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RAID-Grundlagen

	Allgemeine Begriffe und Termini

	RAID ist kurze Bezeichnung für "Redundant Array of Inexpensive (oder Independent) Disks" (Logische Zusammenfassung von Festplatten), das ursprünglich mit SLED ("Single Large Expensive Disk") in Wettbewerb war. Um zusätzliche Sicherheit zu gewährleisten und/oder die Geschwindigkeit zu steigern, sind die Daten im RAID zwischen einigen physikalischen Laufwerken (die als "Memberlaufwerke" genannt werden) verteilt. Es gibt einige "RAID-Ebenen(Levels)", die sich durch die Algorithmen der Datenlage voneinander unterscheiden (sieh unten). Den Datenbestand erkennt das Betriebssystem als eine große Platte, in Bezug auf Dateiabspeicherung (und Dateisystemstreiber im Allgemeinen) unterscheiden sich die Operationen mit RAID von Operationen mit gewöhnlichen Geräten nicht. RAID kann entweder durch einen Gerätetreiber (das heißt "software RAID") oder durch einen speziellen Hardwarekontroller ("hardware RAID") realisiert werden. Sowie Microsoft Windows NT als auch fast die ganze Vielfältigkeit von Unix/Linux haben eigene Realisierungen von RAID-Softwaren. Die Betriebssystemserien von Microsoft Windows 9x haben keine eigenen RAID -Treiber, aber man kann die mit RAID- Hardwarekontrollern (infolge der Kontrollertransparenz) verwenden.

	RAID garantiert keinen absoluten Schutz

	Vergessen Sie bitte nicht: RAID, es ist egal wie redundant es ist, kann regelmäßige Sicherungskopieren nicht ersetzen. Beachten Sie bitte, dass: es viele Ursachen gibt, die mehrfältige Laufwerksbeschädigungen hervorrufen (zum Beispiel ist das Stromversorgungsgerät kaputt und gibt 220 Volt aus der Steckdose für eine DC Speisespannungsleitung in 5 Volt, solcherweise können alle Geräte ausfallen, die von diesem Stromversorgungsgerät versorgt werden); das ganze Array wegen des Kontrollerfehlers verloren werden kann; das Virus alle Arraydaten löschen kann; Hardware funktionsfähig bleibt, aber die Daten verloren gehen. Brand oder Naturkatastrophe (z.B. Überschwemmung) das ganze Array beschädigen können. Operatorsfehler zu Datenbeschädigung führen oder RAID falsch konfiguriert werden kann.

	JBOD heißt übersetzt "Just a Bunch Of Disks", nur ein "Haufen/Packen" von Festplatten, sowie "Span"/"Spanned Volume"

	JBOD ist kein RAID-Level, weil Redundanz fehlt. Wenn ein Laufwerk im JBOD-Array ausfällt, fällt das gesamte Array aus und gehen alle Daten verloren. Das ist typische Anwendung von JBOD: Mindestens zwei Laufwerke werden zu einem logischen Verbund zusammengefasst. Das ist zweckmäßig nur für die Laufwerke mit unterschiedlicher Kapazität. Für die Laufwerke mit gleicher Kapazität passt besser RAID 0, weil das die Kapazitäts- sowie Lese- und Schreibgeschwindigkeitszunahme in typischen Applikationen gewährleistet. JDOB kann die Performance der Zugriffe erhöhen, wenn zwei Operationen gleichzeitig Datenblöcke fordern, die sich auf verschiedenen physikalischen Laufwerken befinden. Aber das ist ein seltsamer Fall, wenn zum Beispiel das gleichzeitige Lesen von Blöcken D₁,D₂, D₃ and D₁₁, D₁₂ nötig ist, wächst durch parallele Leseoperationen das gesamte Lesegeschwindigkeit.) Für JBOD-Hardware sind mindestens zwei Laufwerke nötig, für JBOD –Software mindestens ein Laufwerk (Windows NT "Spanned volume"). Dabei gibt es keine Plattenplatz-Overheade.

	RAID 0, "Stripeset"

	RAID0 ist eigentlich kein richtiges RAID, weil die Redundanz fehlt, d.h. wenn eine physikalische Platte ausfällt, so fällt das gesamte Array auch aus. Der wichtigste Vorteil von RAID 0 besteht in seiner höhen Geschwindigkeit. RAID 0 erhöht die Geschwindigkeit n-mal für n-Plattenkonfiguration. Lese- und Schreibabfragen werden gleichmäßig zwischen Blöcken eines Stripesets verteilt und parallel erfüllt. Zum Beispiel sind 6 Blöcke D₁..D_{6 zu}schreiben, so werden die ungeraden Blöcke (D₁, D₃, D₅) auf das Laufwerk 1 und die geraden Blöcke (D₂, D₄, D₆) auf das Laufwerk 2. Paralleles Schreiben verdoppelt die Geschwindigkeit. Für den Aufbau von RAID 0 braucht man mindestens zwei Laufwerke, Plattenplatz-Overheade fehlen.

	RAID 1, Spiegelung, bzw. Mirror

	In einem Spiegeldatenträger werden zwei Kopien auf zwei Laufwerke geschrieben. Das "Schattenlaufwerk" ist eine genaue Kopie des "primären" Laufwerks. Wenn ein Laufwerk ausfällt, sind die Daten vom anderen verfügbar (Leseanforderung wird bloß auf das andere Laufwerk geliefert). Spiegeldatenträger verdoppelt die Lesegeschwindigkeit: Wenn es eine Notwendigkeit gibt, die Datenblöcke vom 1. bis 6. zu lesen, werden die ungeraden Blöcke (D₁, D₃, D₅) vom ersten Laufwerk und die geraden Blöcke (D₂, D₄, D₆) vom zweiten gelesen, solcherweise macht jedes Laufwerk eine Hälfte der Arbeit. Die Schreibgeschwindigkeit erhöht sich nicht, weil Datenkopien auf beide Laufwerke zu schreiben sind. Theoretisch ist es möglich, mehr als zwei Laufwerke in einem zusammenzufassen (zum Beispiel im Dreilaufwerkkonfiguration: ein "primäres" Laufwerk und zwei Spiegellaufwerke), aber in der Praxis werden solche Arraies wegen großer Plattenplatz-Overheade (200% für Dreilaufwerkkonfiguration) nicht verwendet. Für den Modus RAID 1 fordert man genau zwei Laufwerke, Plattenplatz-Overhead beträgt 100%.

	RAID 5, "Stripeset mit rotierenden Paritätsstreifen"

	RAID 5 setzt Paritätsfünktion für die Redundanzgewährleistung und Datenwiederherstellung ein. Normalerweise wird zweiwertige Funktion "ausschließendes ODER" (XOR) eingesetzt, um Parität für gegebene "Zeile" vom Array zu kalkulieren. In jedem Fall wird die Parität als Funktion einiger Datenblöcke P=P(D₁, D₂, ... D_N-1) für n-Laufwerkskonfiguration berechnet. Wenn das einzelne Laufwerk ausfällt, wird die Umkehrfunktion für die Datenkalkulation von übrigen Datenblöcken und vom Paritätsblock verwendet. Nehmen wir zum Beispiel an, dass das Laufwerk 3 in nachfolgender Konfiguration ausfällt. Datenblöcke D₁ è D₂ werden direkt von entsprechenden Laufwerken gelesen. Paritätsblock P_1,2 ist unnötig (weil er keine Benutzerdaten enthält) und wird ausgelassen. Datenblock D₃ wird vom entsprechenden Laufwerk (Laufwerk 2) gelesen. Der fehlende Datenblock D₄ wird mit der Hilfe von D₃ und P_3,4 folgenderweise wiederherstellt: D₄=P_umgekehrt(D₃,P_3,4) Bei der Erfüllung normaler Operationen erhöht sich Lesegeschwiendigkeit (N-1)-mal, weil die Anforderungen gleichmäßig zwischen N-1 Laufwerken verteilt sind (bei normalen Operationen ist Paritätslesen nicht nötig). Schreiboperation ist komplizierter und zeitaufwendiger. Zum Beispiel brauchen wir den Block D₁ zu schreiben. Dabei fordert man entsprechenden Paritätsblock P_1,2upgraten. Dazu gibt es zwei Möglichkeiten: Man liest D₂; berechnet P_1,2=P(D₁,D₂); schreibt D₁ und P_1,2; Man liest D_1; _vorigè P_1,2; _vorig; berechnet von diesen Daten P_1,2 ; schreibt D₁ und P_1,2. Beide Möglichkeiten fordern mindestens eine zusätzliche Leseoperation. Diese Operation kann nicht parallel mit entsprechender Schreiboperation erfüllt werden. Also reduziert die Schreibleistung (zweimal, bei der Annahme, dass Lese- und Schreibleistungen gleich sind). Die meisten modernen Realisierungen mildern diesen Effekt durch Instandhaltung der Eintragszeilen (D₁, D₂ è D₃) im Cache. Für die Implementierung von RAID 5 fordert man mindestens 3 Laufwerke. Der Plattenplatz-Overhead hängt von der Anzahl von Laufwerken im Array ab und ist der Kapazität des einzelnen Laufwerkes gleich.

	RAID 0+1, "Mirrored Stripeset"

	Diese Variante verbindet den Geschwiendigkeitsvorteil von RAID 0 und Ausfalltoleranz von RAID 1, sie hat nur einen Nachteil von Stripeset: der Plattenplatz-Overhead beträgt 50%. Für N-Laufwerkskonfigration ( mit zwei Stripesets per N/2 Laufwerke): erhöht sich die Lesegeschwindigkeit n-mal im Vergleich mit dem Einzellaufwerk (Leseabfrage von Blöcken D ₁..D_N wird so verteilt, dass jedes Laufwerk im Array nur einen Block liest). erhöht sich die Schreibgeschwindigkeit n /2 -mal im Vergleich mit dem Einzellaufwerk (Schreibabfrage von Blöcken D₁..D₄ wird so erfüllt, dass Laufwerke 1 und 3 Blöcke D₁ und D₃ schreiben und Laufwerke 2 und 4 Blöcke D₂ und D₄; solcherweise erhalten wir zweimaligen Schreibgeschwindigkeitszuwachs in der Vierlaufwerkenkonfiguration). RAID 0+1 kann den Verlust eines Einzellaufwerkes ertragen. Außerdem kann es auch ertragen, wenn gleichzeitig zwei aus vier Laufwerken ausfallen. Wenn zum Beispiel Laufwerke 1 und 2 in der nachfolgenden Konfiguration ausfallen, bleibt das Array funktionsfähig, freilich schon als Stripeset (RAID 0). Für einen RAID 0+1 Datenträger werden mindestens 4 Platten benötigt, der Plattenplatz-Overhead beträgt 50%.

	Andere (exotische) RAID-Typen

	Es gibt viele andere (exotische) RAID-Varianten, aber sie werden selten verwendet. Detaillierte Betrachtung solcher Varianten ist nicht im Rahmen dieses Artikels vorzusehen. RAID 3 und RAID 4 sind dem RAID 5 ähnlich, aber sie setzen markierte Platte für die Speicherung der Parität ein. Die Platte bekommt einen Kapazitätsengpass während des Schreibens. RAID 6 ist dem RAID 5 ähnlich, aber er verwendet zwei unterschiedliche Paritätsfunktionen. RAID6 kann Doppelausfall (gleichzeitiger Ausfall von zweien Laufwerken) vertragen. RAID6 ist in Arrays mit großer Kapazität gebräuchlich, wo die Wiederherstellung von RAID5 zu viel Zeit in Anspruch nimmt, und hier ist die Wahrscheinlichkeit signifikant, dass noch ein Laufwerk ausfällt, bevor die Parität wiederhergestellt wird.

	Sicherheisprobleme für Hot Spare und/oder Mirror Laufwerke

	Einige ausfalltolerante Implementierungen lassen zu ein zusätzliches Laufwerk zu verwenden, das als "Hot Spare Laufwerk" bezeichnet wird. Sofort nach dem Ausfall eines Laufwerkes im Array wird Hot Spare Laufwerk für den Arrayumbau verwendet und so schnell wie möglich die Redundanz wiederhergestellt, das ermöglicht das Problem ohne Wartungspersonal (z.B. für den Ersatz des beschädigten Laufwerkes) zu lösen. Hier gibt es eine Besonderheit. Kontroller muss regelmäßig Hot Spare Laufwerk testen. Wenn es auf dem Hot Spare Laufwerk einen fehlerhaften Sektor gibt, und das hat man nicht beachtet, ist dieses Laufwerk beim Ausfall eines der Arrayslaufwerke tatsächtlich nutzlos. Wird Hot Spare Laufwerk total beschädigt, kommt das nur da zum Vorschein, wenn der Kontroller sichtet, dass er das Gerät nicht erkennen kann. Fehlerhafte Sektoren sind solcherweise nicht aufzufinden und bleiben unbemerkt bis zum Zeitpunkt, wann es zu spät ist. Das Gleiche gehört zum RAID1 Setup. Kontroller muss Leseabfragen so verteilen, dass beide Laufwerke gleichmäßig an den Leseoperationen teilnehmen. In diesem Fall werden die fehlerhaften Sektoren, die sich auf einem der Laufwerke befinden, eher aufgefunden (das wird manchmal als "active/active" fehlertolerante Implementierung genannt). Wenn "active/standby" Schema zum Einsatz kommt, so werden die Daten nur vom primären Laufwerk gelesen und nur im Fall, wenn das primäre Laufwerk ausfällt, werden die Abfragen zum Schattenlaufwerk gesandt. In diesem Fall gibt es eine Möglichkeit, dass das Schattenlaufwerk unbemerkte fehlerhafte Sektoren hat, und beim Ausfall des primären Laufwerks ist die Kopie auch schon beschädigt.

	Auswertung der RAID-Kapazität, Zugriffgeschwindigkeit und Ausfalltoleranz

	RAID Planung kann man manuell mit dem Einsatz der nachfolgenden Tabelle vornehmen. Wir haben auch RAID- Auswertetool erstellt, das das Arraylayout und Größe von dieses Array bildenden Laufwerken festzustellen hilft.

RAID Arten	Erforderliche Plattenanzahl	Ausfalltoleranz	Geschwindigkeitszuwachs mit n- Laufwerken im Array*	Plattenplatz-Overhead **
JBOD (Span)	2+	Keine	Unbeständig (sie hängt sehr stark vom Datenträgerlayout). Es gibt keine wesentliche Zunahme in gewöhnlicher Anwendung.	Kein
RAID 0 (Strapeset)	2+	Keine	N-mal Geschwindigkeitszuwachs von Schreib- und Leseoperationen	Kein
RAID 1 (Spiegelung)	Genau 2	Ausfall eines Einzellaufwerkes	Lesegeschwindigkeit verdoppelt; Schreibgeschwindigkeit bleibt unveränderlich.	100%
RAID 5 (Stripeset mit rotierenden Paritätsstreifen)	3+	Ausfall eines Einzellaufwerkes (das führt zur Verringerung der Lesegeschwindigkeit)	Lesegeschwindigkeit erhöht sich n-mal; Schreibgeschwindigkeit verringert sich in einigen Fällen bis 50%	Kapazität, die der Kapazität eines der das Array bildenden Laufwerke gleich ist (dieses Laufwerk wird für die Bewahrung der Kontrollsumme benutzt).
RAID 0+1 (Mirrored Stripeset)	4+	Ausfall eines Einzellaufwerkes, eine Hälfte der Ausfälle von Doppellaufwerken, je nach der Lage und Zweckbestimmung dieser Laufwerke.	Lesegeschwindigkeit erhöht sich n-mal; Schreibgeschwindigkeit erhöht sich n/2-mal	100%

* Erläuterung: Der Geschwindigkeitszuwachs wird sehr etwaig kalkuliert, aus der Annahme ausgehend, dass Plattenverkehr vorwiegend aus den Reihenleseabfragen von umfangreichen Daten besteht. Diese Auswertung sorgt dafür, dass Kontroller parallele Abfragen erfüllt und, dass keine Probleme mit Busübertragungskapazität entstehen (weil einige hochleistungsfähige RAID-Kontroller leicht solchen Bus wie PCI übersteigen können).

** Erläuterung: Kalkulation des Plattenplatz-Overheads fußen auf der Annahme, dass alle das Array bildenden Laufwerke gleiche Kapazitäten haben. Wenn alle Laufwerke unterschiedliche Größen haben, wird das geringste von denen als eine "Spaltengröße" eingesetzt.

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I am not tech savy at all... which is how I somehow reformatted the disc in my digital camera on the last day of vacation, and lost all my photos and videos. I came across this download and gave it a try. [...] I did have to refer back to the demo for guidance on selecting the right "physical device". The selections it gave me were unrecognizable to me. The demo helped me understand what I was looking for. All pictures are recovered, and I am grateful! The movies were recovered as pictures (large jpeg files). I can't figure out how to convert them back to movies. Regardless, I am thrilled to have my pictures back.

JulieH

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