RAID-Special

RAID-Special

Die Geschwindigkeit der Festplatte hat mehr Einfluss auf die Performance des Systems als so manchem Anwender bewusst ist. Windows bietet zwar einige Möglichkeiten zur Optimierung der Festplattenperformance, aber über die physikalischen Grenzen der Platte kommt man trotzdem nicht hinaus. Um noch ein ganzen Stückchen mehr Leistung zu erreichen kann man mehrere Laufwerke gleichzeitig verwenden.

Die hierfür notwendige Technologie heißt RAID (Redundant Array Of Inexpensive Disc Drives).

Im Klartext: Man nutzt mehrere Festplatten, um die Datentransferrate zu steigern oder die Datensicherheit zu erhöhen. Je nach Anzahl vorhandener Laufwerke können verschiedene Modi gewählt werden, die besagte Zwecke erfüllen: Erhöhung der Datensicherheit bei Ausfall eines Laufwerks, Steigerung der Performance oder gar beides. Zur Realisierung eines RAID-Systems benötigt man neben mindestens 2 Festplatten auch einen Controller, der die Verteilung der Daten übernimmt. Zur Verfügung stehen dafür entweder separate PCI-Controller-Karten oder Mainboards mit integriertem RAID-Controller-Chip, welche in letzter Zeit immer mehr auf dem Markt kommen.

Die verschiedenen Level

Die Level sind an der Universität von Berkley definiert worden und haben sich als Standard etabliert. Bei der Definierung der Level wurde die technische Umsetzung jedoch bewusst nicht berücksichtigt. So kommt es, dass es einen RAID Level 2 gibt, der mit den Möglichkeiten des PC nicht sinnvoll umsetzbar ist. Wir werden es hier an dieser Stelle deshalb auch nicht weiter betrachten, da es nahezu ausschließlich im Bereich der Mainframes eingesetzt wird.

Level 0 - Striping (Aufsplittung)

Dieser Modus entspricht eigentlich nicht den RAID-Grundsetzen, da hier keine Art von Redundanz, d.h. von Datensicherheit, gegeben ist. Somit erreicht man mit diesem Level keine Datensicherheit, aber eine sehr großen Geschwindigkeitszuwachs.

Die Daten werden mittels eines 'Reißverschlussprinzips' auf alle verfügbaren Laufwerke verteilt. Die Daten werden so lange in den Schreibpuffer der 1. Festplatte geschrieben, bis dieser voll ist. Während nun diese die Daten physikalisch speichert, wird der Schreibpuffer der nächsten Platte bereits mit Daten gefüllt.

Diese Leistungssteigerung wird jedoch mit einer hohen Fehleranfälligkeit erkauft; da die Daten auf alle Festplatten verteilt werden, führt der Ausfall einer einzigen zu einem kompletten Datenverlust.

Level 1 - Mirroring (Spiegelung)

In diesem Modus wird keine Geschwindigkeitssteigerung erreicht, da alle Daten gleichzeitig auch noch auf einer 2. Festplatten gespeichert werden, also belegt jede Datei den doppelten Speicherplatz. Man erhält so so 2 Platten mit 100% identischen Daten.

Level 3 - Data Striping, Dedicated Parity (Daten Splittung, fest zugeordnete Prüfung)

Bei diesem Level werden die Daten byteweise auf die Festplatten verteilt (also 1. Byte der Datei auf die 1. Platte, 2. Byte auf die 2. Platte, etc). Zusätzlich wird auf einer weiteren Platte jeweils eine Prüfsumme (Parity) gebildet, aus der sich im Falle des Ausfalls einer der Platten, die verlorenen Daten wieder herstellen lassen.

Genau hier liegt aber auch der Nachteil, da bei jedem Lesen auch immer auf diese Paritätsplatte zugegriffen werden muss.

Für ein RAID 3 benötigt man mindestens 3 Laufwerke und da dieses so genannte 'Byte-Level Striping' eine Hardware-Unterstützung benötigt, um effizient zu sein, konnte es sich auch nie wirklich auf dem Massenmarkt durchsetzten.

Level 4 - Data Striping, Dedicated Parity (Daten Splittung, fest zugeordnete Prüfung)

Entspricht eigentlich technisch dem Level 3, mit dem einzigen Unterschied, dass die Daten nicht byteweise sondern Blockweise auf die Platten verteilt werden.

Die Performance eines Level 4 Arrays ist bei Lesevorgängen genauso schnell wie bei einem Level 0 Array. Schreibvorgänge benötigen allerdings eine ständige Aktualisierung der Prüfsummen. Dadurch werden kleinere wahlfreie Dateien nur recht langsam geschrieben, große oder sequentielle Schreibvorgänge sind relativ flott.

Level 5 - Distributed Data, Distributed Parity (verteilte Daten, verteilte Prüfsummen)

Dieser Level gilt im Allgemeinen als die beste Alternative zwischen Datensicherheit und Performance. Sowohl die Daten als auch die Prüfsummen werden über alle verfügbaren Laufwerke verteilt, dies führt jedoch dazu, dass nur ein Laufwerk ausfallen darf um die vorhandenen Daten erfolgreich wieder herstellen zu können.

Level 6 - Distributed Data, Distributed Parity (verteilte Daten, verteilte Prüfsummen)

Entspricht im Allgemeinen dem Level 5, nur dass hier die doppelte Menge an Paritätsdaten gespeichert werden. Dies reduziert zwar die Leistung, aber so können 2 Laufwerke ausfallen ohne das ein Datenverlust droht. Dieser Level erfordert mindestens 5 Laufwerke.

Welchen RAID Level also?

Level 0

Jede Anwendung, die schnelle Speichervorgänge aber keine Datensicherung benötigt. Hierfür sind Temporärdateien z.B. von Photoshop ein gutes Beispiel.

Level 1

Anwendungen, die schnelle wahlfreie Schreibvorgänge und eine Datensicherung benötigen sowie Einstiegs-Systeme, in denen nur zwei Festplatten vorhanden sind. Bestes Beispiel sind kleine File-Server.

Level 4

Anwendungen, die günstige Datenredundanz und/oder Hochgeschwindigkeits- Lesevorgänge verlangen. Bestes Beispiel hierfür sind große File-Server und Archive.

Level 5

Ähnlich RAID Level 4, aber leistungsfähiger bei wahlfreiem Dateizugriff bzw. kleineren Dateien. Bestes Besipiel hierfür sind Database-Server.

Wie man sieht ist es in den meisten Fällen sinnvoll, mehr als einen RAID-Level zu verwenden. Zum Beispiel kann in einem Zwei-Festplatten-System eine Partition Level 0 zur schnellen Bearbeitung temporärer Dateien verwenden, während die andere Partition Level 1 nutzt, um die Datensicherheit von Daten und/oder Applikationen zu gewährleisten.

In einem Drei-Festplatten-System könnte die erste Partition für Temporäre Dateien unter Level 0, die Boot-Partition unter Level 1 und die Partition für große Daten unter Level 4 laufen.

Zu beachten ist, dass bei allen RAID Level immer die kleinste und schwächste Festplatte die Gesamt-Performance bestimmt. Ein Zusammenschluss von zwei 40 GB und einer 30 GB Platte in einem RAID 0 würde zu einer Gesamtkapazität von 90 GB (3x die kleinste Kapazität) führen.

Gleiches gilt wenn man eine alte Festplatte mit 4500 U/min mit einer neuen mit 7200 U/min kombiniert. Auch hier gibt die langsamere den Ton an, so würde ein Austausch der neueren gegen eine alte (also nun zwei 4500 U/min-Platten) zu keinen Einbussen in der Leistung führen, ein Austausch der alten gegen eine neue aber eine Performancezunahme erbringen.

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