearchitekturen jedoch kaum wahrnehmbar. Aber es ist bei hoher Belastung des I/O-Subsystemes durchaus spürbar. Entsprechend sind Hardware-RAID-Implementierungen teurer als Software-RAID-Implementierungen.

Vollständig autonome Systeme sind im Prinzip ein separater Computer, der zur Organisation von Speichersystemen verwendet wird. In der Regel wird ein externer Controller in einem separaten Rack platziert und kann eine große Anzahl von I/O-Kanälen haben, einschließlich Host-Kanälen, was es ermöglicht, mehrere Host-Computer an das System anzuschließen und Cluster-Systeme zu organisieren. In Systemen mit einem eigenständigen Controller ist es möglich, „heiße“ Reserve-Controller zu implementieren. Einer der Nachteile solcher Systeme bleibt ihre hohe Preisgestaltung.

Standard-RAID-Level

Es gibt mehrere RAID-Level, die entwickelt wurden, um unterschiedlichen Anforderungen gerecht zu werden und auf verschiedenen PC-Konfigurationen installiert zu werden. Schauen wir uns einige der beliebtesten RAID-Konfigurationen von identischen Festplatten an.

RAID 0 („Striping“)

RAID 0 („Striping“) – verwendet zwei bis vier Festplatten, die zusammen die Informationen verarbeiten und somit die Leistung verbessern. Die Informationen werden bei diesem RAID-Typ in Datenblöcke aufgeteilt und abwechselnd auf beide/mehrere Festplatten geschrieben.

Ein Datenblock auf eine Festplatte, ein Datenblock auf die andere usw. Dies verbessert die Leistung erheblich (abhängig von der Anzahl der Festplatten, d.h. 4 Festplatten laufen schneller als 2 Festplatten), aber die Datensicherheit über das gesamte Array leidet. Wenn eine Festplatte, die Teil eines solchen RAIDs ist, ausfällt, ist alle Information fast vollständig und unwiederbringlich verloren, da ein Teil der Datei auf einer beschädigten Festplatte sein kann.

Im Allgemeinen wird bei der Verwendung eines solchen RAID-Arrays dringend empfohlen, wertvolle Informationen kontinuierlich auf ein externes Laufwerk zu sichern.

Die Hauptvorteile von RAID 0:

höchste Leistung für Anwendungen, die intensive I/O-Anforderungen und große Datenmengen erfordern;
einfache Implementierung;
niedrige Kosten pro Einheit Volumen.

Nachteile von RAID 0:

ist keine ausfallsichere Lösung;
ein einziger Festplattenausfall führt zum Verlust aller Array-Daten.

RAID 1 (Spiegelung)

Im Gegensatz zu RAID 0 „verliert“ man bei der Verwendung von RAID 1 die Kapazität der zweiten Festplatte, da sie dazu verwendet wird, eine vollständige Kopie der ersten Festplatte zu schreiben.

Der Vorteil von RAID 1 besteht darin, dass es eine hohe Zuverlässigkeit aufweist. Solange mindestens eine Festplatte funktioniert, funktioniert alles, d.h. selbst wenn eine Festplatte ausfällt, verliert man keine einzige Byte-Information, da die zweite Festplatte eine vollständige Kopie der ersten Festplatte ist und sie ersetzt, wenn sie ausfällt. Diese Art von RAID wird oft in Servern eingesetzt, wo Zuverlässigkeit Priorität hat.

Bei diesem Ansatz leidet die Leistung jedoch erheblich. Manchmal ist jedoch die Zuverlässigkeit viel wichtiger als die Produktivität.

Vorteile von RAID 1:

einfache Implementierung;
einfache Wiederherstellung des Arrays im Falle eines Ausfalls;
ausreichend hohe Leistung für Anwendungen mit hoher Intensität.

Nachteile von RAID 1:

hohe Kosten pro Volumeneinheit;
eine Festplatte enthält eine vollständige Kopie der zweiten Festplatte;
niedrige Datenübertragungsrate.

RAID 2

Bei der Konstruktion dieser Arrays wird ein Wiederherstellungsalgorithmus mit Hilfe von Hamming-Codes verwendet (ein amerikanischer Ingenieur, der ihn 1950 zur Fehlerkorrektur in Computern entwickelt hat). Um diese RAID-Stufe zu ermöglichen, werden zwei Gruppen von Festplatten erstellt – eine für die Datenspeicherung und eine für Fehlerkorrekturcodes.

Der Hauptvorteil von RAID 2 ist die Fähigkeit, Fehler „on the fly“ zu korrigieren, ohne die Datenübertragungsgeschwindigkeit zwischen dem Festplattenarray und der CPU zu reduzieren.

Dieser RAID-Typ ist aufgrund der übermäßigen Redundanz der Anzahl von Festplatten in Heimsystemen nicht sehr verbreitet – zum Beispiel werden in einem Array von sieben Festplatten nur vier für Daten zugewiesen. Mit zunehmender Anzahl von Festplatten nimmt die Redundanz ab.

Die Hauptvorteile von RAID 2:

schnelle Fehlerkorrektur („on the fly“);
extrem hohe Übertragungsraten für große Datenmengen;
mit zunehmender Anzahl von Festplatten nimmt der Overhead ab;
einfache Implementierung.

Nachteile von RAID 2:

hohe Kosten bei wenigen Festplatten;
geringe Anfrageverarbeitungsgeschwindigkeit (nicht empfohlen für Systeme, die auf Transaktionsverarbeitung ausgerichtet sind).

RAID 3 und RAID 4

Diese beiden Arten von Festplatten-Arrays sind im Konstruktionsprinzip sehr ähnlich. Beide verwenden mehrere Festplatten zur Speicherung von Informationen, von denen eine ausschließlich für Prüfsummen verwendet wird.

Drei Festplatten sind ausreichend, um RAID 3 und RAID 4 zu erstellen. Im Gegensatz zu RAID 2 ist eine Datenwiederherstellung nicht „on the fly“ möglich – die Informationen werden nach dem Austausch einer defekten Festplatte für einige Zeit wiederhergestellt.

Bei RAID 3 wird der Datenstrom auf Byte-Ebene partitioniert und gleichzeitig auf alle Laufwerke im Array geschrieben, außer auf eines. Diese Festplatte ist dafür vorgesehen, Prüfsummen zu speichern, die beim Schreiben von Daten berechnet werden. Der Ausfall einer der Festplatten im Array führt nicht zum Verlust von Informationen.

RAID 3 eignet sich für Anwendungen mit großen Dateien und niedrigen Zugriffsfrequenzen (hauptsächlich in der Multimedia-Umgebung). Die Verwendung nur einer Festplatte zur Speicherung von Kontrollinformationen erklärt, dass das Verhältnis von Festplattenspeicherplatz relativ hoch ist (was zu relativ niedrigen Kosten führt). Zur Implementierung eines Arrays sind mindestens drei Festplatten erforderlich.

Der Unterschied zwischen RAID 3 und RAID 4 liegt in der Datenpartitionierungsebene. Bei RAID 3 wird die Information in separate Bytes aufgeteilt, was zu einer erheblichen Verlangsamung beim Schreiben/Lesen einer großen Anzahl von kleinen Dateien führt. Bei RAID 4 wird die Daten in verschiedene Blöcke aufgeteilt, die nicht größer als ein Sektor auf der Festplatte sind. Dadurch wird die Verarbeitungsgeschwindigkeit von kleinen Dateien erhöht, was für Personal Computer entscheidend ist. Aus diesem Grund hat sich RAID 4 weiter verbreitet.

Ein erheblicher Nachteil der betrachteten Arrays ist die erhöhte Belastung der Festplatte, die für die Speicherung von Prüfsummen vorgesehen ist, was ihre Ressourcen erheblich reduziert.

Datenverlust ist in folgenden Fällen möglich:

versehentliches Löschen von Dateien;
Beschädigung der Dateien;
Probleme mit dem Betriebssystem;
Ausfall der RAID-Wiederherstellung;
verlorene oder beschädigte Parität;
Fehler des Controller-Boards;
Änderung der Partitionsstruktur oder Neuinitialisierung.

Vorteile von RAID 3 und RAID 4:

extrem hohe Datenübertragungsrate;
ein Festplattenausfall hat nur minimale Auswirkungen auf die Geschwindigkeit des Arrays;
geringe Overhead-Kosten zur Realisierung der Redundanz.

Nachteile von RAID 3:

schwierige Implementierung;
geringe Leistung bei hoher Intensität von Anfragen für kleine Datenmengen.

RAID 5

Dies ist ein sogenanntes ausfallsicheres Array unabhängiger Laufwerke mit verteiltem Prüfsummenspeicher. Das bedeutet, dass bei einem Array von n Laufwerken n-1 Laufwerke für die direkte Datenspeicherung und das letzte Laufwerk für die Prüfsumme der Iteration von n-1 Streifen verwendet werden. Stellen wir uns vor, dass wir eine Datei schreiben müssen. Sie wird in gleich lange Abschnitte unterteilt und zyklisch nacheinander auf alle n-1 Laufwerke geschrieben. Das letzte Laufwerk enthält eine Prüfsumme der Bytes jeder Iterationsdatenportion, die mit einer XOR-Bit-Operation implementiert wird.

Es ist jedoch zu beachten, dass im Falle eines Ausfalls eines der Laufwerke alles in den Notfallmodus wechselt, was die Leistung wesentlich reduziert, da für die Wiederherstellung seiner „fehlenden“ Teile unnötige Dateimanipulationen durchgeführt werden müssen. Wenn zwei oder mehr Laufwerke gleichzeitig ausfallen, kann die auf ihnen gespeicherte Information nicht wiederhergestellt werden. Im Allgemeinen bietet die Implementierung eines Level-5-RAID-Arrays eine relativ hohe Zugriffsgeschwindigkeit, parallelen Zugriff auf verschiedene Dateien und eine gute Ausfallsicherheit.

RAID 5-Arrays sind für den stressigen Betrieb von Laufwerken ausgelegt und eignen sich gut für Mehrbenutzersysteme. Mit einer ordnungsgemäßen Schreibplanung können bis zu N/2 Blöcke parallel verarbeitet werden, wobei N die Anzahl der Laufwerke in einer Gruppe ist. Die Mindestanzahl von Laufwerken beträgt drei.

Die Hauptvorteile von RAID 5:

Lesedatentransaktionen sind sehr schnell, während Schreibdatentransaktionen etwas langsamer sind (aufgrund der zu berechnenden Parität);
im Falle eines Laufwerksausfalls haben Sie immer noch Zugriff auf alle Daten, auch wenn das ausgefallene Laufwerk ersetzt wird – der Speichercontroller stellt die Daten auf dem neuen Laufwerk wieder her.

Nachteile von RAID 5:

Laufwerksausfälle beeinträchtigen die Bandbreite. Es sollte jedoch beachtet werden, dass sie auf einem akzeptablen Niveau bleibt;
es handelt sich um eine anspruchsvolle Technologie. Wenn eines der Laufwerke in einem Array, das 4 TB Laufwerke verwendet, ausfällt und ersetzt wird, kann die Datenwiederherstellung (Wiederherstellungszeit) je nach Last auf dem Array und der Geschwindigkeit des Controllers einen Tag oder länger dauern. Wenn während dieser Zeit ein anderes Laufwerk ausfällt, gehen Ihre Daten verloren, ohne dass eine Wiederherstellung möglich ist;

RAID 6

Dies ist eine erweiterte Version von RAID 5, die eine doppelte Paritätskontrolle der gespeicherten Informationen bietet. Zwei Festplatten sind erforderlich, um die Überwachungsinformationen zu speichern. Entwickelt für kritische Anwendungen, hat die RAID 6-Architektur aufgrund der Notwendigkeit zusätzlicher Prüfsummen eine sehr geringe Schreibgeschwindigkeit. Daten werden auf Blockebene aufgeteilt (wie bei RAID 5), aber zusätzlich zur vorherigen Architektur wird ein zweites Schema verwendet, um die Ausfallsicherheit zu verbessern, diese Architektur ist doppelt ausfallsicher. Bei der Durchführung eines logischen Schreibens gibt es jedoch sechs Aufrufe an die Festplatte, was die Verarbeitungszeit pro Anfrage erheblich erhöht. Die minimale Anzahl von Laufwerken beträgt vier.

Vorteile von RAID 6:

Wie bei RAID 5 sind Datenleseoperationen schnell;
Wenn zwei Festplatten ausfallen, haben Sie immer noch Zugriff auf alle Daten, auch wenn die ausgefallenen Laufwerke ersetzt werden müssen. RAID 6 ist somit sicherer als RAID 5.

Nachteile von RAID 6:

Schreiboperationen sind langsamer als bei RAID 5 aufgrund der zusätzlichen Paritätsdaten, die berechnet werden müssen. Die Schreibgeschwindigkeit kann sogar um 20% niedriger sein;
Festplattenausfälle beeinträchtigen die Array-Leistung;
Es handelt sich um eine anspruchsvolle Technologie. Es kann lange dauern, ein Array wiederherzustellen, wenn ein Laufwerk ausgefallen ist.

RAID 7

RAID 7 (Optimized Asynchrony for High I/O Rates as well as High Data Transfer Rates) ist im Gegensatz zu anderen Ebenen kein offener Industriestandard – es ist eine eingetragene Marke der Storage Computer Corporation. Es basiert auf den Konzepten, die in den Ebenen 3 und 4 verwendet werden. Die Fähigkeit, Daten zu zwischenspeichern, wurde hinzugefügt. RAID 7 enthält auch einen Controller mit einem eingebauten Mikroprozessor, der ein Echtzeitbetriebssystem ausführt. Es ermöglicht die Verarbeitung aller Datenübertragungsanforderungen asynchron und unabhängig voneinander.

Der Prüfsummenblock ist mit dem Pufferblock integriert; eine separate Festplatte wird verwendet, um Paritätsinformationen zu speichern, die auf jedem Kanal platziert werden können. RAID 7 verfügt über eine schnelle Datenübertragung und Anforderungsverarbeitung sowie eine gute Skalierbarkeit. Der größte Nachteil dieser Ebene ist die Kosten für ihre Implementierung.

Vorteile von RAID 7:

sehr hohe Datenübertragungsrate und hohe Anforderungsverarbeitungsgeschwindigkeit (1,5 bis 6 Mal höher als bei anderen Standard-RAID-Ebenen);
gute Skalierbarkeit;
signifikante Erhöhung (durch die Verfügbarkeit eines Caches) der Geschwindigkeit des Lesens kleiner Datenmengen;
keine zusätzliche Datenübertragung ist für die Paritätsberechnung erforderlich.

Nachteile von RAID 7:

gehört einer Firma;
komplex in der Implementierung;
sehr hohe Kosten pro Volumeneinheit;
kann nicht vom Benutzer gewartet werden;
Notwendigkeit der Verwendung einer unterbrechungsfreien Stromversorgung, um Datenverlust aus dem Cache-Speicher zu vermeiden;
kurze Garantiezeit.

JBOD

Der Benutzer kann auch JBOD verwenden – ein Festplatten-Array, bei dem ein einziger logischer Speicherplatz den Festplatten in Sequenz zugewiesen wird. Das bedeutet, dass der Controller als Standard-IDE oder SATA-Controller arbeitet, ohne die Mechanismen zur Kombination von Festplatten zu einem Array zu verwenden. In diesem Fall wird jede Festplatte als separates Gerät im Betriebssystem erkannt.

Kombinierte RAID-Typen (10, 01, 50, 60)

Zusätzlich zu den oben diskutierten Grundtypen werden verschiedene Kombinationen dieser Typen weit verbreitet eingesetzt, um einige Nachteile von einfachen RAID auszugleichen. Insbesondere sind RAID 10- und RAID 0+1-Schemata weit verbreitet. Im ersten Fall werden ein Paar Spiegel-Arrays zu RAID 0 kombiniert, im zweiten Fall werden im Gegenteil zwei RAID 0-Arrays zu einem Spiegel kombiniert. In beiden Fällen wird die erhöhte Leistung von RAID 0 zur Informationssicherheit von RAID 1 hinzugefügt.

Oft werden zur Erhöhung des Schutzes wichtiger Informationen Schemata zur Erstellung von RAID 51 oder RAID 61 verwendet – Spiegelung und bereits hochgeschützte Arrays bieten eine außergewöhnliche Datensicherheit im Falle eines Ausfalls. Es ist jedoch nicht vernünftig, solche Arrays zu Hause zu implementieren, aufgrund der übermäßigen Redundanz.

RAID 10

RAID 10 ist ein Array unabhängiger Festplatten, bei dem die verwendeten Ebenen im System umkehrbar sind und einen Streifen von Spiegeln darstellen. Verschachtelte Array-Laufwerke werden zu RAID 1-Spiegeln gepaart. Diese Spiegelpaare werden dann unter Verwendung von RAID 0-Striping in ein gemeinsames Array umgewandelt.

Jedes Laufwerk in einem RAID 1-Array kann beschädigt werden, ohne Daten zu verlieren. Der Nachteil des Systems besteht jedoch darin, dass die beschädigten Festplatten nicht ersetzbar sind und der Benutzer bei einem Systemfehler gezwungen ist, die verbleibenden Ressourcen des Systems zu nutzen. Einige RAID 10-Systeme verfügen über ein bestimmtes „Hot-Spare“-Laufwerk, das automatisch das ausgefallene Laufwerk im Array ersetzt.

In den meisten Fällen bietet RAID 10 eine bessere Leistung und weniger Latenz als alle anderen RAID-Level außer RAID 0 (bessere Leistung). Es ist einer der bevorzugten Level für „High-Performance“-Anwendungen, die eine hohe Systemleistung erfordern.

Leider bleibt die Wahrscheinlichkeit von Datenverlust bestehen. Zu den Hauptgründen gehören:

Softwarefehler des RAID-Controllers;
Ausfall oder falscher Austausch des Controllers;
Falsche Konfiguration oder fehlende Überwachung;
Hardwarefehler einer kritischen Anzahl von Festplatten;
Array-Unsynchronisation mit anschließendem Ausfall des aktuellen Teilnehmers;
Dateisystembeschädigung, versehentliches Löschen von Informationen, Formatierung von Festplatten.

Die wichtigsten Vorteile von RAID 10:

die höchsten Lese- und Schreibgeschwindigkeiten unter den kommerziellen RAID-Typen;
höhere Zuverlässigkeit als RAID 5;
Wenn bei einer RAID 10-Konfiguration etwas mit einem der Laufwerke schief geht, ist die Wiederherstellungszeit sehr schnell, da Sie nur alle Daten vom Spiegel auf das neue Laufwerk kopieren müssen. Es kann nur 30 Minuten für 1TB-Laufwerke dauern.

Nachteile von RAID 10:

Effizienz des Festplattenspeichers 50%.

RAID 01

RAID 01 (RAID 0+1) ist eine Art von kombiniertem RAID-Array. Es ermöglicht die Implementierung der Geschwindigkeit von RAID 0 und der Zuverlässigkeit von RAID 1 in einem einzigen Array. Aber das Wichtigste ist, dass es auf einem Software-Controller aufgebaut wird.

RAID 01 ist ein RAID-1-Array mit zwei RAID-0-Arrays im Inneren. Der Datenstrom wird zuerst kopiert und dann wird jede Kopie gestriped und auf zwei (oder mehr) Festplatten geschrieben. Daher ist die minimale Anzahl von Festplatten, um RAID 01 zu implementieren, vier.

Unerfahrene Benutzer verwechseln oft RAID 01 und RAID 10. Der Grund dafür ist die Ähnlichkeit in Namen und Realisierung. Jeder dieser Typen hat jedoch seine Vorteile. Zum Beispiel wird RAID 01 schneller als RAID 10 sein. Es geht um die beiden RAID-0-Arrays, auf denen jede Kopie der Daten geschrieben wird. Wenn Sie sich an das Prinzip von RAID 0 erinnern, wissen Sie, dass Geschwindigkeit durch Striping erreicht wird – Daten werden in „Stripes“ aufgeteilt und gleichzeitig auf die Laufwerke geschrieben.

Eine schematische Darstellung von RAID 01 sieht wie folgt aus:

Somit ermöglicht RAID 01 das Überleben des Ausfalls einer beliebigen Gruppe von Festplatten, die aus zwei oder mehr Laufwerken bestehen kann.

Es ist erwähnenswert, dass es empfohlen wird, die gleiche Anzahl von Festplatten für jede Gruppe zu verwenden. Dies erklärt sich dadurch, dass bei der Erstellung von zwei identischen Kopien des Datenstroms die Größe des gesamten Arrays auf die Größe der Gruppe mit der geringsten Anzahl von Festplatten beschränkt ist. Daher macht es keinen Sinn, eine größere Anzahl von Festplatten zu verwenden, da sie nicht genutzt werden.

Der Vorteil von RAID 01:

schnellere Leistung;
Daten bleiben verfügbar, solange mindestens eine Gruppe von Festplatten funktioniert;

RAID 50 (RAID 5+0)

RAID 50 (auch bekannt als RAID 5+0) ist ein verschachtelter RAID, der aus RAID 5- und RAID 0-Arrays mit hohen Schreib- und Download-Geschwindigkeiten besteht. RAID 50 ist ziemlich bekannt.

Ein RAID 50-System erfordert mindestens sechs Laufwerke, um zu funktionieren. Mit zunehmender Anzahl von RAID-Festplatten im System steigt auch die Leistung der Festplatten, was sich auf die Geschwindigkeit der Datenwiederherstellung auswirkt, da das RAID-Wiederherstellungsintervall (Schritt) zunimmt.

Einige der wichtigsten Vorteile von RAID 50 sind:

hohe durchschnittliche Datenwiederherstellungsgeschwindigkeit (viel schneller als RAID 5);
besonders hohe Geschwindigkeit beim Schreiben von Daten;
erhöhte Ausfallsicherheit (im Vergleich zu RAID 5).

Die Hauptnachteile von RAID 50 sind:

hohe Kosten;
begrenzte Skalierbarkeit.

Um Daten in einem RAID 50-Array zu verlieren, müssen drei Festplatten gleichzeitig ausfallen, was in der Praxis nicht möglich ist.

RAID 60 (RAID 6+0)

RAID 60 (auch RAID 6+0 genannt) ist eine Kombination aus RAID 0 und RAID 6, die dem Benutzer eine verbesserte Leistung und Geschwindigkeit bei der Verarbeitung von Array-Daten bietet. Diese Kombination ist nicht weit verbreitet, hat aber einige Vorteile, insbesondere die Fähigkeit, die Produktion aufrechtzuerhalten (keine Berechnungs- und Schreiblatenz großer Paritätsbits), während gleichzeitig die Gesamtmenge an Speicherplatz erhöht wird.

Mindestens acht Laufwerke sind für diese Kombination erforderlich.

Die Kombination aus RAID 6 und Striping (RAID 0) bietet folgende Vorteile:

hohe Datenübertragungsrate;
eine signifikante Erhöhung der Lese-Geschwindigkeit im Vergleich zu Laufwerken, die nicht in einem RAID-Array kombiniert sind;
hohe Ausfallsicherheit.

Nachteile von RAID 60:

geringere Effizienz bei der Nutzung des Festplattenspeichers im Vergleich zu RAID 5, 6;
IOPS-Schreibgeschwindigkeit niedriger als bei RAID 0, 10.

RAID 60 hat eine doppelte Fehlerimmunität: Jedes beliebige Paar von Laufwerken in einem Array kann ausfallen, ohne dass Daten verloren gehen. Somit können in einem gemeinsam genutzten System bis zu vier Laufwerke ausfallen, ohne dass Daten verloren gehen.

Welcher RAID-Typ ist am besten zu verwenden?

Bei der Wahl eines RAID hängt alles davon ab, ob Sie es für die Leistung oder die Ausfallsicherheit (oder beides) benötigen. Die Wahl des RAID-Typs hängt auch davon ab, auf welcher Maschine es installiert wird – PC, Server, NAS usw., da dies bestimmt, welcher RAID-Typ (Hardware oder Software) am besten zu verwenden ist. Die Software unterstützt weniger Ebenen als Hardware-RAID. Im Falle von Hardware-RAID müssen Sie den Typ bestimmen. Unterschiedliche Controller unterstützen unterschiedliche RAID-Level und geben vor, welche Laufwerke im Array verwendet werden können: SAS, SATA oder SSD.

Wenn es um Serverleistung geht, können Sie RAID 0 wählen, da mehrere Laufwerke Daten lesen und schreiben und die I/O-Operationen verbessern. Mindestens zwei Festplatten sind erforderlich. Sowohl RAID-Software als auch Hardware unterstützen RAID 0.

Der Nachteil ist, dass die Ausfallsicherheit nicht aktiviert ist. Wenn ein Laufwerk ausfällt, betrifft dies das gesamte Array, und die Chancen auf Datenverlust oder -beschädigung nehmen zu.

Wenn Ausfallsicherheit erforderlich ist und Geschwindigkeit nicht wichtig ist, können Sie RAID 1 wählen, da Daten reibungslos und gleichzeitig von einem Laufwerk auf das andere kopiert werden, um eine Kopie zu erstellen oder einen Spiegel zu erstellen. Wenn ein Laufwerk ausfällt, wird das andere Laufwerk weiterhin funktionieren. Es ist der einfachste Weg, um Ausfallsicherheit zu implementieren und relativ kostengünstig. Der Nachteil ist, dass RAID 1 die Leistung reduziert.

RAID 1 kann sowohl durch Software als auch durch Hardware implementiert werden.

RAID 5 ist die häufigste RAID-Konfiguration für Geschäftsserver und Enterprise-NAS-Geräte, da es eine bessere Leistung als Spiegelung und eine gute Ausfallsicherheit bietet. Bei RAID 5 werden Daten und Parität (zusätzliche Daten zur Wiederherstellung) drei oder mehr Laufwerken zugewiesen. Wenn das Laufwerk ausfällt – werden Daten aus verteilten Daten- und Paritätsblöcken reibungslos und automatisch wiederhergestellt. Das System funktioniert auch dann, wenn eine der Festplatten beschädigt ist. Der andere Vorteil von RAID 5 besteht darin, dass Sie ein beschädigtes Laufwerk austauschen können, ohne den Server herunterzufahren oder Benutzer daran zu hindern, auf den Server zuzugreifen. Dies ist eine großartige Lösung für Ausfallsicherheit.

Der Nachteil von RAID 5 besteht darin, dass die Leistung auf Servern, die mehrere Schreibvorgänge ausführen, reduziert wird. Wenn beispielsweise viele Mitarbeiter an einem Server mit RAID 5 arbeiten, kann eine spürbare Verzögerung auftreten.

RAID 6 ist auch eine ausgezeichnete Wahl für Unternehmen. Für eine höhere Zuverlässigkeit lohnt es sich, RAID 6 mit zwei Festplatten für den Paritätsblock zu verwenden. Ein solches Array wird auch dann weiterhin funktionieren, wenn zwei Festplatten ausfallen. Der Hauptnachteil dieser Entscheidung wäre teuer. Deshalb ist RAID 6 für den Geschäftsgebrauch besser geeignet als für den Heimgebrauch.

RAID 10 ist perfekt für intensiv genutzte Datenbankserver oder jeden Server, der mehrere Schreibvorgänge ausführt. RAID 10 kann als Hardware oder Software implementiert werden, aber die Meinung ist, dass viele der Leistungsvorteile verloren gehen, wenn RAID 10-Software verwendet wird.

RAID 50 sowie RAID 10 sind die empfohlenen RAID-Level für Anwendungen, bei denen hohe Leistung mit akzeptabler Zuverlässigkeit erforderlich ist. Es sollte jedoch beachtet werden, dass RAID 50 für viele große Festplatten besser geeignet ist – zuverlässiger als RAID 5 und kosteneffektiver als RAID 10. Dieser Array-Typ wird für Datenverarbeitungsanwendungen empfohlen, die hohe Speicherzuverlässigkeit, hohe Anforderungsraten, hohe Übertragungsgeschwindigkeiten und große Speicherkapazität erfordern.

Das RAID 60-Array ist perfekt für den Online-Kundenservice geeignet, der eine hohe Ausfallsicherheitsleistung erfordert, da es, obwohl es RAID 50 ähnelt, bis zu doppelt so viel Ausfall aushalten kann. Außerdem wird RAID 60 häufig in Videoüberwachungssystemen eingesetzt, da dieses Array über viele Jahre hinweg bessere Ergebnisse zeigt und viele Integratoren diese Technologie aufgrund ihrer Vorteile in der Ausfallsicherheit verwenden. Das andere Positive ist die ausgezeichnete Leistung bei sequenziellem Zugriff, die eine Funktion des Video-Streamings ist.

Die Wahl zwischen RAID 50/60 und RAID 10 hängt höchstwahrscheinlich von verfügbaren Budgets, Serverkapazität und Ihren Datenschutzbedürfnissen ab. Darüber hinaus steht die Kostenfrage im Vordergrund, wenn wir über SSD-Lösungen (sowohl Enterprise- als auch Consumer-Klasse) sprechen.

Was tun, wenn Daten verloren gehen

Obwohl der Hauptzweck von RAID-Arrays darin besteht, die Datensicherheit zu verbessern, haben sie auch ihre Nachteile. Der anfälligste Teil eines RAID-Arrays ist der RAID-Controller. Er verteilt die Daten zwischen den Festplatten und sagt dem Betriebssystem, wie es die Daten von den Festplatten lesen soll.

Unter anderem können die Festplatten selbst ausfallen. Aber vielleicht ist das schwächste Glied der Benutzer selbst, die nicht immer wissen, wie sie mit dem Array arbeiten sollen, und entweder versehentlich den Initialisierungsprozess starten oder Dinge tun, die zu Datenverlust führen.

Unabhängig von der Ursache des Datenverlusts müssen Sie wissen, wie Sie ihn korrekt wiederherstellen können, da Sie im Falle eines RAID-Arrays zuerst das Array zusammenstellen und erst dann mit der Wiederherstellung selbst fortfahren müssen.

Das einzige Programm seiner Art, das weiß, wie man alles richtig macht und Ihre Daten wiederherstellt, ist RS RAID Retrieve.

RS Raid Retrieve

Datenwiederherstellung von beschädigten RAID-ArraysWiederherstellung jeder Art von RAID-Array

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Das Programm ist einfach zu bedienen und kann dank des integrierten RAID-Konstruktors das defekte Array zusammenstellen und die notwendigen Parameter auswählen (Drehrichtung, Festplattenreihenfolge usw.). Alles, was Sie brauchen, sind ein paar Klicks mit der Maus.

RS RAID Retrieve integrierter RAID-Konstruktor

Wichtig: Es wird dringend empfohlen, RS RAID Retrieve unmittelbar nach Erkennung eines RAID-Problems zu verwenden. Andernfalls riskieren Sie, Daten unwiederbringlich zu verlieren.

Schließen Sie einfach die Laufwerke an den funktionierenden Computer an und starten Sie RS RAID Retrieve. Das Programm erledigt den Rest.

Wir möchten auch erwähnen, dass RS RAID Retrieve nicht anspruchsvoll auf Computerressourcen ist, was es Ihnen ermöglicht, Daten aus RAID-Arrays sogar mit schwachen Computern oder Büro-Laptops wiederherzustellen.

Häufig gestellte Fragen

RAID steht für "Redundant Array of Independent Disks" und ist eine Technologie zur Datenspeicherung auf mehreren Festplatten. Es ermöglicht eine erhöhte Datensicherheit, Leistung oder beides, je nach RAID-Level. Dabei werden die Daten auf mehrere Festplatten verteilt und redundant gespeichert, um Ausfälle einzelner Festplatten abzufangen. Die genaue Funktionsweise variiert je nach RAID-Level, aber im Allgemeinen werden die Daten entweder gespiegelt, gestreift oder beides.

Es gibt verschiedene RAID-Typen, darunter RAID 0, RAID 1, RAID 5, RAID 6 und RAID 10. - RAID 0 bietet hohe Leistung und Kapazität, da die Daten auf mehreren Laufwerken verteilt werden. Allerdings bietet es keine Redundanz, was bedeutet, dass der Ausfall eines Laufwerks zum Datenverlust führt. - RAID 1 bietet eine Spiegelung der Daten auf zwei Laufwerken, was eine hohe Datensicherheit bietet. Allerdings geht dies auf Kosten der Kapazität, da die Hälfte der Laufwerke für die Spiegelung verwendet wird. - RAID 5 verwendet Paritätsbits, um Daten auf mehreren Laufwerken zu verteilen und bietet sowohl Leistung als auch Redundanz. Allerdings kann der Ausfall mehrerer Laufwerke zu Datenverlust führen. - RAID 6 ist ähnlich wie RAID 5, bietet jedoch zusätzliche Paritätsbits für eine höhere Redundanz. - RAID 10 kombiniert RAID 1 und RAID 0, indem es Daten spiegelt und auf mehreren Laufwerken verteilt. Es bietet hohe Leistung und Redundanz, erfordert jedoch eine größere Anzahl von Laufwerken.

Für den Anwendungsfall, bei dem hohe Datensicherheit und Redundanz erforderlich sind, sollte der RAID-Typ 1 (Spiegelung) verwendet werden. Bei Anwendungen, die eine hohe Leistung und Geschwindigkeit erfordern, ist RAID-Typ 0 (Striping) geeignet. RAID-Typ 5 (Block-Level Striping mit verteilten Paritätsinformationen) eignet sich für Anwendungen, die sowohl hohe Leistung als auch Datensicherheit erfordern. RAID-Typ 6 (Block-Level Striping mit doppelter Paritätsinformation) bietet eine noch höhere Datensicherheit und eignet sich für Anwendungen mit kritischen Daten.

Bei der Auswahl eines RAID-Typs sollten verschiedene Faktoren berücksichtigt werden. Dazu gehören die gewünschte Redundanz und Ausfallsicherheit, die benötigte Speicherkapazität, die Leistung und Geschwindigkeit, die Kosten sowie die Kompatibilität mit der vorhandenen Hardware und Software. Es ist auch wichtig, die Art der Daten zu berücksichtigen, die gespeichert werden sollen, und die Anforderungen an die Datenintegrität und Wiederherstellungsfähigkeit.