RAID ist eine Lösung, die ursprünglich für den Netzwerk-Server-Markt entwickelt wurde, um großen Speicherplatz zu geringeren Kosten zu schaffen. Im Wesentlichen würden mehrere Festplatten mit geringeren Kosten benötigt und über einen Controller zusammengefügt, um ein einzelnes Laufwerk mit größerer Kapazität bereitzustellen. Dafür steht RAID: redundantes Array kostengünstiger Laufwerke oder Festplatten. Um dies zu erreichen, waren spezielle Software und Controller erforderlich, um die Aufteilung der Daten auf die verschiedenen Laufwerke zu verwalten.
Schließlich ermöglichte die Rechenleistung Ihres Standard-Computersystems, dass die Funktionen ihren Weg in den PC-Markt finden.
RAID-Speicher kann jetzt auf Software oder Hardware basieren und kann für drei verschiedene Zwecke verwendet werden. Dazu gehören Kapazität, Sicherheit und Leistung. Die Kapazität ist eine einfache Kapazität, die normalerweise bei fast jedem verwendeten RAID-Setup zum Einsatz kommt. Zum Beispiel können zwei Festplatten als einzelnes Laufwerk mit dem Betriebssystem verbunden werden, wodurch ein virtuelles Laufwerk mit doppelter Kapazität entsteht. Die Leistung ist ein weiterer wichtiger Grund für die Verwendung eines RAID-Setups auf einem PC. In demselben Beispiel, in dem zwei Laufwerke als ein einzelnes Laufwerk verwendet werden, kann der Controller einen Datenblock in zwei Teile aufteilen und dann jedes dieser Teile auf einem separaten Laufwerk ablegen. Dadurch wird die Leistung beim Schreiben oder Lesen der Daten im Speichersystem effektiv verdoppelt. Schließlich kann RAID zur Datensicherheit verwendet werden.
Dazu wird ein Teil des Speicherplatzes auf den Laufwerken verwendet, um im Wesentlichen die Daten zu kopieren, die auf beide Laufwerke geschrieben werden. Mit zwei Laufwerken können wir es wieder so machen, dass die Daten auf beide Laufwerke geschrieben werden. Wenn also ein Laufwerk ausfällt, hat das andere immer noch die Daten.
Abhängig von den Zielen des Speicher-Arrays, das Sie für Ihr Computersystem zusammenstellen möchten, verwenden Sie eine der verschiedenen RAID-Stufen, um diese drei Ziele zu erreichen.
Für diejenigen, die Festplatten in ihrem Computer verwenden, ist die Leistung wahrscheinlich eher ein Problem als die Kapazität. Auf der anderen Seite möchten diejenigen, die Solid-State-Laufwerke verwenden, wahrscheinlich eine Möglichkeit haben, die kleineren Laufwerke zu verwenden und sie zu einem einzigen größeren Laufwerk zu verbinden. Schauen wir uns also die verschiedenen RAID-Stufen an, die mit einem PC verwendet werden können.
RAID 0
Dies ist die niedrigste Stufe des RAID und bietet eigentlich keine Form von Redundanz. Daher wird sie als Stufe 0 bezeichnet. Im Wesentlichen benötigt RAID 0 zwei oder mehr Laufwerke und fügt sie zusammen, um ein Laufwerk mit einer größeren Kapazität zu erstellen. Dies wird durch einen als Striping bezeichneten Prozessor erreicht. Datenblöcke werden in Datenblöcke aufgeteilt und dann der Reihe nach auf die Laufwerke geschrieben. Dies bietet eine erhöhte Leistung, da die Daten gleichzeitig von der Steuerung in die Laufwerke geschrieben werden können, wodurch die Geschwindigkeit der Laufwerke effektiv multipliziert wird. Unten sehen Sie ein Beispiel, wie dies auf drei Festplatten funktionieren kann:
| Laufwerk 1 | Laufwerk 2 | Laufwerk 3 | |
|---|---|---|---|
| Block 1 | 1 | 2 | 3 |
| Block 2 | 4 | 5 | 6 |
| Block 3 | 7 | 8 | 9 |
Damit RAID 0 effektiv zur Steigerung der Systemleistung eingesetzt werden kann, müssen Sie versuchen, passende Laufwerke zu verwenden. Jedes Laufwerk sollte die gleiche genaue Speicherkapazität und Leistungsmerkmale aufweisen. Wenn dies nicht der Fall ist, ist die Kapazität auf ein Vielfaches der kleinsten Laufwerke und die Leistung auf die langsamsten Laufwerke beschränkt, da auf das Schreiben aller Streifen gewartet werden muss, bevor sie zum nächsten Satz übergehen. Es ist möglich, nicht übereinstimmende Laufwerke zu verwenden. In diesem Fall ist eine JBOD-Installation jedoch möglicherweise effektiver. JBOD steht für eine Reihe von Laufwerken und ist effektiv nur eine Sammlung von Laufwerken, auf die unabhängig voneinander zugegriffen werden kann, die jedoch als einzelnes Speicherlaufwerk für das Betriebssystem erscheinen. Dies wird normalerweise dadurch erreicht, dass die Datenspanne zwischen den Laufwerken liegt. Oft wird dies als SPAN oder BIG bezeichnet. In der Praxis sieht der Betrieb sie alle als eine einzige Platte, aber die Blöcke würden über die erste Platte geschrieben, bis sie voll ist, und dann auf die zweite, dann auf die dritte usw. übergehen Bei Laufwerken unterschiedlicher Größe wird die Leistung des Drive Arrays jedoch nicht erhöht. Das größte Problem bei RAID 0- und JBOD-Setups ist die Datensicherheit. Da Sie über mehrere Laufwerke verfügen, erhöht sich die Wahrscheinlichkeit der Datenbeschädigung, da Sie mehr Fehlerquellen haben. Wenn ein Laufwerk in einem RAID 0-Array ausfällt, kann nicht mehr auf alle Daten zugegriffen werden. In einem JBOD führt ein Laufwerksausfall zum Verlust von Daten, die sich auf diesem Laufwerk befanden. Daher ist es für diejenigen, die diese Speichermethode verwenden möchten, am besten, andere Möglichkeiten zum Sichern ihrer Daten zu haben. Dies ist eine erste echte RAID-Ebene, da die Daten, die auf dem Array gespeichert sind, vollständig redundant sind. Dies geschieht durch einen Prozess, der als Spiegelung bezeichnet wird. Alle Daten, die in das System geschrieben werden, werden in einem Array der Ebene 1 auf jedes Laufwerk kopiert. Bei dieser RAID-Form werden normalerweise nur zwei Laufwerke verwendet, da durch das Hinzufügen weiterer Laufwerke keine zusätzliche Kapazität, sondern nur mehr Redundanz entsteht. Um dies besser zu erläutern, zeigen wir Ihnen hier ein Diagramm, das zeigt, wie es auf zwei Laufwerke geschrieben werden würde: Um die bestmögliche Nutzung eines RAID-1-Setups zu erzielen, verwendet das System wieder übereinstimmende Laufwerke mit denselben Kapazitäts- und Leistungswerten. Wenn nicht übereinstimmende Laufwerke verwendet werden, entspricht die Kapazität des Arrays dem kleinsten Laufwerk im Array. Wenn beispielsweise in einem RAID-1-Array ein anderthalb Terabyte- und ein Terabyte-Laufwerk verwendet werden, würde die Kapazität dieses Arrays auf dem System nur ein Terabyte betragen. Diese RAID-Stufe ist für die Datensicherheit äußerst effektiv, da die beiden Laufwerke praktisch gleich sind. Wenn eines der beiden Laufwerke ausfällt, hat das andere die vollständigen Daten des anderen. Das Problem bei dieser Art von Setup besteht im Allgemeinen darin, zu bestimmen, welches der Laufwerke ausgefallen ist, da der Speicher häufig nicht verfügbar ist, wenn einer der beiden ausfällt und nicht ordnungsgemäß wiederhergestellt wird, bis ein neues Laufwerk anstelle des ausgefallenen Laufwerks und eine Wiederherstellung eingefügt werden Prozess wird ausgeführt. Wie bereits erwähnt, ergibt sich daraus auch kein Leistungsgewinn. Tatsächlich wird durch den Controller-Overhead für das RAID ein leichter Leistungsverlust entstehen. Dies ist eine etwas komplizierte Kombination aus RAID-Level 0 und Level 1. Der Controller benötigt mindestens vier Laufwerke, um in diesem Modus zu funktionieren, da er zwei Paar Laufwerkspaare benötigt. Der erste Satz von Laufwerken ist ein gespiegeltes Array, in dem die Daten zwischen den beiden geklont werden. Der zweite Satz von Laufwerken wird ebenfalls gespiegelt, aber als Streifen des ersten Laufwerks eingerichtet. Dies bietet sowohl die Datenredundanz als auch die Leistungssteigerung. Im Folgenden finden Sie ein Beispiel dafür, wie Daten mit diesem Setup auf vier Laufwerke geschrieben werden: Um ehrlich zu sein, ist dies kein wünschenswerter RAID-Modus, um auf einem Computersystem ausgeführt zu werden. Es bietet zwar einen gewissen Leistungsschub, ist aber aufgrund des erheblichen Overheads des Systems nicht wirklich gut. Darüber hinaus ist dies eine enorme Platzverschwendung, da das Drive-Array die Kapazität aller Laufwerke nur halb so groß ist. Wenn nicht übereinstimmende Laufwerke verwendet werden, ist die Leistung auf das langsamste Laufwerk beschränkt, und die Kapazität ist nur doppelt so groß wie das kleinste Laufwerk. Dies ist die höchste RAID-Stufe, die in Computersystemen für Endverbraucher zu finden ist, und ist eine wesentlich effektivere Methode zur Erhöhung der Kapazität und Redundanz. Dies wird durch einen Prozess des Datenstreifens mit Parität erreicht. Dazu sind mindestens drei Laufwerke erforderlich, da die Daten auf mehreren Laufwerken in Streifen aufgeteilt werden. Ein Block über den Streifen wird dann für die Parität reserviert. Um dies besser zu erklären, werfen wir zunächst einen Blick darauf, wie die Daten auf drei Laufwerke geschrieben werden könnten: Im Wesentlichen benötigt der Laufwerkcontroller einen Datenblock, der auf alle Laufwerke im Array geschrieben wird. Das erste Datenbit befindet sich auf dem ersten Laufwerk und das zweite auf dem zweiten. Das dritte Laufwerk erhält das Paritätsbit, das im Wesentlichen ein Vergleich der Binärdaten auf dem ersten und dem zweiten ist. In der binären Mathematik haben Sie nur 0 und 1. Zum Vergleich der Bits wird ein boolescher Mathematikprozess ausgeführt. Wenn sich die beiden zu einer geraden Zahl (0 + 0 oder 1 + 1) addieren, ist das Paritätsbit Null. Wenn sich beide zu einer ungeraden Zahl (1 + 0 oder 0 + 1) addieren, ist das Paritätsbit eins. Der Grund dafür ist, dass der Controller bei Ausfall eines der Laufwerke herausfinden kann, welche Daten fehlen. Wenn zum Beispiel Laufwerk eins ausfällt, nur Laufwerk zwei und drei bleibt und Laufwerk zwei einen Datenblock von eins hat und Laufwerk drei einen Paritätsblock von eins hat, muss der fehlende Datenblock auf Laufwerk eins null sein. Dies sorgt für eine effektive Datenredundanz, die die Wiederherstellung aller Daten bei einem Laufwerkausfall ermöglicht. Bei den meisten Verbrauchereinstellungen führt ein Fehler immer noch dazu, dass das System nicht ausgeführt wird, weil es sich nicht in einem funktionsfähigen Zustand befindet. Um das System funktionsfähig zu machen, muss das ausgefallene Laufwerk durch ein neues ersetzt werden. Dann muss auf Controller-Ebene ein Datenrekonstruktionsprozess ausgeführt werden, der dann eine boolesche Reverse-Funktion ausführt, um die Daten auf dem fehlenden Laufwerk wiederherzustellen. Dies kann einige Zeit dauern, insbesondere bei Laufwerken mit größerer Kapazität, die jedoch zumindest wiederherstellbar sind. Nun hängt die Kapazität eines RAID 5-Arrays von der Anzahl der Laufwerke im Array und deren Kapazität ab. Das Array ist wiederum durch das kleinste Laufwerk des Arrays eingeschränkt, sodass am besten übereinstimmende Laufwerke verwendet werden. Der effektive Speicherplatz entspricht der Anzahl der Laufwerke abzüglich der geringsten Kapazität. In mathematischer Hinsicht ist das also so (n-1) * Kapazitätmin . Wenn Sie also drei 2-GB-Laufwerke in einem RAID-5-Array haben, beträgt die Gesamtkapazität 4 GB. Ein anderes RAID-5-Array, das vier 2-GB-Laufwerke verwendet, hätte eine Kapazität von 6 GB. Nun ist die Leistung für RAID 5 etwas komplizierter als bei einigen anderen RAID-Formen, da der boolesche Prozess ausgeführt werden muss, um das Paritätsbit zu erstellen, wenn die Daten auf die Laufwerke geschrieben werden. Dies bedeutet, dass die Schreibleistung geringer ist als bei einem RAID 0-Array mit der gleichen Anzahl von Laufwerken. Die Leseleistung leidet dagegen nicht so sehr wie das Schreiben, da der boolesche Prozess nicht ausgeführt wird, da er die direkten Daten von den Laufwerken liest. Wir haben die verschiedenen Vor- und Nachteile der einzelnen RAID-Stufen, die auf PCs verwendet werden können, erörtert. Es gibt jedoch ein weiteres Problem, das viele Leute nicht kennen, wenn es um das Erstellen von RAID-Laufwerk-Setups geht. Bevor ein RAID-Setup verwendet werden kann, muss es zuerst von der Hardware-Controller-Software oder innerhalb der Software des Betriebssystems erstellt werden. Dies initialisiert im Wesentlichen die spezielle Formatierung, die erforderlich ist, um ordnungsgemäß zu verfolgen, wie die Daten auf das Laufwerk geschrieben und gelesen werden. Das hört sich wahrscheinlich nicht nach einem Problem an, aber es ist, wenn Sie sogar die Konfiguration Ihres RAID-Arrays ändern müssen. Angenommen, Sie haben nur noch wenige Daten und möchten ein zusätzliches Laufwerk für ein RAID 0- oder RAID 5-Array hinzufügen. In den meisten Fällen können Sie das RAID-Array nicht erst neu konfigurieren, wodurch auch die auf diesen Laufwerken gespeicherten Daten gelöscht werden.Dies bedeutet, dass Sie Ihre Daten vollständig sichern, das neue Laufwerk hinzufügen, das Laufwerk-Array neu konfigurieren, dieses Laufwerk-Array formatieren und dann die ursprünglichen Daten auf dem Laufwerk wiederherstellen müssen. Das kann ein äußerst schmerzhafter Prozess sein. Stellen Sie daher sicher, dass das Array wirklich so eingerichtet ist, wie Sie es zum ersten Mal tun möchten.RAID 1
Laufwerk 1 Laufwerk 2 Block 1 1 1 Block 2 2 2 Block 3 3 3 RAID 1 + 0 oder 10
Laufwerk 1 Laufwerk 2 Laufwerk 3 Laufwerk 4 Block 1 1 1 2 2 Block 2 3 3 4 4 Block 3 5 5 6 6 RAID 5
Laufwerk 1 Laufwerk 2 Laufwerk 3 Block 1 1 2 p Block 2 3 p 4 Block 3 p 5 6 Das große Problem bei allen RAID-Setups
