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2 Was bedeutet RAID?

RAID steht entweder für Redundant Array of Independent Disks oder für Redundant Array of Inexpensive Disks und bezeichnet eine Technik, um mehrere Partitionen miteinander zu verbinden. Die beiden verschiedenen Bezeichnungen und teilweise auch die Grundidee von RAID-Systemen rühren daher, dass Festplattenkapazität zu besitzen früher eine durchaus enorm kostspielige Angelegenheit werden konnte. Kleine Festplatten waren recht günstig, große Festplatten aber unangemessen teuer. Man suchte also eine Möglichkeit, mehrere Festplatten kostengünstig zu einer großen zu verbinden. Aufgrund der plötzlichen sprunghaften Erweiterung der erreichbaren Festplattenkapazitäten und der unaufhaltsam sinkenden Preise pro Megabyte Festplattenplatz hat sich das Erreichen des damaligen wichtigsten Zieles eines RAID-Verbundes von selbst erledigt. Dennoch war man gewillt, den bis dahin erzielten Entwicklungsstand eines RAID-Systems auch anderweitig zu nutzen.

Das Ziel eines RAID-Verbundes ist heutzutage deshalb entweder eine Performancesteigerung, eine Steigerung der Datensicherheit oder eine Kombination aus beidem. RAID kann vor Festplattenfehlern schützen und kann auch die Gesamtleistung im Gegensatz zu einzelnen Festplatten steigern.

Dieses Dokument ist eine Anleitung zur Benutzung der Linux RAID-Kernelerweiterungen und den dazugehörigen Programmen. Die RAID-Erweiterungen implementieren den Linear (Append) Modus, RAID-0 (Striping), RAID-1 (Mirroring), RAID-4 (Striping & Dedicated Parity) und RAID-5 (Striping & Distributed Parity) als Software-RAID. Daher braucht man mit Linux Software RAID keinen speziellen Hardware- oder Festplattenkontroller, um viele Vorteile von RAID nutzen zu können. Manches lässt sich mit Hilfe der RAID-Kernelerweiterungen sogar flexibler lösen, als es mit Hardwarekontrollern möglich wäre.

Folgende RAID Typen werden unterschieden:

Linear (Append) Mode

Hierbei werden Partitionen unterschiedlicher Größe über mehrere Festplatten hinweg zu einer großen Partition zusammengefügt und linear beschrieben. Hier ist kein Geschwindigkeitsvorteil zu erwarten. Fällt eine Festplatte aus, so sind alle Daten verloren.

RAID-0 (Striping) Mode

Auch hier werden zwei oder mehr Partitionen zu einer großen zusammengefügt, allerdings erfolgt hier der Schreibzugriff nicht linear (erst die 1.Platte bis sie voll ist, dann die 2.Platte usw.), sondern parallel. Dadurch wird ein deutlicher Zuwachs der Datenrate insbesondere bei SCSI-Festplatten erzielt, welche sich für die Dauer des Schreibvorgangs kurzfristig vom SCSI Bus abmelden können und ihn somit für die nächste Festplatte freigeben. Die erzielten Geschwindigkeitsvorteile gehen allerdings zu Lasten der CPU Leistung. Bei einer Hardware RAID Lösung würde der Kontroller diese Arbeit übernehmen. Allerdings steht der Preis eines guten RAID Kontrollern in keinem Verhältnis zur verbrauchten CPU Leistung eines durchschnittlichen Computers mit Software-RAID.

RAID-1 (Mirroring) Mode

Der Mirroring Mode erlaubt es, eine Festplatte auf eine weitere gleichgroße Festplatte oder Partition zu duplizieren. Dieses Verfahren wird auch als Festplattenspiegelung bezeichnet. Hierdurch wird eine erhöhte Ausfallsicherheit erreicht - streckt die eine Festplatte die Flügel, funktioniert die andere noch. Allerdings ergibt das auch wieder nur Sinn, wenn die gespiegelten Partitionen auf unterschiedlichen Festplatten liegen. Die zur Verfügung stehende Festplattenkapazität wird durch dieses Verfahren halbiert. Ein Geschwindigkeitsgewinn ist hierbei nur beim Lesezugriff zu erwarten, jedoch erbringt der aktuelle Stand der RAID-Treiber für Linux nur beim nicht sequentiellen Lesen vom RAID-1 Geschwindigkeitsvorteile.

RAID-4 (Striping & Dedicated Parity) Mode

RAID-4 entspricht dem RAID-0 Verfahren, belegt allerdings eine zusätzliche Partition mit Paritätsinformationen, aus denen eine defekte Partition wieder hergestellt werden kann. Allerdings kostet diese Funktion wieder zusätzliche CPU Leistung.

RAID-5 (Striping & Distributed parity)Mode

Hier werden die Paritätsinformationen zum Restaurieren einer defekten Partition zusammen mit den tatsächlichen Daten über alle Partitionen verteilt. Allerdings erkauft man sich diese erhöhte Sicherheit durch einen Kapazitätsverlust. Will man 5x1 GB zu einem RAID-5 zusammenfassen, so bleiben für die eigentlichen Daten noch 4x1 GB Platz übrig. Beim Schreibvorgang auf einen RAID-5 Verbund wird erst ein Datenblock geschrieben, dann erfolgt die Berechnung der Paritätsinformationen, welche anschließend auch auf den RAID-Verbund geschrieben werden. Hierher rührt die schlechtere Schreibgeschwindigkeit der Daten. Der Lesevorgang ähnelt allerdings dem RAID-0 Verbund. Das Resultat ist deshalb eine Steigerung der Lesegeschwindigkeit im Gegensatz zu einer einzelnen Festplatte.

RAID-10 (Mirroring & Striping) Mode

RAID-10 bezeichnet keinen eigenständigen RAID-Modus, sondern ist ein Kombination aus RAID-0 und RAID-1. Hierbei werden zuerst zwei RAID-0 Verbunde erstellt, die dann mittels RAID-1 gespiegelt werden. Der Vorteil von einem RAID-10im Gegensatz zu einem RAID-5 ergibt sich aus der höheren Performance. Während ein RAID-5 nur relativ wenig Geschwindigkeitsvorteile bietet, ist ein RAID-10 durch die beiden RAID-0 Verbunde für den Fall besser geeignet, wenn man sowohl Redundanz als auch einen hohen Geschwindigkeitsvorteil erzielen will. Sogar die anschließend notwendige RAID-1 Spiegelung bringt noch einen Vorteil bei der Lesegeschwindigkeit. Weiterhin fällt hierbei die notwendige Berechnung von Paritätsinformationen weg. Erkauft wird dies allerdings durch eine sehr viel schlechtere Nutzung des vorhandenen Festplattenplatzes, da immer nur 50% der tatsächlichen Kapazität mit den eigentlichen Daten beschrieben werden kann.


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