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RAID

Abkürzung für "Redundant Array of Independent Disks" oder "Redundant Array of Inexpensive Disks"

• Bei RAID-Systemen steht zunächst die Sicherheit von Festplatten-Daten im Vordergrund. Ein RAID-System ist nämlich in der Lage, Daten - ggfls. redundant - auf mehreren Festplatten abzulegen. RAID-Systeme setzen sich immer aus mehreren Festplatten zusammen. (Der Begriff "RAID – Redundant Array of Inexpensive Disks" soll übrigens 1987 an der Universität von Kalifornien, Berkeley, festgelegt worden sein.)

Im RAID System ist dazu ein Festplatten-Controller notwendig, der über integrierte Management-Funktionen verfügt. Für die Anwendungen und für das Betriebssystem stellt sich das Array (die Batterie einzelner Festplatten) als eine große Festplatte dar; die Daten-Verwaltung - welche Daten werden wo abgelegt? - wird vom System selbst übernommen.

Ein Merkmal moderner RAID-Systeme besteht - neben der Sicherheit - zudem darin, dass defekte Platten im laufenden Betrieb ausgetauscht werden können, so dass außer den Netzwerkadministratoren üblicherweise niemand von einem Ausfall etwas merkt.

RAID ist nicht gleich RAID:

Es existieren mehrere "RAID-Levels", die über unterschiedliche Leistungsmerkmale verfügen. Die Grundlage der RAID-Technologie wird durch sog genannte "Stripe Sets" gebildet (stripe = Streifen). Dabei werden relativ kleine Datenblöcke - im Bereich von einigen KByte - auf mehrere Festplatten verteilt.

Ursprünglich wurden die RAID-Levels 1 bis 5 definiert. Mitte der 90er Jahre sind noch die Levels 6 und 7 hinzugekommen. Allerdings kann vom Zahlenwert eines Levels nicht direkt auf die Qualität oder auf die Funktionalität des entsprechenden RAID-Systems geschlossen werden. Es handelt sich lediglich um eine von Professoren der Universität Berkeley ziemlich willkürlich gewählte Art der Bezeichnungsfindung. Da aber selbst diese Untergliederung noch nicht ausreicht, um sämtliche Leistungsmerkmale von RAID-Systemen zu spezifizieren, werden auch Kombinationen dieser Benennungen verwendet.

RAID 0:

Der RAID-Level 0 wird auch als "Non-Redundant Striped Array" bezeichnet. Die "0" steht also für "keine Redundanz" bzw. "keine Sicherheit".

• Im RAID-0-System werden zwei und mehr Festplatten zusammengeschaltet, um die Schreib-Lese-Geschwindigkeit zu erhöhen - z.B. zur Verarbeitung von digitalen Video-Daten.
• Die beim Benutzer entstehenden Daten werden in kleine Blöcke mit einer Größe von 4 bis 128 KByte aufgeteilt.
• Diese Blöcke werden abwechselnd auf den Platten des RAID-0-Arrays gespeichert. So kann auf mehrere Platten gleichzeitig zugegriffen werden, was die Geschwindigkeit insbesondere bei sequentiellen Zugriffen erhöht.

Da bei RAID 0 keine redundanten Informationen erzeugt werden, gehen Daten verloren, wenn eine RAID-Platte ausfällt. Und da die Daten einer Datei auf mehrere Platten verteilt sind, lassen sich auch keine zusammenhängenden Datensätze mehr reproduzieren, selbst wenn nur eine Platte im RAID-0-Array ausfällt.

RAID 1:

In einem RAID-1-System, auch "Drive Duplexing" genannt, werden auf zwei Festplatten identische Daten gespeichert. Es ergibt sich damit eine Redundanz von 100 Prozent. Fällt eine der beiden Platten aus, so arbeitet das System mit der verbleibenden Platte ungestört weiter. Die hohe Ausfallsicherheit dieses Systems wird allerdings meist nur in relativ kleinen Servern eingesetzt, da bei RAID 1 die doppelte Platten-Kapazität benötigt wird, was sich bei großen Datenmengen schnell finanziell bemerkbar macht.

RAID 2:

Das RAID 2-System teilt die Daten in einzelne Bytes auf und verteilt sie auf die Platten des Platten-Arrays. Der Fehlerkorrekturcode (ECC = Error Correction Code) wird nach dem Hamming-Algorithmus berechnet und auf einer zusätzlichen Platten gespeichert. Da in allen modernen Festplatten bereits Methoden zur Fehlerkorrektur enthalten sind, spielt dieser RAID-Level in der Praxis keine große Rolle mehr.

RAID 3:

In einer RAID-3-Konfiguration werden die Daten in einzelne Bytes aufgeteilt und dann abwechselnd auf den - meistens zwei bis vier - Festplatten des Systems  abgelegt. Für jede Datenreihe wird ein Parity-Byte hinzugefügt und auf einer zusätzlichen Platte - dem "Parity-Laufwerk" - abgelegt. Beim Ausfall einer einzelnen Festplatte können die verlorengegangenen Daten aus den verbliebenen sowie den Parity-Daten rekonstruiert werden. Da moderne Festplatten und Betriebssysteme aber nicht mehr mit einzelnen Bytes arbeiten, findet auch der RAID-Level 3 kaum noch Verwendung.

RAID 4:

Prinzipiell ist RAID 4 mit RAID 3 vergleichbar. Nur werden die Daten nicht in einzelne Bytes, sondern in Blöcke von 8, 16, 64 oder 128 KByte aufgeteilt. Beim Schreiben von großen sequentiellen (zusammenhängenden) Datenmengen lässt sich so eine hohe Performance erreichen. Werden verteilte Schreibzugriffe vorgenommen, muss jedes mal auf den Parity-Block zugegriffen werden. Für viele kleine Zugriffe ist RAID 4 demnach nicht geeignet.

RAID 5:

Beim RAID-5-Level werden die Parity-Daten - im Unterschied zu Level 4 - auf allen Laufwerke des Arrays verteilt. Dies erhöht die Geschwindigkeit bei verteilten Schreibzugriffen. Engpässe durch die spezielle Parity-Platte können nicht entstehen. Bedingt durch diese Vorteile hat sich RAID 5 in den letzten Jahren beliebteste RAID-Variante für PC-Systeme etabliert.

RAID 6:

RAID 6 bietet die höchste Datensicherheit. Dabei wird zum RAID-5-Verfahren eine weitere unabhängige Paritäts-Information auf einem zusätzlichen Laufwerk hinzugefügt. Dadurch werden allerdings die Schreibzugriffe wieder etwas langsamer.

RAID 7:

Auch RAID 7 ist ähnlich wie RAID 5 aufgebaut. In der RAID-Steuereinheit wird bei RAID 7 aber zusätzlich ein lokales Echtzeitbetriebssystem eingesetzt. RAID 7 benutzt schnelle Datenbusse und mehrere größere Pufferspeicher. Die Daten in den Pufferspeichern und auf den Laufwerken sind von der Datenübertragung auf dem Bus abgekoppelt (asynchron). So werden alle Vorgänge gegenüber den anderen Verfahren erheblich beschleunigt. Ähnlich wie bei RAID 6 kann die Paritätsinformation für eines oder mehrere Laufwerke generiert werden. Es lassen sich gleichzeitig unterschiedliche RAID-Level nutzen.

RAID 10 bzw. RAID 0+1:

Eigentlich handelt es sich bei RAID 10 nicht um einen eigenen RAID-Level, sondern lediglich um die Kombination von RAID 1 mit RAID 0. Damit werden die Eigenschaften der beiden "Mutter-Levels" - Sicherheit und sequentielle Performance vereinigt.
Bei RAID 10 werden üblicherweise vier Festplatten verwendet, denn dieses System verlangt nach zwei Paaren gespiegelter Arrays, die dann zu einem RAID-0-Array zusammengefasst werden. RAID 10 eignet sich insbesondere zur redundanten Speicherung von großen Dateien. Da hierbei keine Parität berechnet werden muss, sind die Schreibzugriffe mit RAID 10 sehr schnell. RAID 10 gilt übrigens auch als zusätzlich gestripte Version von RAID 1.

RAID 30:

RAID 30 wird eingesetzt, wenn große Dateien sequentiell übertragen werden sollen. Es handelt sich um eine zusätzlich gestripte Version von RAID 3. Diese Version wurde von AMI (American Megatrends) entwickelt. Sie bietet Datensicherheit und sehr hohen Durchsatz. RAID 30 ist komplexer als niedrigere RAID-Level und benötigt mehr Platten. AMI benutzt RAID 30 mit sechs Festplatten.

RAID 50:

Werden sowohl große Datensicherheit wie auch schnelle Zugriffszeiten und hohe Datentransfer-Raten benötigt, empfiehlt sich RAID 50. Auch diese Version stammt von AMI. Sie ist ebenfalls komplexer als niedrigere RAID-Level und benötigt ebenfalls sechs Festplatten. RAID 50 ist die gestripte Version von RAID 5.

andere Kombinationen:

Aus den genannten RAID-Leveln lassen sich noch viele weitere Kombinationen ableiten. In der Praxis erstellen sich größere Unternehmen maßgeschneiderte Einzellösungen, die zwar auf einer oder mehreren RAID-Technologien basieren, jedoch nicht direkt in die genannten RAID-Standards eingereiht werden können. Beliebt sind beispielsweise auch die Kombinationen aus RAID 0 und 3 oder aus RAID-Level 3 und 5. Hier beginnt allerdings schon das Bezeichnungschaos, denn die Kombination aus 0 und 3 wird mit RAID 53 bezeichnet, und die Kombination aus 3 und 5 nennt sich schließlich RAID 8.

Neben den verschiedenen RAID-Levels existieren zusätzlich noch diverse Implementierungen von RAID. Bei Software-RAID-Lösungen beispielsweise wird ein Treiber ins Betriebssystem integriert, der RAID-Funktionalitäten enthält. Praktisch alle modernen Server-Betriebssysteme unterstützen verschiedene RAID-Levels. Allerdings sollte bei einer solchen Lösung zusätzliche Prozessor-Leistung eingeplant werden. ABER ACHTUNG: Ein nicht zum RAID gehörendes Boot-Laufwerk, von dem der spezielle RAID-Treiber geladen werden soll, würde die angestrebte Sicherheit bei einem Ausfall sofort zunichte machen.

Ein externes RAID-System (SCSl to SCSI RAID) - eine hardwarebasierende RAID-Lösung - kennt diese Probleme dagegen nicht. Das Betriebssystem kann dabei direkt vom RAID-Controller geladen werden. Hier wird die RAID Funktionalität vom Controller gesteuert. Auch "Zwitterlösungen" sind verfügbar. So werden bei der AAA- oder bei der ARO-Serie von Adaptec RAID-Treiber auf dem Server eingesetzt, während die Berechnung der Redundanz-Informationen (Parität) auf einen Coprozessor auf dem RAID-Hostadapter ausgelagert ist.

Echte Hardware-RAID-Controller können (meist über SCSI an den Server angebunden) in einem eigenen Gehäuse untergebracht sein, was allerdings eine relativ teure Lösung ist. Im PC Server-Bereich finden sich meist Host-basierende RAID-Lösungen, wobei der Controller direkt in den Server eingesteckt wird. Damit sind sehr hohe Transferraten möglich, und die Konfiguration ist äußerst flexibel.

ÜBRIGENS: Nicht nur dann, wenn das RAID System zur Erhöhung der Datensicherheit eingesetzt wird, empfiehlt sich der Einsatz einer unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV).