Moderne RAID Technologie

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1 Moderne RAID Technologie Grundlagen der modernen RAID Technologie Vortrag von Jan Neuser CN1WS04 CS

2 Moderne RAID Technologie Überblick Was bedeutet RAID? RAID Level Organisation von Laufwerken Physikalischer Aufbau Datentransport Technik Fragen zu und um RAID Anwendungsarten, Konfigurationsbeispiel Vortrag von Jan Neuser CN1WS04 CS

3 Was bedeutet RAID? RAID Redundant Array of Independent - Disks Jan Neuser CN1WS04 - CS 3

4 Was bedeutet RAID? Was macht RAID? Mehrere Unabhängige Festplatten werden zusammen geschaltet ( HDD1+HDD2+HDD3=Array1 ) Die Betriebssysteme greifen auf Arrays zu nicht mehr auf die Festplatten RAID kann Redundanzen erzeugen ( Spiegeln oder Parity ) Jan Neuser CN1WS04 - CS 4

5 Was bedeutet RAID? Wozu RAID? Höhere Kapazität Höhere Ausfallsicherheit Höhere Zugriffsgeschwindigkeiten Wideranlaufzeiten Minimierung bei Crash Kein Stillstand, kein Verlust bei Festplattencrash!! = RAID Jan Neuser CN1WS04 - CS 5

6 Was bedeutet RAID? Vorsicht RAID! Keine Restauration von Daten die von Usern gelöscht worden sind oder durch ein Ereignis ( z.b. Diebstahl oder Feuer ) RAID benötigt immer noch ein Backup um vor diesen Ereignissen zu schützen! Jan Neuser CN1WS04 - CS 6

7 Was bedeutet RAID? Die RAID Level! Die verschieden RAID Konzepte werden allgemein in RAID Level eingeteilt Diese Level wurde durch die UC Berkeley (USA) spezifiziert RAID-Level 0,1,2,3,4,5,10 Jan Neuser CN1WS04 - CS 7

8 RAID Level Organisation von Laufwerken RAID 0 oder Data Striping Zwei oder mehrere HDs werden zusammen geschaltet Nutzdaten werden in kleine Blöcke aufgeteilt (4-128kb) Parallelzugriff auf mehrere HDs + Die Schrieb/Lesegeschwindigkeit bei sequentiellen Zugriffen wird erhöht - Bei RAID 0 wird keine Redundanz erzeugt, bei einem Crash gehen alle Daten verloren Jan Neuser CN1WS04 - CS 8

9 RAID Level Organisation von Laufwerken RAID 0 oder Data Striping Jan Neuser CN1WS04 - CS 9

10 RAID Level Organisation von Laufwerken RAID 1 oder Drive Mirroring Bei RAID 1 werden identische Daten auf zwei Festplatten gespeichert % Redundanz + Bei einem Crash läuft das System weiter - RAID1 wird schnell teuer da doppelte Plattenkapazität benötigt wird?! RAID 1 wird meist nur bei kleinen Servern eingesetzt oder mit weitern RAID Konfigurationen gemischt.?! Jan Neuser CN1WS04 - CS 10

11 RAID Level Organisation von Laufwerken RAID 1 oder Drive Mirroring Jan Neuser CN1WS04 - CS 11

12 RAID Level Organisation von Laufwerken RAID 2 oder Hamming System Bei RAID 2 Systemen werden die Daten in einzelne Bytes aufgeteilt Ein ECC Wert (Error Correction Code) nach dem Hamming Algorithmus generiert und auf zusätzlichen HDs abgelegt. +/- Gleiche Vor und Nachteile wie RAID 0?! Alle Massenspeicher haben heute integrierte ECC Verfahren, das macht die Eigenschaft eines RAID 2 unnütz. RAID 2 wird nicht mehr verwendet.?! Jan Neuser CN1WS04 - CS 12

13 RAID Level Organisation von Laufwerken RAID 2 oder Hamming System Jan Neuser CN1WS04 - CS 13

14 RAID Level Organisation von Laufwerken RAID 3 oder Byte Striping mit Parity Laufwerk Bei RAID 3 Systemen werden die Daten in einzelne Bytes aufgeteilt und abwechselt auf die Array Laufwerke geschrieben Ein Parity Byte wird für jede Datenreihe erzeugt und auf eine zusätzlichen HD gespeichert. + Beim Ausfall einer Platte können die Daten anhand der verbliebenen Platten und dem Parity Byte rekonstruiert werden. Jan Neuser CN1WS04 - CS 14

15 RAID Level Organisation von Laufwerken RAID 3 oder Byte Striping mit Parity Laufwerk Jan Neuser CN1WS04 - CS 15

16 RAID Level Organisation von Laufwerken RAID 3 oder Byte Striping mit Parity Laufwerk RAID 3 bringt einen Geschwindigkeitsvorteil bei dem Zugriff auf Große Dateien. ( z.b. CAD, DTP oder Multimedia Daten )?! Da moderne Festplatten aber nicht mehr mit einzelnen Bytes arbeiten, sondern mit Blöcken arbeiten, findet dieser RAID Level in der Praxis kaum noch Anwendung?! Jan Neuser CN1WS04 - CS 16

17 RAID Level Organisation von Laufwerken RAID 4 oder Block Striping mit Parity Laufwerk Bei RAID 4 Systemen werden die Daten in Blöcke aufgeteilt ( 8,16,64,oder sogar 128 Kbyte ) und vergleichbar mit RAID 0 auf die Datenfestplatten geschrieben Für jeden Block wird ein Parity Block berechnet und auf eine Parity HD abgelegt Jan Neuser CN1WS04 - CS 17

18 RAID Level Organisation von Laufwerken RAID 4 oder Block Striping mit Parity Laufwerk Jan Neuser CN1WS04 - CS 18

19 RAID Level Organisation von Laufwerken RAID 4 oder Block Striping mit Parity Laufwerk + Mit den Parity Informationen kann eine HD wiederhergestellt werden + Sehr gute Schreib-/Lesegeschwindigkeiten bei sequentiellen Zugriffen ( Nur bei Großen Dateien ) - Bei kleinen Dateien müssen große Blöcke neu berechnet werden (Dadurch wird ein RAID 4 System langsam) - Es sind nur Lese oder Schreibzugriffe möglich?! RAID 4 ist nicht Datenbank geeignet, da mit jedem Zugriff die Parity neu berechnet werden muss?! Jan Neuser CN1WS04 - CS 19

20 RAID Level Organisation von Laufwerken RAID 5 oder Block Striping mit verteilter Parity Die Funktionsweise von RAID-5 ist nicht komplizierter als die von RAID-4 oder RAID-3 nur dass hier nicht eine dedizierte Parity- Festplatte existiert. Die Paritätsinformation wird lediglich zwischen die Datenblöcke geschrieben Jan Neuser CN1WS04 - CS 20

21 RAID Level Organisation von Laufwerken RAID 5 oder Block Striping mit verteilter Parity +/- RAID-5 ist die erste Wahl für Anwendungen welche gleichzeitig viele Lese- und Schreibzugriffe durchführen wie z.b. Datenbanken. Schreibvorgänge werden allerdings langsamer als bei RAID-0, RAID-1 und RAID-3 durchgeführt da beim Fehlerkorrekturblock schreiben zweimal gleichzeitig auf eine Festplatte geschrieben wird. Jan Neuser CN1WS04 - CS 21

22 RAID Level Organisation von Laufwerken RAID 5 oder Block Striping mit verteilter Parity?! RAID 5 hat sich in den letzten Jahren als beliebteste RAID Variante im Server Bereich etabliert!? Jan Neuser CN1WS04 - CS 22

23 RAID Level Organisation von Laufwerken RAID 10 oder Mirrored Striping Array Kombination aus RAID 1(Mirroring) und RAID 0 (Striping) Verbindung der Eigenschaften Sicherheit und sequentielle Performance Jan Neuser CN1WS04 - CS 23

24 RAID Level Organisation von Laufwerken RAID 10 oder Mirrored Striping Array Bei RAID 10 werden die Daten auf meistens 2 platten verteilt und jede dieser Platten zur Sicherheit noch einmal gespiegelt. Man benötigt für RAID 01 also mindestens 4 Festplatten. Diese Methode bietet einen hohen Datendurchsatz und zugleich auch eine hohe Datensicherheit. Viele IDE RAID Controller oder on Board Lösungen nutzen RAID 0, 1 und 01. Jan Neuser CN1WS04 - CS 24

25 RAID Level Organisation von Laufwerken RAID 10 oder Mirrored Striping Array?! RAID 10 ist keine neue Konfiguration, sondern nur zusammengesetzt aus RAID 1 und RAID 0?! Jan Neuser CN1WS04 - CS 25

26 Physikalischer Aufbau von RAID Software RAID Software RAID s sind im OS integriert + Betriebssystemabhängig - (SW/HW Probleme, Viren Datenverlust) Keine Hot-PlugMöglichkeiten - Nicht Redundantes Boot Laufwerk nötig - Hohe Rechenlast für der Host -?! Software RAID Systeme werden nicht im Server bereich angewendet und finden durch billige IDE Hardware RAID Controller fast keine Anwendung mehr?! Jan Neuser CN1WS04 - CS 26

27 Physikalischer Aufbau von RAID Software RAID Jan Neuser CN1WS04 - CS 27

28 Physikalischer Aufbau von RAID Hybrid (HW/SW) RAID Hot Plug Funktion Möglich + Booten von beliebigen RAID Verband + Betriebssystemabhängig - (SW/HW Probleme, Viren Datenverlust) Hohe Rechenlast für der Host - Aufwendiger Treiber -?! Hybrid RAID Systeme werden nicht im Server bereich angewendet. Sie sind bei Entry Level IDE RAID Lösungen oder onboard IDE RAID Controllern von Private Hosts im Einsatz?! Jan Neuser CN1WS04 - CS 28

29 Physikalischer Aufbau von RAID Hybrid (HW/SW) RAID Jan Neuser CN1WS04 - CS 29

30 Physikalischer Aufbau von RAID Typischer Externes RAID System Vollkommen Host unabhängig + Multi Host fähig ( SAN geeignet ) + Administration aufwendig +/- (RemoteSNMP; oder bedien Menü) Sehr hoher Einsteigerpreis - Geringe Flexibilität - Jan Neuser CN1WS04 - CS 30

31 Physikalischer Aufbau von RAID Typischer Externes RAID System?! Externe RAID Lösungen werden oft bei der Bildung von SAN s und bei den sehr Großen Datenmengen eingesetzt?! Jan Neuser CN1WS04 - CS 31

32 Physikalischer Aufbau von RAID Host basierender Hardware RAID RAID auf Controller Ebene + Maximale Transferraten möglich + Alle SCSI Geräte werden unterstützt + Maximale Flexibilität + OS Support notwendig (Treiber) +/- Kein Multi Host Support -?! Häufigste verwendete RAID Variante im Serverbereich. Zudem ist meist ein Externes RAID an den Host Controller anschließbar?! Jan Neuser CN1WS04 - CS 32

33 Physikalischer Aufbau von RAID RAID Cache Alle HW RAID Controller sind mit einem Cache ausgestattet, der auf die Leistung angepasst ist. Cache ist meist erweiterbar um Performance- Engpässe zu verweiden Alle Controller die keinen eigenen Cache haben, nutzen Cache direkt vom Host Jan Neuser CN1WS04 - CS 33

34 Datentransport Technik RAID Arrays sind heute theoretisch mit allen bisherigen Transporttechniken möglich. Es wurden Controller für IDE,SCSI, Fiber Chanel und SATA entwickelt RAID wurde zuerst mit und für SCSI Controller entwickelt. -Größtmögliches Performancepotenzial durch die SCSI Eigenschaften Jan Neuser CN1WS04 - CS 34

35 Datentransport Technik IDE RAID s sind die Low Cost Variante die nicht für den Servermarkt bestimmt ist. Heutige MB sind mit IDE RAID Controller bestückt die RAID 1,0 und 10 unterstützen Viel onboard Mainboards sind mit Hybrid RAID Controller ausgestattet. Jan Neuser CN1WS04 - CS 35

36 Datentransport Technik Die neuen Übertragunkstechnicken SATA und SATA 2 lassen auf billige und schnelle RAID Controller mit vielen vorteilen schließen Bei SATA RAID hat jede HD eine eigenen Seriellen Kanal + dadurch kein Performanceverlust + Performance Steigerung mit jeder neuen HD im Array Jan Neuser CN1WS04 - CS 36

37 Fragen zu und um RAID Warum RAID Technologie einsetzen? Erhöhung der Datenverfügbarkeit durch Redundanzen Aufbau großer logischer Laufwerke Steigern von Transferraten (Parallelübertragung) Clustering ( Hohe Verfügbarkeit, Ausfallsicherheit ) Zentrales Datenmanagement (SAN= Storage Area Network) Gesamt Kosten Senkung Jan Neuser CN1WS04 - CS 37

38 Fragen zu und um RAID Online Erweiterung eines RAID Systems? Wie kann das RAID vergrößert werden? -Weitere HD s in das Array einbinden -Neues Array mit neuen HD s erzeugen Doch es gibt Probleme?! Jan Neuser CN1WS04 - CS 38

39 Fragen zu und um RAID Online Erweiterung eines RAID Systems? Unterschiedliche HDs?! Die kleinste HD bestimmt die genutzte Kapazität Die neue HD darf nicht keiner als die schon vorhanden HD sein HDs von verscheiden Herstellern und Modellreihen sind unterschiedlich Groß! ( Möglichst immer den selben Hersteller bei Platten nutzen ) Rest Kapazität bleibt ungenutzt Jan Neuser CN1WS04 - CS 39

40 Fragen zu und um RAID Online Erweiterung eines RAID Systems? Jan Neuser CN1WS04 - CS 40

41 Fragen zu und um RAID Online Erweiterung eines RAID Systems? Hinzufügen einer neuen HD im RAID 4/5 Verband - Neue HD in das Array einbinden - Reorganisierung des Arrays - Speicherplatz steht als Host Drive zur Verfügung - Zusammenschluss von Host Drives möglich (Merge- Funktion )** ** Das System muss neu gestartet werden!! Jan Neuser CN1WS04 - CS 41

42 Fragen zu und um RAID Online Erweiterung eines RAID Systems? Jan Neuser CN1WS04 - CS 42

43 Fragen zu und um RAID Was passiert beim Ausfall einer Festplatte? Das System arbeitet ohne Unterbrechung weiter!! ( Ohne weitere Redundanz ) Trifft bei RAID 0 nicht zu!!?! Sobald eine weitere Platte ausfällt steht der Verband nicht mehr zur Verfügung?! Deshalb Festplatte schnell ersetzen!!! Jan Neuser CN1WS04 - CS 43

44 Fragen zu und um RAID Reparatur bei defekter HD im RAID Verbund Hot Plug -Manuelles einbinden der Ersatz HD -Manuelles einbinden in das Array über PC und Controller Software -evt. Muss das System zum Rebuild neu gestartet werden Jan Neuser CN1WS04 - CS 44

45 Fragen zu und um RAID Reparatur bei defekter HD im RAID Verbund Jan Neuser CN1WS04 - CS 45

46 Fragen zu und um RAID Reparatur bei defekter HD im RAID Verbund Hot FIX -Bereits eingebundene Ersatz Platte im Verbund -Controller aktiviert ohne eingriff Hot Fix Platte bei einem defekt - Rebuild wird automatisch gestartet Jan Neuser CN1WS04 - CS 46

47 Fragen zu und um RAID Reparatur bei defekter HD im RAID Verbund Jan Neuser CN1WS04 - CS 47

48 Fragen zu und um RAID Reparatur bei defekter HD im RAID Verbund Hot FIX Besonderheit -Private Hot Fix Hot Fix HD wird nur in diesem Verband genutzt -Pool Hot Fix Hot Fix HD kann von mehreren Verbänden genutzt werden ** Der Pool kann aus mehr als einer HD bestehen Jan Neuser CN1WS04 - CS 48

49 Fragen zu und um RAID Reparatur bei defekter HD im RAID Verbund Jan Neuser CN1WS04 - CS 49

50 Konfigurationsbeispiel Wir gehen davon aus, Ein Administrator hat einen PC (Host) -Gesichert mit einem IDE RAID 1 (Hybrid Controller) Der Admin befindet sich in seinem Firmen Netzwerk -ein normales LAN 100BaseT in diesem Netzwerk seht ein Server Jan Neuser CN1WS04 - CS 50

51 Konfigurationsbeispiel Wir gehen davon aus, Er Administriert den Vorhanden Server -Dieser Bootet von einem RAID1 (SCSI Host Controller) sein OS Für die Daten (z.b. Datenbank, ) hat der Server weitere Kapazitäten -an einen weitern SCSI Controller (kann aber auch ein neuer Kanal sein) ist ein mit RAID 5 Array mit 5 Festplatten eingerichtet. Für den Ausfall ist eine zusätzliche 6ste HD ( Hot Fix ) eingebunden Schon bald reichen die Speicherkapazitäten nicht mehr aus,... Jan Neuser CN1WS04 - CS 51

52 Konfigurationsbeispiel Wir gehen davon aus, Für die Benötigten Kapazitäten wird ein SAN an den Server über SCSI extern angeschlossen. -SAN (externes Gehäuse) mit 2 RAID 5 Arrays mit je 5 Festplatten -Für ein Ausfall steht ein Hot Fix Pool mit Ersatzplatten zur Verfügung Die Verfügbarkeit wird so wichtig das kein Ausfall des Systems entstehen darf, Jan Neuser CN1WS04 - CS 52

53 Konfigurationsbeispiel Wir gehen davon aus, Es wird ein zweiter Server mit dem gleichen Aufbau wie der erste Konfiguriert ( RAID 1 zum Booten, RAID 5 mit 5 Platten und einer Hot Fix Platte für Daten) Beide Server werden mit einem Fiber Chanel RAID 1 gespiegelt (Cluster Mirroring) Dank der Multi Host Fähigkeit von SAN s kann der zweiter Server auch auf das SAN zugreifen Bei Ausfall,..!!! Jan Neuser CN1WS04 - CS 53

54 Konfigurationsbeispiel Wir gehen davon aus, Bei Ausfall von Server 1 übernimmt Server 2 ohne Zeitverlust die Dienste und Aufgaben von Server 1. Durch verschiedene Kommunikations- Protokolle wird jeder Ausfall von Festplatten oder sogar des Server an den Administrator gemeldet, so das dieser Zeitnah reagieren kann, Doch,? Jan Neuser CN1WS04 - CS 54

55 Konfigurationsbeispiel Ein Backup der Systeme und deren Daten bleibt trotz der RAID Systeme unumgänglich! 99% aller Fehler werden durch den Menschen verursacht und nicht von Maschinen J Jan Neuser CN1WS04 - CS 55

56 Moderne RAID Technologie Fragen?=! Danke für f r die Aufmerksamkeit Vortrag von Jan Neuser CN1WS04 CS

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