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RAID-Systeme
Von Petra Scheffler, Marc Langer und Oliver Bergmann
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RAID-SYSTEMEThemenübersich
t• Historie
• RAID Grundlagen
• RAID-Level - (Single-RAID-Modi & Nested-Modes) - ECC-Code und XOR-Funktion
• Hardware und Software RAID unter Windows unter Linux
• RAID-Vorteile und Weiterentwicklung
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Historie
• Absicht: Kosten für Massenspeicherung zu verringern
• 1987 Veröffentlichung der Performance-steigerung durch ein Doktoranten Team der University of California, Berkeley
• Prinzip:Daten auf mehrere kleinere Platten und eine große zu verteilen
• MTBF sinkt RAID-Stufen-Entwicklung
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RAID• Akronym: "Redundant Array of
Inexpensive/Independent Disks“
• Konfiguration, die aus mehreren HDDs für Daten, einem Laufwerk für Parity-Informationen und einem speziellen Controller besteht.
• Array-Technologie
• Fehlererkennungs- und Wiederherstellungsmethoden
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RAID-Grundlagen• RAID-Technologie beruht auf Stripe-Sets
• Platten werden in gleichgroße Stücke „Chunks“ aufgeteilt
• Stücke in einer Ebene: Streifen oder Stripes
• Kleine Datenblöcke (kByte) werden auf mehrere Festplatten verteilt
• Das Wort „Level“ bedeutet nicht zwangsläufig eine Verbesserung der RAID-Verfahren
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Single-RAID-Modi
JBOD – Just a bunch of disks -„Drive Spanning“
• Aneinanderkettung von Festplatten unterschiedlicher Umdrehungszahl oder Größe
• keine Verbesserung von Geschwindigkeit und/ oder Datensicherheit
• Laufwerke werden unabhängig voneinander angesprochen
• Vorteil: - Rettung der Restdaten - verwendbar von nahezu jedem System durch
Hardware-Controller oder Software-Treiber
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RAID-Level 0 – Data Striping
• Non-Redundant Stripe-Array -> Datenverlust
• Keine Sicherheit• Jeder Streifen eines
Datenblocks wird blockweise auf einer separaten HDD gespeichert
• Paralleles Lesen undrespektives Schreiben
• Ohne Parity• Höherer
Datendurchsatz
Anwendung:
CAD/CAM oder Audio- und Videobearbeitung
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RAID-Level 1 – Data Mirroring / Drive Duplexing
• Datenspiegelung aufmind. 2 Festplatten
• Redundanz zu 100%
• Kein Performancegewinn
• Hardware- und Softwaresteuerung möglich
• Höchste Datensicherheit• Doppelter Speicherplatz
nötig
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RAID-Level-3 + 4 – Data Striping + XOR-Parity
• Datenaufteilung in einzelne Bytes mit Parity-Check
• Nur binäre Informationen
• Simultaner Zugriff
• Hot swap
• 100%-ige Datenrekonstruktion möglich
• Synchronisation der Kopf- positionen der Laufwerke
Anwendung:
Kaum noch, da wenig Vorteile
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Hot-Swap / Hot Plug
• Austausch einer defekten HDD im Betrieb
• Ersatzfestplatte wird manuell getauscht
• Während Hot Plug besteht weiterhin volle Datenverfügbarkeit
• Hot Plug im ICP RAID integriert und unter jedem unterstütztem Betriebssystem verfügbar
• Einbindung geschieht automatisch durch das Hot Plug Programm
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ECC-Code & XOR- Verfahren
Parity-GenerierungLaufwerk Inhalt
Laufwerk A 11101100
Laufwerk B 10110011
Laufwerk C 01001101
Parity-Laufwerk 00010010
Das Ergebnis der Verknüpfung ist dann 1, wenn eine ungerade Anzahl von Bitstellen eine 1 aufweist.
Bei einer geraden Anzahl dagegen ist das Ergebnis 0
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Fehlerkorrektur durch Parity
Fehlerkorrektur durch ParityVor dem Ausfall
Ausfall eines Datenlaufwerks
Ausfall des Parity-Laufwerks
Laufwerk A 11101100 11101100 11101100 Laufwerk B 10110011 xxxxxxx 10110011 Laufwerk C 01001101 01001101 01001101 Parity-Laufwerk
00010010 00010010 xxxxxxx
Datenrekon-struktion
10110011 00010010
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RAID-Level-5 - Data Striping + XOR Interleave Block Level
Parity • Paritätsdaten werden auf allen Festplatten im Verband gleichmäßig verteilt (blockweise)-> erhöhte Schreibzugriffe
• optimale Auslastung der Laufwerke
• Prüfsummenbildung sektorweise
• Gute Datenverfügbarkeit
• Hot-swap
• Gelungener Kompromisszwischen Kosten, Redundanz & Geschwindigkeit
Anwendung:
Server- und festplattenintensiven Workstationbereich
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RAID-Level-6 Data Striping + Two Independend XOR Interleave Block
Level Parity • Zwei Plattenausfälle
möglich, sonst keine XOR Rekonstruktion möglich
• Zusätzliches Parity-Laufwerk
• Langsamere Schreibzugriffe
• Höchste Datensicherheitdurch weitere unabhängige Paritätsinformation auf weiterem Laufwerk
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RAID-Level-7 asynchrones, gecachtes Striping mit dedizierter Parity-Platte
• Hersteller: Storage Computer
Corporation
• basierend auf RAID-Level 3 und 4
• Asynchrone Verwaltung des Arrays
• Beschleunigung von Lese- und Schreiboperationen
• zusätzliches Echtzeitbetriebssystem im Controller
• Schnelle Datenbusse und
mehrere große Pufferspeicher koppeln die Laufwerke vom Bus ab => Controllerunabhängiger I/O-Bus
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RAIDsches Dreieck
Preis €Preis € DatensicherheitDatensicherheit
Geschwindigkeit• Direkter Zusammenhang der drei Komponenten eines jeden RAID System
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Nested-Modes / Modifikationen von RAID-Leveln
• Kombination von RAID 1 mit RAID 0
• Vereinigung der Eigenschaften der beiden "Mutter-Levels" - Sicherheit und sequentielle Performance
• redundanten Speicherung von großen Dateien
• Keine Parity-Berechnung-> sehr schnelle Schreibzugriffe
• RAID 30:wenn große Dateien sequentiell übertragen werden sollen
• RAID 50:- große Datensicherheit- schnelle Zugriffszeiten - hohe Datentransferraten
• Beide Kombinationen wurden von AMI entwickelt
RAID 10 oder RAID 1+0
Weitere Kombinationen
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Hardware- vs. Software-RAID
Software-RAID
Hardware-RAID
Kostenvorteil _ +
Performance _ +
CPU-Last am Host + _
Plattformabhängigkeit ja nein
Betriebssystemabhängigkeit
ja ja
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Software RAID unter Windows
• Unterscheidung Workstation <-> Server
• Plattenunterstützung
• Installation
• Performance
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RAID unter Linux
• Hardware-RAID-Controller
• Software-RAID (Level 0, 1, 5 und 10):- „Multiple Device Driver for Linux“- Paket „raidtools“ installieren- /dev/md0 und /proc/mdstat- /etc/raidtab- Erstellung mit mkraid- raidhotadd
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Vorteile von RAID
• Kostengünstige und hochkapazitiveSpeicherung
• Hohe Transferraten• Hohe I/O-Raten• Gute Ausfallsicherheit• Einzelnes logisches Volumen• Schnellerer Datenzugriff• Bessere Verwaltung
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RAID-Weiterentwicklung
• Ausfallsicherheit• Hierarchische Speicherorganisation (HSM)• Intelligente Speicherverwaltungssysteme• Leistungsverbesserung (Beschleunigung XOR)• Cache-Optimierung• Gemeinsames Schreiben von Teildaten
(log structured write)• Verbesserte Zugriffsschutzmechanismen• Automatische (Re-)Konfiguration bei Laufwerken• Speicherlaufwerke direkt am Netz ohne Server
(NAS)
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Ende
Wir bedanken uns für euer Interesse
und eure Aufmerksamkeit !