RAID

Semsterarbeit
RAID-Systeme
Einsatzzweck und Funktionsweise
Michael Sand
Frank Schlesselmann
Tobias Stumpp
WWI01B
Gliederung
I.
II.
III.
1.
2.
1.
2.
3.
4.
5.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
RAID – Einführung
RAID-Allgemein
RAID ist nicht gleich RAID
RAID – Theorie, Sicherheit & Performance
Die verschiedenen RAID-Level 0-7
Software-RAID
IDE-RAID
SCSI-RAID
Fazit
RAID – Anwendungen
RAID – SOHO
RAID – Video- und Photo-Editing
RAID – Datenbankserver
RAID im Kleinunternehmen
RAID: Network Attached Storage (NAS)
RAID: Storaged Area Network (SAN)
RAID – Kosten
RAID - Allgemein
• Abkürzung für "Redundant Array of Independent
Disks" oder "Redundant Array of Inexpensive Disks„
• mehrere unabhängige Festplatten bilden ein großes
logisches Laufwerk
• Daten werden durch einen Controller oder durch
Software auf die verschiedenen Platten verteilt
• Es werden dabei nicht nur Nutzdaten, sondern auch
"Redundanz Informationen" hinzugefügt
RAID ist nicht gleich RAID
• Es existieren mehrere "RAID-Levels", die über
unterschiedliche Leistungsmerkmale verfügen
• RAID Level 0 - 7
• Die Grundlage der RAID-Technologie wird durch
sogenannte "Stripe Sets" gebildet (stripe = Streifen).
• Dabei werden relativ kleine Datenblöcke – im Bereich
von einigen KByte auf mehrere Festplatten verteilt.
RAID 0
Data Striping
• Daten werden in Blöcke (Stripes) auf eine gewisse
Anzahl von Festplatten aufgeteilt
• Blöcke können unterschiedlich gros sein
• Mindestens 2 Festplatten
RAID 0
Sicherheit & Performance
• RAID Level 0
– Verminderte Sicherheit
– Höheres Ausfallrisiko
– Kein echtes RAID Level
– Beste Performance aller RAID Level
RAID 1
Data Mirroring/Duplexing
•
•
•
•
•
Duplexing = an 2 unabhängigen Kanälen
Mirroring = an einem Kanal
Daten werden zu 100% gespiegelt / dupliziert
Mindestens 2 Festplatten
Festplatten sollten gleichgroß sein
RAID 1
Sicherheit & Performance
• RAID Level 1
– größtmöglichste Sicherheit
– Keine Geschwindigkeitsverbesserung
gegenüber einer Einzelplatte
– Doppelte Festplattenkapazität notwendig
RAID 2
• Teilt Daten nicht in Blöcke sondern auf BIT-Ebene
• Verteilt nach Striping-Prinzip
• Generiert einen Fehlerkorrekturcode, der auf eine
zusätzliche Festplatte geschrieben wird
• Ist ein einziges Bit fehlerhaft kann es an Hand der
Fehlerkorrekturcodes sofort korrigiert werden
Error Checking & Correction (ECC)
Sicherheit & Performance
• RAID Level 2
– Gleicht einzelne Bitfehler aus
– Mindestens 10 Platten
– Findet heute keine Verwendung mehr
RAID 3 + 4
Data Striping Dedicated Parity
• Daten werden blockweise (RAID 4) bzw. byteweise
(RAID 3) auf mehrere Festplatten aufgeteilt
• Eine zusätzlich Platte speichert in Echtzeit die
jeweiligen Checksummen (Paritätsdaten)
• Beim Ausfall einer Festplatte, können die Daten
wieder hergestellt werden
RAID 3 + 4
RAID 3
(byteweise)
RAID 4
(blockweise)
Sicherheit & Performance
• RAID Level 3
– Mindestens 3 Platten
– Ausfall einer Platte kann behoben werden
– Gute Performance bei großen sequentiellen
Schreib-/Lesezugriffen (große Dateien)
– Flaschenhals: Synchronisation der Köpfe
(bei kleinen Files)
Sicherheit & Performance
• RAID Level 4
– Ausfall einer Platte möglich
– Gute Performance bei großen sequentiellen
Schreib-/Lesezugriffen (große Dateien)
– Flaschenhals: Parity-Laufwerk
– Wird selten genutzt
RAID 5
Data Parity Striping
• Mindestens 3 Festplatten
• Blockweise Adressierung
• Paritätsdaten werden (in Echtzeit) zusammen mit
Nutzdaten auf den Festplatten gespeichert
• Bei 5 Festplatten ist jede 1/5 Paritätsplatte und 4/5
Datenplatte
RAID 5
Sicherheit & Performance
• RAID Level 5
– Ausfall einer Platte möglich
– Schreib-Performance nicht mehr abhängig
vom Parity-Laufwerk
– Lese-Performance etwa wie Level 4
– Allround-Lösung
RAID 6
• Sicherere Version von RAID 5
• Es werden doppelt so viele Paritätsdaten geschrieben
• Dadurch wird auch der Ausfall von 2 Festplatten
toleriert
Sicherheit & Performance
• RAID Level 6
– Zwei Platten können ausfallen
– Deutlich langsamere Schreibzugriffe
RAID 7
• Kein offener Standard
• Patentiertes Verfahren der Firma Storage Computer
Corporation
• Basiert auf Level 3 + 4, wurde jedoch verbessert
• Das Array wird asynchron verwaltet
• D.h. jede Platte wird vom Controller separat verwaltet
Sicherheit & Performance
• RAID Level 7
– Erheblich schneller als die anderen Levels
– Ausfall mehrerer Platten möglich
Gemischte RAID-Level
• RAID-Levels können kombiniert werden
• RAID 15 = gespiegeltes RAID Array nach Level 5
• RAID 53 = RAID Array nach Level 5, aber
anstelle von einzelnen Festplatten wird ein
Disk Array nach dem Level 3 verwendet.
Minimum 9 Platten, da 3x3.
Sicherheit & Performance
• Software-RAID
– Linux Level 0, 1, 4, 5
– Windows NT & 2000 Level 0, 1, 5
– Hohe CPU-Belastung
– Nicht hot-pluggable
– System-Partition nicht abgesichert
Sicherheit & Performance
• IDE-RAID
– CPU wird nicht belastet
– Nicht hot-pluggable
– Kurze Kabellängen
– Nur 2 Geräte pro IDE-Kanal
– IDE-Platten nicht für Dauerbetrieb
ausgelegt
Sicherheit & Performance
• SCSI-RAID
– Höhere Transferraten (bis 320Mbyte/s)
– Hot-pluggable
– Höhere Kabellängen
– Bis zu 15 Laufwerke pro Kanal
Sicherheit & Performance
• Fazit: Redundanz mit Grenzen
– Erhöhte Datensicherheit und Performance
– Nicht 100% Ausfallsicherheit
– Keine Alternative zu Backups
– Datenverfügbarkeit ≠ Systemverfügbarkeit
– Kein Schutz gegen Einflüsse von außen
– Schließt Risikofaktor Mensch nicht aus
– RAID Levels stellen keine Wertung dar
RAID - Anwendungen
RAID
RAID - SOHO
• Anforderung:
– Kostengünstige Steigerung von
Performance und Sicherheit
• Lösung:
– RAID 0 für Grafik/Video:
gleichzeitiges Schreiben und Lesen
von Stripe-Blocks auf mehrere
Platten
– RAID 1 für geschäftskritische Daten:
Spiegelung der Nutzdaten auf eine
redundante Platte
– RAID 0+1: hohe Performance durch
RAID 0 plus Sicherheit durch RAID 1
Veritas RAID-Director
ARCServe RAID
RAID – Video- und Photo-Editing
• Anforderung:
– Große Dateien schnell verarbeiten
• Lösung:
– RAID 0: gleichzeitiges Schreiben
und Lesen von Stripe-Blocks auf
mehrere Platten
– RAID 0+1: hohe Performance durch
RAID 0 plus Sicherheit durch RAID 1
– RAID 3: byte-weises Lesen und
Schreiben von Daten bei
synchronisierten Plattenspindeln.
Onboard-RAID-Controller
von Promise (auch IDE)
RAID - Datenbankserver
• Anforderungen:
- hohe Verfügbarkeit, multiple Zugriffe
• Lösung:
– RAID 1 für geschäftskritische Daten:
Spiegelung der Nutzdaten auf eine
redundante Platte
– RAID 1+0: hohe Sicherheit durch RAID 1
plus Performance durch RAID 0
– RAID 5: höchste Datentransaktionsrate
der redundanten Level plus
Ausfallsicherheit, multiple Zugriffe
möglich, bester Trade-Off zwischen
Effizienz, Performance und Redundanz
RAID im Kleinunternehmen
• Anforderungen:
- hohe Verfügbarkeit, hohe Performance,
multiple Zugriffe
• Lösung:
– RAID 1+0: hohe Sicherheit durch RAID 1
plus Performance durch RAID 0
– RAID 5: höchste Datentransaktionsrate
unter den redundanten Level plus
Ausfallsicherheit, multiple Zugriffe
möglich, Einsatz eines Rechners als DC,
File-, Datenbank-, Mail- und News-Server
HP LC2000 71000
128MB 3x18GB
RAID: Network Attached Storage (NAS)
• Anforderungen:
- hohe Verfügbarkeit, hohe Performance, multiple Zugriffe im
Netzwerk
• Lösung:
Compaq StorageWorks Modular
– RAID 5: höchste Datentransaktionsrate plus Ausfallsicherheit, multiple Zugriffe (DC, File-, Mail- oder News-Server)
– RAID 6: geschäftskritische Applikationen
mit hoher, nicht geschwindigkeitsrelevanten Verfügbarkeit
(Datenbankserver)
– Hardware: NAS: Festplattenspeicher im
LAN, Zugriff über Server
Maxtor MaxAttach
NAS4300 640GB
RAID: Storaged Area Network (SAN)
• Anforderungen:
- hohe Verfügbarkeit, hohe Performance,
multiple Zugriffe im Netzwerk
• Lösung:
– RAID 53: RAID 5-Verteilung auf
untergeordnete RAID 3-Arrays: extrem hohe
Datenverfügbarkeit (Datenbankserver)
– RAID 7: hohe I/O-Raten durch asynchrone
Transfers, zentrales caching über X-Bus (nur
Storage Computer Association)
Hardware: SAN: getrenntes SpeicherManagement – geringere Last im LAN, Fibre
Channel (1Gbps, Distanz 100 km)
StorageTek 9175
(RAID 0, 0+1, 5)
RAID – Kosten
RAID - Typ
Datenvolumen
SW-Raid WinNT/2000
80-160 GB
490,00 €
1.070,00 €
SW-Raid Storage Software
80-160 GB
1.300,00 €
5.100,00 €
RAID-On board Controller
80-160 GB
480,00 €
930,00 €
RAID-Controller-Karte
(IDE / SCSI)
140-350 GB
490,00 €
7.400,00 €
RAID Mittelstand
(NAS / SCSI)
100-700 GB
5.600,00 €
5.600,00 €
RAID Mittelstand Server
480-640 GB
5.100,00 €
23.000,00 €
RAID Großunternehmen
1,8-8 TB
146.000,00 €
220.000,00 €
(SAN / Fibre Channel)
Kosten min. ca.
Kosten ca.