ADMIN Magazin Gestapelt - Schneller und sicherer mit RAID (Vorschau)

RAID-Level
RAID-Systeme
wenn eine andere Platte ausfällt.
Wegen der Anfälligkeit für Datenverlust
eignet sich reines Striping
auch nur für Daten, auf die man
notfalls verzichten könnte: Es bietet
gute Perfomance auf Kosten der
Sicherheit.
Sicher und teuer
Das Raid Level 1 steht für eine
Spiegelung (Mirroring): Alle Daten
werden parallel auf zwei Laufwerke
geschrieben. Fällt eine Platte aus, kann
mit der anderen ohne Verzögerung und
Datenverlust weitergearbeitet werden.
Unter der Voraussetzung, dass die beiden
Spiegelhälften an verschiedene Kanäle
des RAID-Controllers angeschlossen
sind, kann sich die Lesegeschwindigkeit
im Idealfall verdoppeln, das Schreiben
ist höchstens so schnell wie auf eine
einzelne Platte. Der größte Nachteil der
Spiegelung besteht aber darin, dass sich
die Kosten der Datenhaltung verdoppeln:
Zum Preis von zwei Platten erhält man
die Kapazität von einer. Damit eignet
sich eine einfache Spiegelung vor allem
für besonders schutzwürdige Daten, die
hauptsächlich gelesen werden.
Aus der Mode: Die Parity
Disk
Die hohen Kosten der Spiegelung vermeiden
die folgenden RAID-Level dadurch,
dass sie die Redundanz etwas vermindern
und statt durch Verdopplung der
Schreiboperationen durch Berechnung
eines Paritätswerts erreichen. Wie das
genau funktioniert, wird für die heute
gebräuchlichen Verfahren weiter unten
demonstriert.
Das RAID-Level 2 spielt heute keine
Rolle mehr, es kam überhaupt nur in
der Großrechnerwelt zum Einsatz. Es erzeugt
die Redundanz durch einen nach
seinem Erfinder Hamming benannten
linearen fehlerkorrigierenden Blockcode,
der ursprünglich entwickelt wurde, um
die Lesefehler von Lochkarten zu bereinigen.
Dabei werden in einem aufwändigen
Verfahren Paritycodes über einem
Datenblock fixer Länge berechnet, mit
denen sich Einzelbitfehler korrigieren
lassen. Eine Besonderheit des Verfahrens
ist, dass die Anzahl der Platten ein ganz-
Stripe 1
Stripe 2
Stripe 3
Stripe 4
Drive 1 Drive 2 Drive 3 Drive 4
0100 0101 0010 0011
0010 0000 0110 0100
0011 0001 1010 1000
0110 0001 1101 1010
Abbildung 2: Schema eines RAID-5-Verbundes. Die gelben
Felder enthalten die Paritätsinformationen, die sich durch XOR-
Verknüpfung der anderen Segmente des Stripe ergeben.
zahliges Vielfaches der Hamming-Codewortlänge
sein muss. Deshalb wurden in
der Praxis zumeist RAID-2-Verbünde mit
mindestens zehn Platten benutzt.
Auch RAID 3 ist heute weitgehend vom
Markt verschwunden: Dahinter verbirgt
sich ein Striping (wie bei RAID 0), jedoch
mit zusätzlicher Absicherung durch Paritätsinformationen
auf einer extra Parity
Disk. Auf der Parity Disk wird bitweise
vermerkt, ob über alle Datenplatten die
Summe aller Datenbits an einer bestimmten
Position gerade oder ungerade ist (Abbildung
1). Fällt nun
eine Datenplatte aus,
ist für jede Bitposition
klar, ob die Summe aller
verbliebenen Bits
an dieser Stelle mit
einer »0« oder »1« ergänzt
werden muss,
damit der gemerkte
Zustand wieder erreicht
wird. Fällt also
beispielsweise von den
beiden Datenplatten in
Abbildung 1 die zweite
Platte aus, dann kombiniert
der Controller
beispielsweise für das
letzte Bit der gezeigten
Vierergruppe den Wert
»1« von der verbliebenen
Data Disk 1 mit der
»1« der Paritätsplatte,
die anzeigt, dass die
Bitsumme gerade sein
muss. Es ergibt sich »1
+ [0 oder 1]? = gerade
Zahl« und damit
ist unmittelbar klar,
dass an der unleserlichen
Bitposition eine
»1« gestanden haben
muss. Das Verfahren
ist im Übrigen nur eine andere Formulierung
für die unten beschriebene
XOR-Verknüpfung.
Der Vorteil von RAID 3 ist, dass
für beliebig viele Datenplatten immer
nur eine Partitätsplatte nötig
ist. Das ist aber zugleich auch der
größte Nachteil, denn diese Parity
Disk wird für jede Schreiboperation
benötigt und so zum Flaschenhals.
RAID 4: Gut mit Cache
Eine leichte Verbesserung gegenüber
RAID 3 brachte das heute allerdings
auch weitgehend ungebräuchliche RAID
4: Es verwendet ebenfalls eine extra
Paritätsdisk mit denselben Nachteilen,
beschreibt die Datenplatten aber in größeren
Blöcken (Chunks). Der Nachteil
der Paritätsplatte lässt sich deutlich abmildern,
wenn ein NVRAM-Cache die
Schreiboperationen puffert und zusammenfasst.
In dieser Konstellation nutzt
NetApps eigenes Filesystem WAFL (Write
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Ausgabe 06-2012
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