RAID schützt das Netzwerk durch die Verwaltung redundanter Festplatten und verbessert die Performance. Methoden sind Data-Striping, Hot Spare, Mirroring.
Auch Festplatten selbst müssen gegen Defekte geschützt sein. Die Lösung dafür heißt RAID (Redundant Array of Independent Disks – viele Herstellern verwenden wegen der Scheu vor dem Begriff „billig“ statt Inexpensive gerne Independent oder Interchangeable). RAID ist eine Technologie, die entwickelt wurde, um Plattenzugriffe zu beschleunigen und gleichzeitig für Ausfallsicherheit zu sorgen. RAID bezeichnet einen Verbund von Festplatten, die vom Betriebssystem dann wie eine einzelne Festplatte angesprochen werden. Redundant bedeutet dabei, dass sich einzelne Festplatten aus dem Verbund entfernen lassen, ohne dass das RAID dadurch arbeitsunfähig wird. Unterschieden werden Software- und Hardware-RAID-Systeme, wobei Letztere die bessere Performance haben. Gängige Systeme sind die RAID-Stufen (Levels) 0, 1, 3 und 5.
RAID-Systeme nutzen einen Teil der Festplattenkapazität zur Fehlerkorrektur. Entweder werden die Reservedaten auf einer eigenen Platte aufbewahrt oder aber gleichmäßig über alle Laufwerke verteilt. Der Effekt ist in beiden Fällen derselbe: Fällt eine Platte aus, berechnet der RAID-Controller aus den restlichen Platten und den Reservedaten den Originalinhalt. Die defekte Platte tauscht man bei Gelegenheit aus. Es werden also mehr Platten eingesetzt, als für das pure Erreichen der gewünschten Kapazität nötig wären.
RAID-Methoden: Mirroring, Data-Stripping, Hot Spare
RAID gibt es in verschiedenen Levels: RAID-1 zum Beispiel ist die Plattenspiegelung (Mirroring) oder Plattenduplizierung – die einfachste Redundanz: Zwei Platten halten den gleichen Datenbestand. Beim Ausfall einer Platte ist der gesamten Datenbestand auf der zweiten Platte gerettet. RAID-1 dient damit nur der Datensicherheit und bietet keinen Geschwindigkeitsvorteil.
Eine andere RAID-Methode ist das Data-Striping: Man hat Dateisysteme auf Belastung hin untersucht und festgestellt, dass diese schlecht über das komplette System verteilt ist. Es existieren sogenannte Brennpunkte (Hot Spots), Bereiche mit sehr hoher Anzahl an Zugriffen, sowie Bereiche mit geringer bis keiner Aktivität. Teilweise bestehen diese Brennpunkte aus einer einzigen Datei oder aus einem einzigen Satz von Dateien, die normalerweise auf ein und derselben Platte liegen. Aus dieser Betrachtung stammt die sogenannte 80:20-Regel. Sie besagt, dass auf den meisten Systemen auf 20 Prozent der Plattenkapazität 80 Prozent der I/O-Anfragen anfallen. Beim Data-Striping-Verfahren werden Daten auf die verschiedenen Platten verteilt. Redundanter Plattenplatz wird benutzt, damit Daten auch bei Ausfall einer oder mehrerer Platten wiederhergestellt werden können. Bei RAID-6 (auch Hot Spare genannt) werden die Daten blockweise mit Data-Striping auf allen Laufwerken verteilt. Es gibt Prüfdaten auf allen Laufwerken, zusätzlich wird ein Reservelaufwerk eingesetzt.
Mit RAID-0 (Striping) lassen sich zwei oder mehr Festplatten zu einer virtuellen Hard Disk (RAID-Array) zusammenfassen, wobei der Controller die Daten reihum auf die einzelnen Festplatten verteilt. Die Datentransferrate lässt sich dadurch stark steigern. Der Nachteil ist jedoch, dass beim Ausfall einer Platte auch die Daten auf den anderen Platten unbrauchbar sind. Dank preiswerter Hardware kommen RAID-0- oder RAID-1-Systeme auch immer mehr in PCs zum Einsatz.
Die Sicherheit der Daten wird bei RAID also dadurch gewährleistet, dass sie komplett – oder wenigstens relevante Auszüge daraus – doppelt gespeichert werden. Sicherheit bedeutet hier nicht, dass ein Hacker sensible Daten nicht erreichen kann, dazu werden ganz andere Methoden benötigt. RAID-Controller gibt es für SCSI-, Fibre-Channel- und mittlerweile auch für ATA-Festplatten.
Bei großen Fileservern mit RAID-Systemen, die größer als ca. 1 TByte sind, werden häufig spezielle SCSI-Adapter verwendet, so genannte RAID-, Cache- oder Flex-Controller. RAID-Controller gibt es in verschiedenen Bauformen, meist als Einsteckkarten, manchmal auch in Form von Subsystemen zur Montage in einem Festplattentower. Adaptec und verschiedene Motherboardhersteller verfolgen inzwischen einen anderen Ansatz: Sie lagern einen Teil der RAID-Logik auf das Motherboard aus, den Rest übernimmt eine relativ günstige Einsteckkarte.
Software-RAID
Aktuelle Betriebssysteme bieten ein so genanntes Software-RAID an. Dabei sorgt das Betriebssystem für die Aufteilung der Daten auf die vorhandenen Festplatten. RAID ist keine Backup-Lösung, sondern allein eine Möglichkeit, die Verfügbarkeit und Ausfallsicherheit zu erhöhen. Auch in einem RAID-System können etwa durch einen Fehler im Netzteil Datenverluste auftreten. Oder das ganze Subsystem wird beschädigt – was zwar unwahrscheinlicher ist als bei einer einzelnen Festplatte, trotzdem aber nicht der Aufgabe eines regelmäßigen Backups enthebt. Viel schlimmer noch sind aber Programmabstürze und Benutzerfehler: wenn ein Anwender sein Verzeichnis oder mit „deltree“ die Platte löscht, nutzt das schönste RAID-System nichts.
Zusammenfassung: Kriterien für Festplatte und Controller
- Festplatte: Leistung abhängig von Speicherkapazität, Zugriffszeit, Datenübertragungsrate
- ATA (Festplatten von > 1 TB)
- Externe Festplatten (USB oder FireWire mit bis zu 1,5 TB)
- SCSI (größerer Datendurchsatz, einfache Anbindung von Peripheriegeräten); -> wichtig bei Festplattenredundanz/Festplattensubsystemen (insbes. mit LVD-SCSI)
- Fibre-Channel: Nachfolger von SCSI
- größere überbrückbare Entfernungen
- bis zu zehnmal höherer maximaler Datendurchsatz; -> Einsatz für SAN
- RAID: beschleunigt Plattenzugriffe und sorgt gleichzeitig für Ausfallsicherheit.
- verschiedene Levels. Hardware-RAID-Systeme haben bessere Performance als RAID-Software.
- RAID-Systeme nutzen einen Teil der Festplattenkapazität zur Fehlerkorrektur. Fällt eine Platte aus, berechnet der RAID-Controller aus den restlichen Platten und den Reservedaten den Originalinhalt. Die defekte Platte tauscht man bei Gelegenheit aus.
- Reservedaten werden a) auf einer eigenen Platte aufbewahrt oder b) gleichmäßig über alle Laufwerke verteilt
- Verfahren: Data-Striping, Mirroring, Hot Spare
- kein Ersatz für Backup!