Von Petra Scheffler, Marc Langer und Oliver Bergmann RAID-Systeme Von Petra Scheffler, Marc Langer und Oliver Bergmann

RAID-SYSTEME Themenübersicht 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 und respektives Schreiben Ohne Parity Höherer Datendurchsatz Anwendung: CAD/CAM oder Audio- und Videobearbeitung

RAID-Level 1 – Data Mirroring / Drive Duplexing Datenspiegelung auf mind. 2 Festplatten Redundanz zu 100% Kein Performancegewinn Hardware- und Softwaresteuerung möglich Höchste Datensicherheit Doppelter Speicherplatz nötig

RAID-Level 2 – Data Striping + HC -Parity Daten werden bitweise nach Striping-Prinzip auf die Platten geschrieben Separate Parity-Laufwerke ECC-Info nach Hamming-Code „Shadowing“ Anwendung: Keine mehr,da auch keine Anbieter

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-Generierung Laufwerk 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 Vor dem Ausfall Ausfall eines Datenlaufwerks Ausfall des Parity-Laufwerks Laufwerk A 11101100 Laufwerk B 10110011 xxxxxxx Laufwerk C 01001101 Parity-Laufwerk 00010010 Datenrekon-struktion

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 Kompromiss zwischen 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 Datensicherheit durch 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 Direkter Zusammenhang der drei Komponenten eines jeden RAID System Geschwindigkeit Preis € Datensicherheit

Nested-Modes / Modifikationen von RAID-Leveln RAID 10 oder RAID 1+0 Weitere Kombinationen RAID 30: wenn große Dateien sequentiell übertragen werden sollen RAID 50: - große Datensicherheit - schnelle Zugriffszeiten - hohe Datentransferraten Beide Kombinationen wurden von AMI entwickelt 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

Hardware- vs. Software-RAID Hardware-RAID Kostenvorteil _ + Performance CPU-Last am Host Plattformabhängigkeit ja nein Betriebssystemabhängigkeit

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 hochkapazitive Speicherung 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)

Wir bedanken uns für euer Interesse und eure Aufmerksamkeit ! Ende