RAID-Systeme

Von Petra Scheffler, Marc Langer und Oliver Bergmann

RAID-SYSTEMEThemenübersich

t• Historie

• RAID Grundlagen

• RAID-Level - (Single-RAID-Modi & Nested-Modes) - ECC-Code und XOR-Funktion

• Hardware und Software RAID unter Windows unter Linux

• RAID-Vorteile und Weiterentwicklung

Historie

• Absicht: Kosten für Massenspeicherung zu verringern

• 1987 Veröffentlichung der Performance-steigerung durch ein Doktoranten Team der University of California, Berkeley

• Prinzip:Daten auf mehrere kleinere Platten und eine große zu verteilen

• MTBF sinkt RAID-Stufen-Entwicklung

RAID• Akronym: "Redundant Array of

Inexpensive/Independent Disks“

• Konfiguration, die aus mehreren HDDs für Daten, einem Laufwerk für Parity-Informationen und einem speziellen Controller besteht.

• Array-Technologie

• Fehlererkennungs- und Wiederherstellungsmethoden

RAID-Grundlagen• RAID-Technologie beruht auf Stripe-Sets

• Platten werden in gleichgroße Stücke „Chunks“ aufgeteilt

• Stücke in einer Ebene: Streifen oder Stripes

• Kleine Datenblöcke (kByte) werden auf mehrere Festplatten verteilt

• Das Wort „Level“ bedeutet nicht zwangsläufig eine Verbesserung der RAID-Verfahren

Single-RAID-Modi

JBOD – Just a bunch of disks -„Drive Spanning“

• Aneinanderkettung von Festplatten unterschiedlicher Umdrehungszahl oder Größe

• keine Verbesserung von Geschwindigkeit und/ oder Datensicherheit

• Laufwerke werden unabhängig voneinander angesprochen

• Vorteil: - Rettung der Restdaten - verwendbar von nahezu jedem System durch

Hardware-Controller oder Software-Treiber

RAID-Level 0 – Data Striping

• Non-Redundant Stripe-Array -> Datenverlust

• Keine Sicherheit• Jeder Streifen eines

Datenblocks wird blockweise auf einer separaten HDD gespeichert

• Paralleles Lesen undrespektives Schreiben

• Ohne Parity• Höherer

Datendurchsatz

Anwendung:

CAD/CAM oder Audio- und Videobearbeitung

RAID-Level 1 – Data Mirroring / Drive Duplexing

• Datenspiegelung aufmind. 2 Festplatten

• Redundanz zu 100%

• Kein Performancegewinn

• Hardware- und Softwaresteuerung möglich

• Höchste Datensicherheit• Doppelter Speicherplatz

nötig

RAID-Level-3 + 4 – Data Striping + XOR-Parity

• Datenaufteilung in einzelne Bytes mit Parity-Check

• Nur binäre Informationen

• Simultaner Zugriff

• Hot swap

• 100%-ige Datenrekonstruktion möglich

• Synchronisation der Kopf- positionen der Laufwerke

Anwendung:

Kaum noch, da wenig Vorteile

Hot-Swap / Hot Plug

• Austausch einer defekten HDD im Betrieb

• Ersatzfestplatte wird manuell getauscht

• Während Hot Plug besteht weiterhin volle Datenverfügbarkeit

• Hot Plug im ICP RAID integriert und unter jedem unterstütztem Betriebssystem verfügbar

• Einbindung geschieht automatisch durch das Hot Plug Programm

ECC-Code & XOR- Verfahren

Parity-GenerierungLaufwerk Inhalt

Laufwerk A 11101100

Laufwerk B 10110011

Laufwerk C 01001101

Parity-Laufwerk 00010010

Das Ergebnis der Verknüpfung ist dann 1, wenn eine ungerade Anzahl von Bitstellen eine 1 aufweist.

Bei einer geraden Anzahl dagegen ist das Ergebnis 0

Fehlerkorrektur durch Parity

Fehlerkorrektur durch ParityVor dem Ausfall

Ausfall eines Datenlaufwerks

Ausfall des Parity-Laufwerks

Laufwerk A 11101100 11101100 11101100 Laufwerk B 10110011 xxxxxxx 10110011 Laufwerk C 01001101 01001101 01001101 Parity-Laufwerk

00010010 00010010 xxxxxxx

Datenrekon-struktion

10110011 00010010

RAID-Level-5 - Data Striping + XOR Interleave Block Level

Parity • Paritätsdaten werden auf allen Festplatten im Verband gleichmäßig verteilt (blockweise)-> erhöhte Schreibzugriffe

• optimale Auslastung der Laufwerke

• Prüfsummenbildung sektorweise

• Gute Datenverfügbarkeit

• Hot-swap

• Gelungener Kompromisszwischen Kosten, Redundanz & Geschwindigkeit

Anwendung:

Server- und festplattenintensiven Workstationbereich

RAID-Level-6 Data Striping + Two Independend XOR Interleave Block

Level Parity • Zwei Plattenausfälle

möglich, sonst keine XOR Rekonstruktion möglich

• Zusätzliches Parity-Laufwerk

• Langsamere Schreibzugriffe

• Höchste Datensicherheitdurch weitere unabhängige Paritätsinformation auf weiterem Laufwerk

RAID-Level-7 asynchrones, gecachtes Striping mit dedizierter Parity-Platte

• Hersteller: Storage Computer

Corporation

• basierend auf RAID-Level 3 und 4

• Asynchrone Verwaltung des Arrays

• Beschleunigung von Lese- und Schreiboperationen

• zusätzliches Echtzeitbetriebssystem im Controller

• Schnelle Datenbusse und

mehrere große Pufferspeicher koppeln die Laufwerke vom Bus ab => Controllerunabhängiger I/O-Bus

RAIDsches Dreieck

Preis €Preis € DatensicherheitDatensicherheit

Geschwindigkeit• Direkter Zusammenhang der drei Komponenten eines jeden RAID System

Nested-Modes / Modifikationen von RAID-Leveln

• Kombination von RAID 1 mit RAID 0

• Vereinigung der Eigenschaften der beiden "Mutter-Levels" - Sicherheit und sequentielle Performance

• redundanten Speicherung von großen Dateien

• Keine Parity-Berechnung-> sehr schnelle Schreibzugriffe

• RAID 30:wenn große Dateien sequentiell übertragen werden sollen

• RAID 50:- große Datensicherheit- schnelle Zugriffszeiten - hohe Datentransferraten

• Beide Kombinationen wurden von AMI entwickelt

RAID 10 oder RAID 1+0

Weitere Kombinationen

Hardware- vs. Software-RAID

Software-RAID

Hardware-RAID

Kostenvorteil _ +

Performance _ +

CPU-Last am Host + _

Plattformabhängigkeit ja nein

Betriebssystemabhängigkeit

ja ja

Software RAID unter Windows

• Unterscheidung Workstation <-> Server

• Plattenunterstützung

• Installation

• Performance

RAID unter Linux

• Hardware-RAID-Controller

• Software-RAID (Level 0, 1, 5 und 10):- „Multiple Device Driver for Linux“- Paket „raidtools“ installieren- /dev/md0 und /proc/mdstat- /etc/raidtab- Erstellung mit mkraid- raidhotadd

Vorteile von RAID

• Kostengünstige und hochkapazitiveSpeicherung

• Hohe Transferraten• Hohe I/O-Raten• Gute Ausfallsicherheit• Einzelnes logisches Volumen• Schnellerer Datenzugriff• Bessere Verwaltung

RAID-Weiterentwicklung

• Ausfallsicherheit• Hierarchische Speicherorganisation (HSM)• Intelligente Speicherverwaltungssysteme• Leistungsverbesserung (Beschleunigung XOR)• Cache-Optimierung• Gemeinsames Schreiben von Teildaten

(log structured write)• Verbesserte Zugriffsschutzmechanismen• Automatische (Re-)Konfiguration bei Laufwerken• Speicherlaufwerke direkt am Netz ohne Server

(NAS)

Ende

Wir bedanken uns für euer Interesse

und eure Aufmerksamkeit !