Was sind RAID-Arrays: Vorteile, Typen

Was ist RAID?

Genau genommen handelt es sich bei RAID (Redundant Array of Independent Disks) um eine Methode, mit der unabhängige Festplatten durch Virtualisierung der Daten zu einer einzigen logischen Einheit zusammengefasst werden. Der Begriff selbst wurde bereits 1987 vorgeschlagen. Diese Technologie sollte eine Reihe von HDD-Problemen lösen: wie Zeitverlust beim Schreiben und Lesen großer Dateien und geringe Fehlertoleranz. Obwohl heute manchmal SSDs zur Erstellung solcher Arrays verwendet werden, ist es üblicher, dass RAID-Systeme auf klassischen Festplattenlaufwerken basieren.

Es ist wichtig zu verstehen, dass RAID kann in zwei Hauptschemata organisiert werden:

• Hardware-RAID Die Festplatten werden dann über einen RAID-Controller mit eigenem Mikroprozessor an die Hauptplatine angeschlossen. Dieses Gerät kann in das Motherboard integriert und separat ausgeführt werden. Die erste Methode ist etwas billiger, aber die zweite ist deutlich effizienter bei der Arbeit.
• Software-RAID. In dieser Situation werden Dienstprogramme anstelle des Controllers verwendet, was zum Sparen beiträgt. Diese Programme sind für Windows und Linux verfügbar. Der Hauptnachteil: Sie verwenden die zentrale CPU und den Arbeitsspeicher des Systems, um das Array zu verwalten, was die Gesamtleistung verringert.

Die Entscheidung für eines der beschriebenen Schemata sowie die Wahl von HDD- oder SSD-Laufwerken ist zwar wichtig, doch in der Realität wird den Array-Levels – RAID 0, RAID 1 usw. – mehr Aufmerksamkeit geschenkt. Sie unterscheiden sich durch Algorithmen bei der Erstellung und Verteilung von Daten zwischen Speicherplätzen. Alle Ebenen haben ihre Vor- und Nachteile, denn jeder von ihnen sollte separat erzählt werden.

RAID 0

Dies ist die grundlegende Art der RAID-Erstellung. Es basiert auf dem Prinzip des Stripings oder Streifens. Stellen Sie sich vor, Sie haben ein Buch aus mehreren Kapiteln. Bei einem solchen Prinzip der Verbindung von Festplatten wird das erste Kapitel des Buches auf die erste Festplatte gesendet, das zweite im selben Moment auf die zweite und so weiter. Das System kann verschiedene Festplattenkapazitäten und -geschwindigkeiten haben (die langsamste Festplatte in der Gruppe bestimmt die Gesamtgeschwindigkeit, obwohl es auf SATA-Ebene Einschränkungen geben kann).

RAID 0 hat mehrere Vorteile:

• Der Anstieg der Dateiübertragungsgeschwindigkeit ist ein Vielfaches der Anzahl der angeschlossenen Laufwerke.
• Volle Nutzung des verfügbaren Speicherplatzes im Array.
• Schließt eine tatsächlich unbegrenzte Anzahl von Festplatten in das Array ein.

Aber diese Vorzüge können den Hauptnachteil mit dem Kopf überdecken RAID 0. Wenn mindestens ein Speicher beschädigt wird, verlieren Sie alle Daten. Zurück zur Analogie zum Buch. Es wird keinen Sinn ergeben, da es keine einzelnen Kapitel gibt, die auf der abgelehnten CD enthalten sind – obwohl Sie die anderen Kapitel haben. Daher ist es besser, Arrays der Ebene Null nur für temporäre oder nicht kritische Dateien auf Systemen mit hohen Geschwindigkeitsanforderungen zu verwenden.

RAID 1

Eine weitere einfachste Ebene ist die Verschmelzung von Speicherplatz. Es basiert auf dem Prinzip der Mirroring oder Spiegelung. In diesem Fall wird Ihr Buch in Kapiteln auf alle Laufwerke auf einmal gesendet. Sie können sowohl 2 als auch 22 sein – wenn die Anzahl gerade ist. Tatsächlich in RAID 1 alle verfügbaren Daten werden ständig gesichert: Sie haben vollständige Kopien, «Spiegel», Ihre Dateien.

Zu den Vorteilen dieser Art RAID-arrays kann zugeschrieben werden:

• Vollständige Speicherung aller Daten, wenn eine einzelne Festplatte ausfällt.
• Der Gewinn an Lesegeschwindigkeit, wenn eine Anfrage parallel zu den Festplatten erfolgt.

Aber die Nachteile der ersten Ebene sind auch genug:

• Die Schreibgeschwindigkeit entspricht der Grundgeschwindigkeit einer einzelnen Festplatte.
• Halbierung des Speicherplatzes durch Datensicherung.

Wenn Sie ein solches Array zusammenfassen, ist es das Gegenteil  von RAID 0: nicht schnell, aber zuverlässig. Daher eignet es sich hervorragend zum Speichern besonders wertvoller Daten, auf die nicht so oft zugegriffen wird. In diesem Fall ist die Überzahlung für «geklonte» Laufwerke völlig gerechtfertigt.

RAID 10

Diese Ebene wird der Gruppe Nested, «verschachtelt» zugeordnet. Im Wesentlichen ist es ein Hybrid aus zwei verschachtelten Ebenen RAID 1 und RAID 0, das Beste von jedem von ihnen nimmt. Es werden mindestens 4 Festplatten benötigt, um sie zu erstellen. Das ganze System funktioniert folgendermaßen: Das erste Kapitel aus dem Buch wird an die erste und zweite Festplatte geschrieben (wie in Stufe eins), das zweite Kapitel an die dritte und vierte (wie in Stufe null), das dritte Kapitel wird an die erste und zweite geschickt – und so weiter in der Liste.

RAID 10 bietet in zwei wichtigen Punkten erhebliche Vorteile:

• Die Schreibgeschwindigkeit und das Lesen von Dateien verdoppeln sich im Vergleich zur Basis.
• Die Sicherheit der Informationen durch die eigentliche Sicherung.

Was die Rückseite der Medaille eines solchen Arrays betrifft, sollte beachtet werden:

• Die verfügbare Speicherkapazität entspricht der Hälfte der Summe aller Festplatten.
• Komplexe Komplikation und Erhöhung des Preises des gesamten organisierten Systems.

Übrigens hat dieser Typ RAID es gibt einen «Gegenstück» mit dem Index 01, bei dem die Verschachtelung der Ebenen 0 und 1 an verschiedenen Stellen variiert. Ein solches Schema erreicht ähnliche Werte wie Speicherkapazität und Geschwindigkeit, ist aber in der Fehlertoleranz schlechter – und daher unpopulär.

RAID 5

Das Wesen dieser Ebene ist ähnlich wie RAID 1, aber mit einer bekannten Verfeinerung. Zurück zum Beispiel-dem Buch. Das erste Kapitel wird auf die erste Festplatte geschrieben, das zweite auf die zweite, und die sogenannte Parität wird an die dritte gesendet – im Wesentlichen eine Sicherungskopie des Datenblocks. Dabei wird für die Parität abwechselnd jede der Festplatten ausgewählt, was die Fehlertoleranz des Systems erhöht. Es stimmt, Experten glauben: 3-Laufwerke sind nicht die beste Menge für ein solches RAID. Idealerweise benötigen sie mindestens 4-5.

Die Hauptvorteile der fünften Ebene von zusammengeführten Arrays sind:

• Hohe Geschwindigkeit bei Parallelbetrieb (aber niedriger als bei Laufwerken RAID 0).
• Speichern von Speicher für Backups im Hintergrund RAID 10 25% oder höher.
• Garantien für die Sicherheit aller Informationen, wenn eine der Festplatten ausfällt.

Nach der Tradition können Sie die Nachteile dieses Ansatzes nicht ignorieren:

• Für den korrekten Betrieb des Systems ist ein spezieller und teurer Controller erforderlich.
• Aufgrund der Besonderheit der Technologie kann die Datenwiederherstellung lang sein.

Um die Informationen über RAID 5 zusammenzufassen: Es handelt sich um eine recht gute, aber immer noch nicht universelle Ad-hoc-Lösung für die Kombination von Laufwerken.

RAID 6

Es ist die Entwicklung der Idee von RAID 5: die Informationen werden immer noch blockweise auf den Laufwerken verteilt, aber die Redundanz erfolgt nicht mehr mit einfacher Parität, sondern mit doppelter Parität auf zwei Laufwerken. Dementsprechend ist die minimale Anzahl von Festplatten in einem solchen Array bereits 4. Aber auch hier gilt: besser, wenn RAID 6 noch mehr im Modul hat.

Der Hauptvorteil dieses Niveaus liegt auf der Hand: Er wird auch bei einem Ausfall zweier Festplatten funktionsfähig sein. Dies ist das zuverlässigste der beschriebenen Systeme. Allerdings muss man sich über die Wahrscheinlichkeit eines doppelten Ausfalls der Laufwerke im Klaren sein – und dies gegen die Nachteile dieses RAIDs abwägen. Unter ihnen sind die wichtigsten:

• Reduzierte Lese- und Schreibgeschwindigkeit vor dem Hintergrund anderer "komplexer" Arrays.
• Die Notwendigkeit für zusätzlichen Platz für Doppelkopien.
• Die Leistung hängt stark von einem komplexen und leistungsstarken Controller ab.

Aufgrund dieser Kombination von Eigenschaften ist die sechste Ebene eine ziemlich seltene, aber in bestimmten Situationen eine unverzichtbare Methode.

Was kann man über die RAID-Level 2, 3, 4 und 7 sagen?

Um die Frage des Untertitels kurz zu beantworten: Es handelt sich um praktisch nicht beanspruchte RAID-Systeme. Der Hauptgrund sind die spezifischen technischen Nuancen in der Arbeit des Arrays. Alle diese RAIDs arbeiten nach dem Prinzip des Stripings, allerdings mit einigen Besonderheiten:

• Die zweite Ebene verwendet den sogenannten Hamming-Code, und die Festplatten speichern Daten zur Überprüfung und Fehlerbehebung. In diesem Fall wird das Modul in Bezug auf Leistung und Zuverlässigkeit bereits mit 7 Laufwerken gerechtfertigt.
• Bei RAID 3 werden die Informationen Byte für Byte gespeichert – und es gibt ein Laufwerk für Paritätsblöcke. Es ist erwähnenswert, dass es eine hohe Lese- und Schreibgeschwindigkeit gibt – aber nur für große Dateien. Außerdem ist das Array ein Einzelgerät – der Zugriff von zwei Geräten aus ist schwierig.
• Was  RAID 4 angeht, ist es ähnlich wie RAID 3, aber ohne die Byte-für-Byte-Aufschlüsselung. Auf der einen Seite löst es das Problem der langsamen Übertragung kleiner Dateien. Das Schreiben im Allgemeinen ist jedoch nicht schnell – da die Parität auf dieselbe Festplatte gesendet wird.
• RAID 7 ähnelt dem vierten, verfügt aber über eine zusätzliche Zwischenspeicherung auf der RAM-Ebene. Diese Methode ist zuverlässig und schnell, aber das Array benötigt unbedingt eine USV, da die Daten bei Stromausfällen beschädigt werden.

Es sollte auch beachtet werden: Neben den im Artikel genannten Methoden zum Kombinieren von Festplatten gibt es andere, noch exotischere, wenig verbreitete. Dazu gehören RAID 61, RAID 03 und RAID-DP. Aber sie sind für enge Spezialisten interessant und sind viel seltener als RAID 0 und RAID 1…

Wie findet man einen schnellen, zuverlässigen Speicher für mein Projekt?

Wenn Sie ein Array für ein Home-Fotoarchiv zusammenstellen, können Sie mit der Auswahl der Ausrüstung fertig werden. Aber wenn es um Geschäftslösungen für Online-Projekte oder Datenbanken geht, lohnt es sich, sich an Profis wie HostZealot zu wenden. Beim Entwerfen einer Lösung für Sie können wir alle Arten von Arrays erstellen: von RAID 0, RAID 1 und höher. Dabei sind wir als Infrastrukturanbieter bereit, individuelle Projekte für spezifische Aufgaben zu realisieren. Deshalb haben wir die Möglichkeit, Arrays auch auf RAID 1E- oder RAID 50-Ebene zu erstellen, wenn es eine solche Anforderung gibt. Dies ermöglicht es Ihnen, die optimale Ausführung zu wählen und sicherzustellen, dass Dateien schnell gelesen und geschrieben werden und sicher sind. Und unsere Rechenzentren haben die breiteste Geographie: von den USA bis Hongkong, von Stockholm bis Tel Aviv. Und vergessen Sie nicht unsere vielen Hosting-Services (dedizierte Server, VPS, Webhosting, Colocation), flexible Preise und 24/7 kompetenten und aufmerksamen technischen Support – Sie können uns vertrauen!