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RAID Levels - Organisation der Laufwerke

Die verschiedenen RAID Konzepte werden allgemein als RAID Levels bezeichnet. Hier einen Überblick der von der UC Berkeley spezifizierten RAID Levels.

RAID 0 oder Data Striping

Bei diesem RAID Level werden zwei oder mehr Festplatten zusammen geschaltet, indem die Nutzdaten (ABCD ... ) in kleine Blöcke aufgeteilt werden (4‑128kB Blockgröße). Diese Blöcke werden abwechselnd auf den unterschiedlichen Platten des RAID 0 Arrays gespeichert. Damit kann auf zwei oder mehr Festplatten parallel zugegriffen werden und die Schreib/Lese-geschwindigkeit, besonders bei sequentiellen Zugriffen, wird erhöht. Bei RAID O werden allerdings keinerlei Redundanz-Informationen erzeugt, so daß bei dem Ausfall einer Festplatte alle Daten verloren sind. Diese fehlende Redundanz wird durch die 0 als RAID Level angezeigt. RAID 0 wird deshalb gewöhnlich nicht in Serversystemen verwendet. Dort ist Sicherheit eine unabdingbare Anforderung.

RAID 1 oder Drive Mirroring / Drive Duplexing 

In einern RAID 1 System werden identische Daten auf zwei Festplatten gespeichert (100% Redundanz). Fällt eine der beiden Festplatten aus, arbeitet das Betriebssystem mit der verbleibenden Festplatte weiter. Obwohl es die optimale Ausfallsicherheit bietet, wird RAID 1 meist nur in kleinen Servern eingesetzt. Werden große Kapazitäten benötigt wird RAID 1 sehr schnell recht teuer, da die doppelte Plattenkapazität benötigt wird (doppelte Anzahl an Festplatten) um die Redundanz zu erhalten.

RAID 2 oder Hamming System

Ein RAID 2 System teilt die Daten in einzelne Bytes auf und schreibt sie auf die Datenplatten des Arrays. ECC (Error Correction Code) wird nach dem Hamming Algorithmus berechnet und auf zusätzliche Festplatten gespeichert. Dieses Verfahren wurde während der Anfänge von RAID verwendet, als die Festplatten noch keine integrierten ECC-Mechanismen hatten. Das heutzutage in allen Massenspeichern integrierte ECC-Verfahren macht die Eigenschaft von RAID 2 einzelne Bitfehler korrigieren zu können überflüssig. Deshalb wird dieser RAID Level nicht mehr eingesetzt.

RAID 3 oder Byte Striping mit Parity Laufwerk

In einer RAID 3 Konfiguration werden die Daten in einzelne Bytes aufge­teilt und dann abwechselnd auf die Datenlaufwerke des Arrays geschrie­ben (üblicherweise 2‑4 Festplatten). Ein Parity Byte wird für jede Daten­reihe hinzugefügt und auf einer zusätzlichen Festplatte, (ein sog. Parity-Laufwerk. gespeichert. (Dies ist vergleichbar mit der Parity die für Speichermodule auf dein Mainboard verw endet wird. wo 8 Daten Bits

von einem Parity Bit geschützt werden). Fällt eine Festplatte in einem RAID 3 Array aus, können die Daten aus den übrigen Nutzdaten und den gespeicherten Parity Informationen über das RAID System berechnet werden. Da moderne Festplatten und Betriebssysteme nicht mehr mit einzelnen Bytes, sondern Blocken arbeiten. findet RAID 3 kaum noch Anwendung.

RAID 4 oder Block Striping mit Parity Laufwerk

RAID 4 ist mit RAID 3 durchaus vergleichbar, allerdings mit dem Unterschied, daß die Daten in größere Blöcke (8. 16, 64 oder sogar 128 Kbyte) anstatt in Bytes aufgeteilt werden. Diese Blöcke werden auf den Datenfestplatten gespeichert (vergleichbar mit RAID 0 Funktion). Ein Parity Block (vergleichbar mit der Stimme der Daten in dieser Zeile) wird für jede Zeile berechnet und auf der Parity Festplatte gespeichert. Mit dieser Parity Information ist es möglich, die verlorengegangenen Daten im Falle eines Festplattenaus- falls zu berechnen. Die Performance eines RAID 4 Systerns ist sehr gut, wenn man große sequentielle Lese- und Schreibzugriffe hat (Schreiben großer zusammenhängender Dateien). Bei verteilten Schreib- zugriffen wird durch jeden Benutzerzugriff ein Zugriff auf den zugehörigen Parity Block notwendig (genaugenommen muß die Summe jeder Zeile erneut berechnet werden, wenn neue Daten geschrieben werden). Das bedeutet, daß bei verteilten Zugriffen durch den Benutzer jedesmal gewartet werden muß, bis die Parity Daten auf das Parity Laufwerk geschrieben worden sind. Daraus resultiert, daß RAID 4 bei solchen verteilten Schreib­zugriffen relativ langsam ist.

RAID 5 oder Block Striping mit verteilter Parity

Der Unterschied zwischen RAID 4 und diesem RAID Level ist, daß bei RAID 5 die Parity über alle Festplatten des Arrays verteilt wird. Dies be­schleunigt verteilte Schreibzugriffe. da es kein dediziertes Parity Lauf­werk mehr gibt, welches zu einem Flaschenhals werden konnte. Die Lesegeschwindigkeit ist üblicher­weise mit der von RAID 4 vergleichbar. Deshalb ist RA1D 5 der typischerweise verwendete RAID  Level bei Servern mit hoher Massenspeicherkapazität.

RAID 10 oder Mirrored Striping Array

Dieser neue RAID Level ist eine Kombination von RAID 1 (mirroring) und RAID 0 (striping) und hat Eigenschaften von beiden Arrays, Sicherheit und sequentielle Performance. Manchmal wird dieser RAID Level auch RAID 0 + 1 benannt. Üblicherweise werden 4 Festplatten verwendet, da RAID 10 aus zwei Paaren gespiegelter Arrays besteht. die dann zu einem RAID 0 Array zusammengefaßt werden. RAID 10 ist besonders geeignet. wenn große Dateien redundant gespeichert werden sollen, da keine, Parity berechnet werden muß. sind Schreibzugriffe sehr schnell.