Semsterarbeit RAID-Systeme Einsatzzweck und Funktionsweise

1. Semsterarbeit RAID-Systeme Einsatzzweck und Funktionsweise Michael Sand Frank Schlesselmann Tobias Stumpp WWI01B

2. Gliederung • RAID – Einführung • RAID-Allgemein • RAID ist nicht gleich RAID • RAID – Theorie, Sicherheit & Performance • Die verschiedenen RAID-Level 0-7 • Software-RAID • IDE-RAID • SCSI-RAID • Fazit • RAID – Anwendungen • RAID – SOHO • RAID – Video- und Photo-Editing • RAID – Datenbankserver • RAID im Kleinunternehmen • RAID: Network Attached Storage (NAS) • RAID: Storaged Area Network (SAN) • RAID – Kosten

3. RAID - Allgemein • Abkürzung für "Redundant Array of Independent Disks" oder "Redundant Array of Inexpensive Disks„ • mehrere unabhängige Festplatten bilden ein großes logisches Laufwerk • Daten werden durch einen Controller oder durch Software auf die verschiedenen Platten verteilt • Es werden dabei nicht nur Nutzdaten, sondern auch "Redundanz Informationen" hinzugefügt

4. RAID ist nicht gleich RAID • Es existieren mehrere "RAID-Levels", die über unterschiedliche Leistungsmerkmale verfügen • RAID Level 0 - 7 • Die Grundlage der RAID-Technologie wird durch sogenannte "Stripe Sets" gebildet (stripe = Streifen). • Dabei werden relativ kleine Datenblöcke – im Bereich von einigen KByte auf mehrere Festplatten verteilt.

5. RAID 0 Data Striping • Daten werden in Blöcke (Stripes) auf eine gewisse Anzahl von Festplatten aufgeteilt • Blöcke können unterschiedlich gros sein • Mindestens 2 Festplatten

6. RAID 0

7. Sicherheit & Performance • RAID Level 0 • Verminderte Sicherheit • Höheres Ausfallrisiko • Kein echtes RAID Level • Beste Performance aller RAID Level

8. RAID 1 Data Mirroring/Duplexing • Duplexing = an 2 unabhängigen Kanälen • Mirroring = an einem Kanal • Daten werden zu 100% gespiegelt / dupliziert • Mindestens 2 Festplatten • Festplatten sollten gleichgroß sein

9. RAID 1

10. Sicherheit & Performance • RAID Level 1 • größtmöglichste Sicherheit • Keine Geschwindigkeitsverbesserung gegenüber einer Einzelplatte • Doppelte Festplattenkapazität notwendig

11. RAID 2 • Teilt Daten nicht in Blöcke sondern auf BIT-Ebene • Verteilt nach Striping-Prinzip • Generiert einen Fehlerkorrekturcode, der auf eine zusätzliche Festplatte geschrieben wird • Ist ein einziges Bit fehlerhaft kann es an Hand der Fehlerkorrekturcodes sofort korrigiert werden  Error Checking & Correction (ECC)

12. Sicherheit & Performance • RAID Level 2 • Gleicht einzelne Bitfehler aus • Mindestens 10 Platten • Findet heute keine Verwendung mehr

13. RAID 3 + 4 Data Striping Dedicated Parity • Daten werden blockweise (RAID 4) bzw. byteweise (RAID 3) auf mehrere Festplatten aufgeteilt • Eine zusätzlich Platte speichert in Echtzeit die jeweiligen Checksummen (Paritätsdaten) • Beim Ausfall einer Festplatte, können die Daten wieder hergestellt werden

14. RAID 3 + 4 RAID 4 (blockweise) RAID 3 (byteweise)

15. Sicherheit & Performance • RAID Level 3 • Mindestens 3 Platten • Ausfall einer Platte kann behoben werden • Gute Performance bei großen sequentiellen Schreib-/Lesezugriffen (große Dateien) • Flaschenhals: Synchronisation der Köpfe (bei kleinen Files)

16. Sicherheit & Performance • RAID Level 4 • Ausfall einer Platte möglich • Gute Performance bei großen sequentiellen Schreib-/Lesezugriffen (große Dateien) • Flaschenhals: Parity-Laufwerk • Wird selten genutzt

17. RAID 5 Data Parity Striping • Mindestens 3 Festplatten • Blockweise Adressierung • Paritätsdaten werden (in Echtzeit) zusammen mit Nutzdaten auf den Festplatten gespeichert • Bei 5 Festplatten ist jede 1/5 Paritätsplatte und 4/5 Datenplatte

18. RAID 5

19. Sicherheit & Performance • RAID Level 5 • Ausfall einer Platte möglich • Schreib-Performance nicht mehr abhängig vom Parity-Laufwerk • Lese-Performance etwa wie Level 4 • Allround-Lösung

20. RAID 6 • Sicherere Version von RAID 5 • Es werden doppelt so viele Paritätsdaten geschrieben • Dadurch wird auch der Ausfall von 2 Festplatten toleriert

21. Sicherheit & Performance • RAID Level 6 • Zwei Platten können ausfallen • Deutlich langsamere Schreibzugriffe

22. RAID 7 • Kein offener Standard • Patentiertes Verfahren der Firma Storage Computer Corporation • Basiert auf Level 3 + 4, wurde jedoch verbessert • Das Array wird asynchron verwaltet • D.h. jede Platte wird vom Controller separat verwaltet

23. Sicherheit & Performance • RAID Level 7 • Erheblich schneller als die anderen Levels • Ausfall mehrerer Platten möglich

24. Gemischte RAID-Level • RAID-Levels können kombiniert werden • RAID 15 = gespiegeltes RAID Array nach Level 5 • RAID 53 = RAID Array nach Level 5, aber anstelle von einzelnen Festplatten wird ein Disk Array nach dem Level 3 verwendet. Minimum 9 Platten, da 3x3.

25. Sicherheit & Performance • Software-RAID • Linux Level 0, 1, 4, 5 • Windows NT & 2000 Level 0, 1, 5 • Hohe CPU-Belastung • Nicht hot-pluggable • System-Partition nicht abgesichert

26. Sicherheit & Performance • IDE-RAID • CPU wird nicht belastet • Nicht hot-pluggable • Kurze Kabellängen • Nur 2 Geräte pro IDE-Kanal • IDE-Platten nicht für Dauerbetrieb ausgelegt

27. Sicherheit & Performance • SCSI-RAID • Höhere Transferraten (bis 320Mbyte/s) • Hot-pluggable • Höhere Kabellängen • Bis zu 15 Laufwerke pro Kanal

28. Sicherheit & Performance • Fazit: Redundanz mit Grenzen • Erhöhte Datensicherheit und Performance • Nicht 100% Ausfallsicherheit • Keine Alternative zu Backups • Datenverfügbarkeit ≠ Systemverfügbarkeit • Kein Schutz gegen Einflüsse von außen • Schließt Risikofaktor Mensch nicht aus • RAID Levels stellen keine Wertung dar

29. RAID - Anwendungen RAID

30. RAID - SOHO • Anforderung: • Kostengünstige Steigerung von Performance und Sicherheit • Lösung: • RAID 0 für Grafik/Video: gleichzeitiges Schreiben und Lesen von Stripe-Blocks auf mehrere Platten • RAID 1 für geschäftskritische Daten: Spiegelung der Nutzdaten auf eine redundante Platte • RAID 0+1: hohe Performance durch RAID 0 plus Sicherheit durch RAID 1 Veritas RAID-Director ARCServe RAID

31. RAID – Video- und Photo-Editing • Anforderung: • Große Dateien schnell verarbeiten • Lösung: • RAID 0: gleichzeitiges Schreiben und Lesen von Stripe-Blocks auf mehrere Platten • RAID 0+1: hohe Performance durch RAID 0 plus Sicherheit durch RAID 1 • RAID 3: byte-weises Lesen und Schreiben von Daten bei synchronisierten Plattenspindeln. Onboard-RAID-Controller von Promise (auch IDE)

32. RAID - Datenbankserver • Anforderungen: - hohe Verfügbarkeit, multiple Zugriffe • Lösung: • RAID 1 für geschäftskritische Daten: Spiegelung der Nutzdaten auf eine redundante Platte • RAID 1+0: hohe Sicherheit durch RAID 1 plus Performance durch RAID 0 • RAID 5: höchste Datentransaktionsrate der redundanten Level plus Ausfallsicherheit, multiple Zugriffe möglich, bester Trade-Off zwischen Effizienz, Performance und Redundanz

33. RAID im Kleinunternehmen • Anforderungen: - hohe Verfügbarkeit, hohe Performance, multiple Zugriffe • Lösung: • RAID 1+0: hohe Sicherheit durch RAID 1 plus Performance durch RAID 0 • RAID 5: höchste Datentransaktionsrate unter den redundanten Level plus Ausfallsicherheit, multiple Zugriffe möglich, Einsatz eines Rechners als DC, File-, Datenbank-, Mail- und News-Server HP LC2000 71000 128MB 3x18GB

34. RAID: Network Attached Storage (NAS) • Anforderungen: - hohe Verfügbarkeit, hohe Perfor- mance, multiple Zugriffe im Netzwerk • Lösung: • RAID 5: höchste Datentransaktions- rate plus Ausfallsicherheit, multiple Zu-griffe (DC, File-, Mail- oder News-Server) • RAID 6: geschäftskritische Applikationen mit hoher, nicht geschwindigkeits-relevanten Verfügbarkeit (Datenbankserver) • Hardware: NAS: Festplattenspeicher im LAN, Zugriff über Server Compaq StorageWorks Modular Maxtor MaxAttach NAS4300 640GB

35. RAID: Storaged Area Network (SAN) • Anforderungen: - hohe Verfügbarkeit, hohe Performance, multiple Zugriffe im Netzwerk • Lösung: • RAID 53: RAID 5-Verteilung auf untergeordnete RAID 3-Arrays: extrem hohe Datenverfügbarkeit (Datenbankserver) • RAID 7: hohe I/O-Raten durch asynchrone Transfers, zentrales caching über X-Bus (nur Storage Computer Association) Hardware: SAN: getrenntes Speicher-Management – geringere Last im LAN, Fibre Channel (1Gbps, Distanz 100 km) StorageTek 9175 (RAID 0, 0+1, 5)

36. RAID - Typ Datenvolumen Kosten min. ca. Kosten ca. SW-Raid WinNT/2000 80-160 GB 490,00 € 1.070,00 € SW-Raid Storage Software 80-160 GB 1.300,00 € 5.100,00 € RAID-On board Controller 80-160 GB 480,00 € 930,00 € RAID-Controller-Karte 140-350 GB 490,00 € 7.400,00 € (IDE / SCSI) RAID Mittelstand 100-700 GB 5.600,00 € 5.600,00 € (NAS / SCSI) RAID Mittelstand Server 480-640 GB 5.100,00 € 23.000,00 € RAID Großunternehmen 1,8-8 TB 146.000,00 € 220.000,00 € (SAN / Fibre Channel) RAID – Kosten