Während die Menschen immer tiefer in das digitale Zeitalter eintauchen, wächst die Nachfrage nach schnelleren und zuverlässigeren Servern und Speichersystemen weiter.Als Beispiel für die Datenspeicherung und -verarbeitung benötigt Googletäglich über ihre ServerVerarbeiten Sie 20 Petabyte an Dateninformationen.
Um katastrophale Ausfälle zu vermeiden, bauen Unternehmen Server-Arrays auf, bei denen es sich um riesige Netzwerke von Speicherlaufwerken handelt, die zur Verarbeitung digitaler Informationen verwendet werden.Wenn ein Laufwerk ausfällt, gleicht es das andere aus, wenn das beschädigte Laufwerk ersetzt wird.
Wie genau wird das gemacht, ohne Daten zu verlieren oder Ausfallzeiten zu verursachen?RAID-Technologie und RAID-Level.
Was genau ist RAID und wie funktioniert es?
Redundantes Array unabhängiger FestplattenOR RAID ist eine Methode der Datenspeicherung, bei der Sie Datenverluste reduzieren und die Lese-/Schreibleistung verbessern können, indem Sie Informationen auf mehreren Festplatten speichern, die als Array bezeichnet werden.Dies ist möglich, da die meisten RAID-Technologien verwendet werdenDaten-StripingTeilen oder unterteilen Sie sequentielle Daten (z. B. Dateien, Videos oder Dokumente) in zusammenhängende Segmente.Die Segmente werden dann sequentiell in Ihrem Laufwerk gespeichert.
3 Beispiel für Videodatei-Striping in einem Festplatten-RAID-Array
Wenn beispielsweise eine Videodatei in 4 aufeinanderfolgende Segmente unterteilt ist;A1-A4 und Sie haben 3 Festplatten in Ihrem RAID-Array, A1 wird auf Festplatte Nr. 1 gespeichert, A2 wird auf Festplatte Nr. 2 gespeichert, A3 wird auf Festplatte Nr. 3 gespeichert und A4 wird darauf gespeichert Festplatte Nr. 1 überlegen.
Wenn Sie die Datei abrufen, fordert der Computer die erste Festplatte auf, A1 zu laden, und wechselt dann sofort zur nächsten Festplatte für Segment A2, da Festplatte Nr. 1 belegt ist.Dadurch kann der Computer gleichzeitig A1-A3 und dann A4 laden.Wenn Sie versuchen, ein 40-Minuten-Video zu laden, lädt der Computer vier 4-Minuten-Clips und zeigt sie dann als eine einzelne Datei an, wodurch der Abruf beschleunigt wird.
Einige RAID-Level verwenden Spiegelungstechniken.Was ist es?
Um Datenverlust zu vermeiden,Einige RAID-Arrays verwenden Spiegelung, das die Informationen kopiert, während sie erstellt und gespeichert werden.Striping konzentriert sich auf Geschwindigkeit, während Spiegelung darauf abzielt, sicherzustellen, dass im Falle eines Festplattenausfalls eine Kopie der Daten vorhanden ist.Die Spiegelung erreicht dies, indem sichergestellt wird, dass alle sekundären Laufwerke exakte Kopien des primären Laufwerks sind.
Wenn Ihr Computer beispielsweise über zwei Festplatten verfügt und die primäre Festplatte nicht mehr funktioniert, wechselt das System automatisch zur sekundären Festplatte, ohne dass Sie es überhaupt bemerken.Das Betriebssystem, alle persönlichen Einstellungen und jede Datei, die Sie erstellen und speichern, werden dort angezeigt, wo Sie sie verlassen haben.In einem Nicht-RAID-Setup bedeutet der Ausfall einer Festplatte, dass alle Daten auf diesem Laufwerk möglicherweise nicht mehr wiederherstellbar sind.
3 verschiedene RAID-Typen oder Implementierungen
Bevor wir uns mit den verschiedenen RAID-Leveln befassen, ist es wichtig zu erwähnen, dass es verschiedene Möglichkeiten gibt, ein RAID-Setup in Ihr Computersystem zu implementieren.Diese Implementierungen können unterteilt werden inhardware-, software- oder firmwarebasiert, und verwenden Sie den entsprechenden RAID-Controller.
In einem anderen Artikel behandeln wir die wichtigsten Unterschiede zwischen Hardware-RAID- und Software-RAID-Controllern und erläutern ihre spezifischen Vor- und Nachteile sowie typische Anwendungsfälle.
Was ist ein RAID-Controller?
RAID-Controllerverantwortlich für die Verwaltung undLenkt den Informationsfluss zum und vom Festplattenarray.Ohne einen RAID-Controller ist Ihr RAID-Array nur eine Ansammlung von Festplatten.Sie können einen RAID-Controller auf drei Arten implementieren.
1. Hardware-RAID-Controller
Ein Hardware-RAID-Controller ist normalerweise ein dedizierter physischer Chip oder eine Karte, die den Informationsfluss zum und vom RAID-Array direkt beeinflusst.Es wird am häufigsten im Rechenzentrums-Banking oder in Systemen mit Remote-Servern verwendet.
2. Software-RAID-Controller
Ein Software-RAID-Controller ist eine Software, die direkt mit dem Betriebssystem eines Computers zusammenarbeitet.Es lenkt und verwaltet den Informationsfluss, indem es die vorhandenen Hardwareressourcen des Computers, wie z. B. die zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), verwendet.Dies ist bei Heimcomputer-RAID-Array-Setups üblich.
3. Firmware-basierter RAID-Controller
Firmware-basierte RAID-Controller sind Chips, die auf der Hauptplatine eines Computers vorinstalliert sind und Treiber benötigen, um zu funktionieren.Der Chip wird während des Bootens aktiviert, aber sobald das Betriebssystem geladen ist, wird die gesamte Steuerung an den entsprechenden Treiber übergeben und alle Operationen an die CPU übertragen.Diese Art von RAID-Controller wird auch als hardwaregestütztes Software-RAID bezeichnet und ist zwar kostengünstiger als ein Hardware-RAID-Controller, belastet Ihr System jedoch stärker.
Standard-RAID-Level von 0 bis 6
Unabhängig davon, welcher RAID-Controller verwendet wird, bezieht sich das RAID-Level auf die spezifische Architektur, die verwendet wird, um Daten zwischen den Laufwerken zu verteilen.Das von Ihnen verwendete RAID-Level wird basierend auf der gewünschten Leistung und der gewünschten Fehlertoleranz bestimmt.
RAID 0
RAID 0 verwendet normalerweise Festplattenpaare und funktioniert, indem es sequentielle Daten segmentiert und auf mehreren Laufwerken speichert.Bei diesem Level geht es darum, die Leistung und Geschwindigkeit der Festplatte zu optimieren, ohne sich Gedanken über Datenverlust machen zu müssen, da RAID 0 keine Spiegelung verwendet.
Es funktioniert, indem es Ihre gespeicherten Daten nimmt, sie in Stripe-Einheiten oder Segmente aufteilt und sie dann auf Festplatten in einem Array verteilt.Dies ermöglicht einem RAID 0-Setup das schnelle Schreiben und Lesen von Daten, da mehr als eine Festplatte gleichzeitig Daten verarbeitet.Wenn jedoch eines der Laufwerke in diesem Setup ausfällt, gehen alle Daten verloren.
RAID 1
RAID-Level 1 konzentriert sich vollständig auf Datenredundanz und schützt Informationen, selbst wenn ein Laufwerk ausfällt.Um dies zu erreichen, entfernt RAID 1 keine Daten, sondern kopiert die Informationen auf ein zweites Laufwerk (Mirror).
Auf diese Weise erhöht sich Ihre Leseleistung, was bedeutet, dass der Computer jederzeit auf beide Laufwerke zugreifen kann, da beide die gleichen Informationen haben.Wenn ein Laufwerk belegt ist, kann es auf das zweite Laufwerk zugreifen.Mit dieser Stufe können Sie eine hervorragende Leistung mit einer gewissen Fehlertoleranz erzielen.Die Geschwindigkeit der Schreibvorgänge wird jedoch im Vergleich zu einem Setup mit einem einzelnen Laufwerk nicht verbessert, da alle Informationen auf beide Festplatten im RAID 1-Verbund geschrieben werden müssen.
RAID 2
Dieses RAID-Level verwendet Striping, aber anstatt die Daten einer Datei in blockierte Segmente aufzuteilen, zerlegt es sie auf Bitebene.Einige Festplatten in diesem Array-Setup speichern zu ersetzende Fehler- und KorrekturcodeinformationenHamming-Codebeliebiger Parität.Dieser RAID-Level wird heute nur noch selten verwendet, da er durch bessere Einstellungen ersetzt wurde.
RAID 3
RAID 3 ist eine aktualisierte Version von RAID-Level 2.Das Array verwendet Striping auf Byte-Ebene, um die Leistung zu verbessern, während ein Laufwerk der Speicherung von Paritätsinformationen und der Verteilung von Daten auf die verbleibenden Laufwerke gewidmet ist.Jeder E/A-Befehl verarbeitet jedoch alle Festplatten gleichzeitig, was bedeutet, dass die Leistung durch eine einzelne Paritätsfestplatte begrenzt wird, da sie nicht mehrere Anforderungen gleichzeitig verarbeiten kann.
RAID 4
Ähnlich wie RAID-Level 3 ist dieses Level einem einzelnen Paritätslaufwerk zugeordnet, erstellt jedoch beim Striping größere Segmente, sodass der Computer jederzeit schnell auf Daten von jedem Laufwerk zugreifen und diese lesen kann.Darüber hinaus ermöglicht RAID-Level 4, dass mehrere Lese-E/A-Funktionen gleichzeitig aktiv sind.Das System ist jedoch immer noch auf die Einmalschreib-E/A-Fähigkeit beschränkt, da jeder Schreibbefehl eine Aktualisierung des Paritätslaufwerks erfordert.Aus diesem Grund ist Level 4 nur ein geringfügiges Upgrade von Level 3.
RAID-Level 3 und 4 werden für die meisten Anwendungsfälle durch RAID 5 ersetzt.
RAID 5
Dies ist das am häufigsten verwendete Raid-Level, da es ein gutes Gleichgewicht zwischen Geschwindigkeit und Datensicherheit bietet.Um die Leistung zu verbessern, werden Daten wie bei früheren RAID-Levels über mehrere Festplatten verteilt, normalerweise fünf.Die Paritätsinformationen sind jedoch auch über jede Festplatte verstreut, wodurch ein sogenanntes rotierendes Paritätsarray entsteht.Dadurch kann der Computer mehrere Lese- und Schreib-E/A-Funktionen gleichzeitig ausführen, während im Falle eines Laufwerksausfalls so viele Informationen wie möglich für den Computer verbleiben.RAID-Level 5 ist nicht die beste Leistung (RAID 0 ist schneller), aber es eignet sich hervorragend für Systeme, die ein Gleichgewicht zwischen Leistung und Redundanz benötigen.
RAID 6
RAID-Level 6 verwendet dieselben Systeme wie RAID-Level 5, implementiert jedoch auch ein zweites rotierendes Paritäts-Array auf derselben Anzahl von Laufwerken.Dies bedeutet, dass ein RAID-Level-6-System bis zu zwei gleichzeitige Laufwerksausfälle verarbeiten kann, während ein Level-5-System jeweils nur ein fehlendes Laufwerk verarbeiten kann.
Die Verdopplung der Menge an Paritätsinformationen bedeutet, dass die Leistung von Schreibvorgängen im Vergleich zu RAID 5 reduziert wird.Lesevorgänge sind nicht betroffen und Lesevorgänge sind so schnell wie RAID 5.
Was ist verschachteltes RAID?
Im obigen Abschnitt RAID-Level haben wir drei Schlüsselbegriffe erwähnt, die die RAID-Funktionalität erklären:Striping, Spiegelung und Parität.當Wenn zwei davon in einem einzigen Array verwendet werden, spricht man von verschachteltem RAID.Bevor wir zu diesem Beispiel kommen, wollen wir kurz erklären, was diese drei Schlüsselbegriffe bedeuten.
RAID-Striping
Beim RAID-Striping werden einige Daten auf einem Laufwerk und andere Segmente dieser Daten auf einem anderen Laufwerk gespeichert.
RAID-Spiegelung
RAID-Spiegelung ist die Replikation von Daten von einem Laufwerk auf ein anderes für Redundanz.Es schützt Ihre Daten vor Verlust.
RAID-Parität
RAID-Parität verwendet komplexe mathematische Berechnungen, um Daten zu rekonstruieren, die bei Festplattenausfällen verloren gegangen sind.
RAID 10 oder RAID 1+0
Ein großartiges Beispiel für verschachteltes RAID istRAID-Level 10 oder RAID 1+0.Es kombiniert RAID 0- und RAID 1-Level und funktioniert nur in Arrays mit mindestens vier Festplatten.Im Gegensatz zu anderen RAID-Levels, die ausschließlich auf Striping oder Mirroring beruhen, kombiniert RAID 10 beide Funktionen für eine bessere Leistung, jedoch zu höheren Kosten.Mit diesem RAID-Level erhalten Sie die Geschwindigkeit von Disk-Striping, aber Sie erhalten auch die Datenredundanz von Disk-Mirroring.
Es kann als RAID 1+0 eingerichtet werden, bei dem die Daten gespiegelt werden, und dann werden diese Spiegel gestriped, oder es kann als RAID 0+1 eingerichtet werden, bei dem die Daten über die Festplatten verteilt werden, und dann Die Platten sind gespiegelt.RAID 10 ist das, was Sie brauchen, wenn Sie verhindern möchten, dass ein einzelnes Laufwerk in einem der beiden Laufwerkssätze oder ein Laufwerk in beiden Laufwerkssätzen gleichzeitig ausfällt.
Dieses RAID-Level wird normalerweise für Server oder Anwendungen verwendet, die rund um die Uhr laufen müssen.Der Nachteil von RAID 10 ist, dass Sie alle Ihre Daten verlieren, wenn Sie mehr als 50 % der Laufwerke im Array verlieren.
RAID-FAQ
Welcher RAID-Level ist der beste?
Jedes RAID-Level hat seine eigenen Vor- und Nachteile, jedoch sind die Levels 0, 1, 5 und 10 am gebräuchlichsten.Level 0 und 5 bieten höhere Geschwindigkeit und mehr Speicherplatz, jedoch mit geringerer Sicherheit bzw. höheren Kosten.Level 1 bietet besseren Schutz, aber es fehlt an Geschwindigkeit und es wird Speicherplatz geopfert.Level 10 ist wahrscheinlich am ausgewogensten, da es das Beste aus beiden Leveln 0 und 1 bietet, aber viel mehr kostet, weil es mehr Festplatten benötigt.
Können Sie Festplatten unterschiedlicher Größe RAIDen?
Ja, aber Sie können Speicherplatz opfern.Wenn Sie beispielsweise RAID-Level 256 mit einem 512-GB-Primärlaufwerk und einem 1-GB-Sekundärlaufwerk verwenden, bedeutet dies, dass das Sekundärlaufwerk nur die Hälfte seines Speichers verwendet.Das Wechseln der Laufwerke bedeutet, dass nur die Hälfte der Daten gespiegelt wird, wodurch der gesamte Vorgang irrelevant wird.
Können Sie Solid State Drives RAIDen?
Ja, jede Festplatte kann in einem RAID-Array verwendet werden, aber ähnliche Festplatten werden empfohlen, da Geschwindigkeit und Speicherplatz normalerweise auf die langsamsten und kleinsten verfügbaren Laufwerke beschränkt sind.Durch die Verwendung ähnlicher oder identischer Laufwerke wird diese Einschränkung aufgehoben.
Können Sie NVMe-Laufwerke RAIDen?
Ja, wie andere Festplatten können auch NVMe-Laufwerke in RAID-Arrays verwendet werden und verbessern die Leistung erheblich.Diese Art der Einrichtung ist jedoch für Verbraucher nicht praktikabel, da diese Laufwerke bereits sehr leistungsstark sind, mit durchschnittlichen Datenübertragungsgeschwindigkeiten, die mehr als sechsmal höher sind als bei typischen SSDs.
RAID-Level-Vergleich
Wenn Sie versuchen, sich zwischen zwei spezifischen RAID-Levels für Ihre Umgebung zu entscheiden, haben wir mehrere ausführliche Vergleiche erstellt, um Ihnen die Entscheidung zu erleichtern:
- RAID 0 und RAID 1
- RAID 1 und RAID 5
- RAID 5 und RAID 6
- RAID 5 und RAID 10
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