RAID-Systeme

RAID (Redundant Array of Independent/Inexpensive Disks) ist eine Formation, die aus einer bestimmten Anzahl von in einem logischen Element vereinten Festplatten besteht. Alle Festplatten werden von einem oder mehreren Controllern verwaltet. In der Regel bestehen RAID-Systeme aus Festplatten, obwohl sie heutzutage wahrscheinlich aus SSDs gebildet werden. Solcher Zusammenbau zielt darauf ab, die Geschwindigkeit zu erhöhen und die Sicherheit der gespeicherten Daten zu verbessern.

Die Arrays unterscheiden sich sowohl in der Anzahl der Festplatten als auch in den Methoden der Datenverteilung zwischen den Festplatten. Eine Datenverteilungsmethode wird als Typ oder Level eines RAIDs bezeichnet. Neben technischen Merkmalen definiert der Level die Eigenschaften des Arrays, die Geschwindigkeit seiner Operation und seine Fähigkeit, Hardware-Ausfälle zu widerstehen.

Es gibt mehrere verschiedene Array-Levels und jeder hat seine eigenen spezifischen Eigenschaften und Umsetzung. Außerdem kann fast jeder Array-Controller den JBOD-Modus (Just a Bunch of Disks) haben, d.h. eine herkömmliche Reihe von Festplatten, die nicht als Ganzes handeln.

Die meisten RAID-Levels (außer RAID0) können funktionieren, wenn eine oder mehrere Festplatten ausfallen, im sogenannten eingeschränkten Modus oder im Modus der eingeschränkten Funktionalität, bei dem der Datenschutz eingeschränkt (oder abwesend) ist und die Geschwindigkeit begrenzt ist.

RAID0

RAID0 basiert auf der Technologie des Block-Daten-Striping und ihrer gleichmäßigen Verteilung zwischen allen Festplatten des Arrays (des Stripes). Solche Verteilung erhöht die Betriebsgeschwindigkeit des gesamten Systems erheblich, da mehrere Festplatten gleichzeitig Lese- und Schreibvorgänge durchführen können.

Leider konzentriert sich die Technologie nicht viel auf Zuverlässigkeit. Wenn eine der Festplatten ausfällt, sind die Daten des gesamten Arrays praktisch unwiederbringlich.

RAID0 ist perfekt für Speicher, in denen Geschwindigkeit wichtiger als Zuverlässigkeit ist, z. b. für Server, die für Video-Streaming oder Fotobearbeitung verwendet werden.

Vorteile:

• Höchste Produktivität von allen RAID-Typen.

• Hochgeschwindigkeits-Daten-Lese-/Schreibverfahren.

• Der Benutzer kann die gesamte Array-Kapazität zum Schreiben von Daten nutzen.

• Die günstigste Option aus der Perspektive der Ausgaben pro 1GB der Datenspeicherung.

Nachteile:

• Relativ schlechte Zuverlässigkeit. Ein Fehler kann zu Datenverlust führen.

RAID1

Das Array verwendet die Technologie des gespiegelten Kopierens (Spiegelung), d. h. jede Festplatte mit Daten hat ihren identischen Doppelgänger, der diese Festplatte vollständig reproduziert. Daher besteht das RAID1 aus zwei und mehr Festplatten – genauen Doppelgänger.

Dies bedeutet, dass nur die Hälfte der gesamten Kapazität des Arrays im Falle einer einfachen Spiegelung (auf zwei Komponenten) für den Benutzer verfügbar ist, und es erhöht zweimal den Preis für die Datenspeicherung, d. h. für RAID1 von 500 GB müssen Sie 2 Festplatten je 500 GB kaufen. Auf der anderen Seite, wenn eine Festplatte ausfällt, können Sie sie durch eine neue schnell ersetzen. Gleichzeitig kopiert das System die Daten von der verbleibenden Festplatte sofort in die neue Festplatte. Um RAID1 zu konfigurieren, müssen Sie mindestens zwei Festplatten haben.

RAID1 verfügt über die hohe Zuverlässigkeit, die oft auf Kosten der Reduzierung der Betriebsgeschwindigkeit des Datenschreibens erreicht wird. Die Informationen werden zuerst auf eine Festplatte und dann auf die andere geschrieben. Allerdings kann die Lesegeschwindigkeit durch parallele Datenlesung hoch sein. Diese Merkmale hängen vollständig von der Hardware-(oder Software)RAID-Konfiguration ab.

RAID1 ist perfekt für Speicherung kritischer Daten, beispielsweise für Buchhaltungssysteme und für kleine Datenserver.

Vorteile:

• Hohe Ausfallsicherheit.

• Das Array wird auch nach dem Ausfall einer der Festplatten weiter arbeiten (wenn ein Arbeitsspiegel vorhanden ist).

• Hohe Lesegeschwindigkeit (abhängig vom Controller).

• Die am weitesten verbreitete Konfiguration mit der höchsten Unterstützung von aller RAID-Typen.

Nachteile:

• Niedrige Schreibgeschwindigkeit (ohne unabhängigen Controller).

• Nur die Hälfte des Speicherplatzes steht dem Benutzer zur Verfügung.

• Hoher Preis pro Gigabyte.

RAID2 und RAID3

RAID Level 2 verwendet auch die Technologie des Daten-Stripings, aber es teilt seine Daten in Bytes anstelle von Blöcken. Um die Ausfallsicherheit zu erreichen, bietet RAID2 Speicherplatz für einen Hamming-Code, d.h. um ein Array einzubauen, sind mindestens drei Festplatten erforderlich.

RAID3 schneidet Daten in Bytes und verteilt sie über die Festplatten. Es gibt eine separate Festplatte für die Fehlerkorrektur im Array.

Aufgrund der Byte-zu-Byte-Datenverteilung arbeiten alle Festplatte des Arrays als eine Einheit. Dies bedeutet, dass sie nur einen Vorgang gleichzeitig ausführen können. Arrays dieses Typs werden selten verwendet.

RAID4

RAID4 wendet auch die Daten-Striping-Methode an und verfügt über einen separaten Datenträger für die Fehlerkorrektur. Im Vergleich zu den Levels 2 und 3 sind die Daten jedoch in Blöcke aufgeteilt. Auf diese Weise können die Festplatten unabhängig voneinander arbeiten und gleichzeitig mehrere Lesevorgänge ausführen. Dies bedeutet, dass das Array eine hohe Lesegeschwindigkeit, die gleiche wie RAID0, hat. Die Schreibgeschwindigkeit wird aufgrund der Notwendigkeit, Paritätsinformationen auf einem zusätzlichen Datenträger für Fehlerkorrekturzwecke beizubehalten, verringert, da die Daten jedes Mal aktualisiert werden müssen, wenn neue Informationen geschrieben werden.

Um RAID4 einzubauen, benötigen Sie mindestens drei Festplatten. Auf der anderen Seite hat diese Modifikation dank einem völlig geeigneten Kompromiss zwischen Schnelligkeit und Zuverlässigkeit eine breite Nutzung gefunden. Wenn einer der Blöcke verloren geht, kann das System ihn selbst mithilfe der benachbarten Blöcke und Paritätsinformationen wiederherstellen.

Vorteile:

• Ziemlich hohe Fehlertoleranz, die Fähigkeit der Selbstwiederherstellung durchzuführen.

• Fähigkeit, im Modus der begrenzten Funktionalität zu arbeiten.

• Hohe Datenlesegeschwindigkeit.

Nachteile:

• Geringe Datenschreibgeschwindigkeit, da eine Festplatte für die Fehlerkorrektur reserviert ist.

• Erheblich niedrigere Lesegeschwindigkeit im Modus der begrenzten Funktionalität.

• Im Falle Verlustes einer Festplatte kann die Datenwiederherstellung auf einer neuen Festplatte viel Zeit in Anspruch nehmen. Wenn während dieses Vorgangs eine weitere Festplatte ausfällt, können Daten unwiederbringlich verloren gehen.

RAID5

RAID5 ist wahrscheinlich die beliebteste RAID-Konfiguration, die in NAS-Speicher verwendet wird. Derzeit ist RAID5 eine ideale Kombination aus Preis, Geschwindigkeit und Qualität.

RAID5 ist fast identisch mit RAID4, aber es schreibt die Paritätinformationen auf eine separate Festplatte nicht und breitet sie gleichmäßig über alle Festplatten. Dies bedeutet, dass RAID5 den Ausfall eines Datenträgers widerstehen kann, ohne Daten und Zugriff darauf zu verlieren, da die Daten und die Paritätsinformationen auf den Festplatten dazu dienen, die verlorenen Blöcke wiederherzustellen.

Je nach Einzelhändler, Produktionskapazität und Zielsetzung können sich die RAID-Systeme von Level 5 in den Daten- und Paritätsinformationenverteilungsmethoden unterscheiden.

Um das Array von Level 5 zu erstellen, benötigen Sie mindestens drei Festplatten.

Vorteile:

• Hohe Lese- und Schreibgeschwindigkeit.

• Wenn einer der Festplatten ausfällt, hat der Benutzer weiterhin Zugriff auf die Daten (im Modus eingeschränkter Funktionen).

• Widerstandsfähigkeit gegen Ausfälle und Fehler.

Nachteile:

• Der Ausfall einer Festplatte reduziert die Produktivität.

• Im Falle des Verlustes eines Datenträgers kann die Datenwiederherstellung auf einer neuen Festplatte zeitaufwändig sein. Wenn während dieses Vorgangs eine weitere Festplatte ausfällt, können Daten unwiederbringlich verloren gehen.

RAID6

RAID6 ähnelt RAID5 mit einem Unterschied – ein doppelter Reed-Solomon-Code, der auf zwei Festplatten geschrieben wird, wird anstelle der Paritätsinformationen verwendet. Daher steigt die Mindestanzahl der Festplatten bis zu vier und das System kann auch im Falle des Verlustes von zwei Festplatten weiter arbeiten.

RAID-Kombinationen

Es gibt mehrere populäre komplexe Array-Levels, z.b. RAID10 (1+0), RAID01(0+1), RAID50(5+0) usw.

RAID10 ist ein RAID-Array, das aus RAID1-Arrays besteht, während RAID01 ein RAID1-Array ist, das aus RAID0-Arrays besteht. Ähnlich ist RAID50 ein RAID-Array, das RAID5-Arrays umfasst.

Solche Kombinationen dienen zur Steigerung der Produktivität und der Ausfallsicherheit, aber all dies wird auf Kosten eines erheblichen Preisanstiegs erreicht. Zum Beispiel, um RAID10 zu bauen, müssen Sie mindestens vier Festplatten haben.

Die Kombination von zwei und mehr RAID5 Arrays in RAID0 beschleunigt insbesondere die Leistung durch parallele Datennutzung.

RAID10 und RAID50 sind aufgrund ihrer Einfachheit aus der Implementierungsperspektive und der Kombination von ausreichender Geschwindigkeit mit Sicherungsoptionen sehr populär geworden, obwohl ein hoher Preis es nicht erlaubt, sie in kleinen Systemen zu beschäftigen. RAID01 ist nicht sehr populär, weil es praktisch identisch mit RAID10 in seinen Funktionen ist.

Datenrettung

Daten, die aufgrund eines RAID-Fehlers verloren gehen, können wiederhergestellt werden.

Mögliche Symptome eines beschädigten RAID-Systems sind:

• Das Array ist im begrenzten Modus, aber alle Dateien können noch zugegriffen werden.

• RAID ist falsch nach Datenverlust wiederhergestellt gewesen, Einstellungen oder Festplatten-Sequenznummern sind geändert gewesen; der Zugriff auf Dateien ist beschränkt oder nicht vorhanden.

• Der Zustand des Arrays ist "nicht aktiv", "nicht gefunden", "ausgeschaltet", gleichzeitig zeigt das System es nicht an und der Zugriff auf Dateien ist entsprechend blockiert.

RAIDs haben die gleichen Datenverlustprobleme, die typisch für die üblichen Festplatten sind: versehentliches Löschen, Software-Ausfälle, Überschreiben, Dateisystem-Schäden usw. Daher, wenn RAID wie immer funktioniert, aber die Daten nicht zugegriffen werden können, kann der Verlust durch ein anderes Problem, wie ein Betreiber-Fehler oder Computer-Viren verursacht werden.

Außerdem können RAID-Ausfälle durch den Ausfall eines Controllers oder Festplattendefekte verursacht werden. Je nach RAID-Level kann dies zu einigen Schwierigkeiten und Einschränkungen während des Prozesses der Datenwiederherstellung führen.

Interpretation des Speichers als Teil von RAID

Es ist allgemein bekannt, dass jeder Datenspeicher seine eigenen Eigenschaften, wie Typ, Größe, Modell, Hersteller usw. hat. Diese Informationen befinden sich auf der Festplatte und werden normalerweise vom Festplatten-Hersteller programmiert, ohne Möglichkeit der Modifikationen.

Wenn eine Festplatte zu einem RAID-Teil wird, erhält sie vom RAID-Controller ein entsprechendes Label, unabhängig davon, ob es sich um ein NAS oder das Motherboard handelt. Dieses Label enthält Informationen über die Anzahl der Festplatten in der Gruppe, RAID-Konfiguration, Stripe-Größe usw. Wenn ein Benutzer entscheidet, die Festplatte von einem RAID-System zu nutzen, kann dieses Label auch nach dem Abnehmen des Systems und der Formatierung des Datenträgers dort verbleiben. Obwohl sie in RAID verwendet wird, kann die Festplatte ausgeworfen und erfolgreich für andere Zwecke benutzt werden – als grundlegende Festplatte eines Computers, in einem anderen Datenträger, als Wechselmedien usw.

Wenn die Datenwiederherstellung erforderlich ist und die Festplatte in Recovery Explorer geöffnet ist, scannt das Programm ihre Eigenschaften, um den Gerätetyp zu bestimmen. Wenn die Festplatte ein Teil des RAIDs ist oder als es verwendet wurde, kann R-Explorer ihr Label lesen und vorschlagen, die Festplatten in einem einzigen System zusammenzubauen. Gleichzeitig führt das Programm diesen Zusammenbau im automatischen Modus als Antwort auf die Berechtigung des Benutzers aus.

Wenn Sie sicher sind, dass der wiederherzustellende Datenträger ein Teil von RAID war, aber nicht mehr ist, verweigern Sie den automatischen RAID-Zusammenbau, der vom Programm angeboten wird, und ignorieren Sie die Warnungen vor dem Start des Scannens. Wenn die Festplatte hingegen aus einem RAID herausgenommen wurde, sollten Sie sicherstellen, dass alle anderen Datenträger – die Komponenten dieses RAIDs – ebenfalls angeschlossen sind, und dann RAID zusammensetzen. Sie können es manuell tun oder dem Programm erlauben, diesen Prozess automatisch durchzuführen.

Wie kann ich die Daten auf RAID wiederherstellen?

Da RAID ein komplexes Speichergerät ist, das aus mehreren Festplatten, die in einem logischen System angeordnet sind, besteht, muss es in der Regel vor der Datenwiederherstellung neu zusammengestellt werden. Recovery Explorer erkennt automatisch die Metadaten auf Festplatten, die das RAID beschreiben, und stellt die Festplatten in einem virtuellen Datenspeicher zusammen. Wenn jedoch eine der für den RAID verantwortlichen Metadaten verloren gegangen ist, empfehlen wir die Verwendung von Datenwiederherstellungstools, die sich auf die Datenrettung und Rekonstruktion von komplexen RAID-Systeme spezialisieren.

Der Prozess der Datenwiederherstellung auf einem RAID-System umfasst die folgenden Schritte:

• Schalten Sie das RAID aus;

• Nehmen Sie alle RAID-Festplatten heraus;

• Verbinden Sie sie mit einem stationären Computer für die Wiederherstellung;

• Starten Sie das Abrufen von Daten mit Recovery Explorer, indem Sie auf die Registerkarte komplexe Speicher wechseln;

• Nachdem der Scanvorgang beendet ist, suchen und kopieren Sie die wiederhergestellten Daten in einen sicheren Ort.

Manipulationen mit RAID

RAID-Systeme sind in der Regel dazu gedacht, wichtige Informationen, deren Verlust unerwünscht ist, zu speichern. Daher müssen Benutzer, die RAID-Systeme verwenden, alle Vorsichtsmaßnahmen kennen, die ergriffen werden müssen, um den zu verhindern.

Einstellung des RAIDs

1. Gibt es genügend Kühler, um den Speicher abzukühlen?

Jede Festplatte wird heiß während des Betriebs, und wenn es mehrere von ihnen gibt, kann die Fahrlässigkeit der Kühlung-Vorschriften und Anforderungen ihren Zusammenbruch verursachen. Wenn das Array überhitzt, kann es scheitern, so müssen Sie eine ausreichende Kühlung gewährleisten. Bevor Sie den Speicher konfigurieren, müssen Sie sicherstellen, dass ein arbeitsfähige Kühler vorhanden ist und dass genug Raum rund um das Array verfügt, um seine Überhitzung zu vermeiden.

2. Verwenden Sie eine USV

Wenn beim Schreiben von Daten ein Stromausfall auftritt, werden die Daten nicht geschrieben. Darüber hinaus erhöht dies die Möglichkeit logischer und mechanischer Festplattenausfälle. Um dies zu vermeiden, verwenden Sie eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV).

Zuerst wird sie die Ausrüstung von den Effekten eines Spannungsflackerns speichern. Zweitens, im Falle eines Stromausfalls, wird der Benutzer Zeit haben, um Dateien zu speichern und das Gerät sicher auszuschalten.

3. Nehmen Sie die Festplatte verschiedener Produktionsgruppen

Die meisten RAIDs, mit Ausnahme von RAID0, sind optimiert, um im Modus eingeschränkter Funktionalität zu arbeiten. Wenn eine Festplatte (oder bis zu zwei in RAID6) zusammenbricht, wird das System weiterhin mit einer reduzierten Lese- und Schreibgeschwindigkeit arbeiten.

Wenn mehr als eine Festplatte (zwei Festplatten) während der Arbeit im eingeschränkten Modus unterbrochen werden, gehen die Daten verloren. Aus diesem Grund ist es empfehlenswert, das Array aus Datenträgern verschiedener Produktionsgruppen zu ordnen. Auf diese Weise können Sie die Wahrscheinlichkeit von gleichzeitigen Datenträgerfehlern verringern.

Verwalten von RAID

Festplatten-Reihenfolge kann wichtig sein

Jede Festplatte in einem RAID hat ihre Sequenznummer und die Daten werden in einer bestimmten Reihenfolge geschrieben und gelesen. Einige Controller definieren die Reihenfolge der Festplatten in der Reihenfolge, in der sie verbunden sind. Wenn die Festplatten-Reihenfolge geändert wird, können in Abhängigkeit von der Konfiguration einige typische Probleme auftreten:

• RAID0: das System kann die Festplattendaten nicht korrekt initialisieren, da die Block-Sequenz geändert gewesen ist;

• Jedes RAID mit einem Paritätscode: das System kann die Daten möglicherweise nicht verstehen. Es besteht eine hohe Möglichkeit, dass jede weitere Manipulation (z. b. Datenschreiben) zum Verlust einiger Blöcke auf den verschmutzten Datenträgern führen wird. Die Wiederherstellung dieser Daten erfordert eine zusätzliche Software-Anwendung und Fachwissen.

Die meisten fortschrittlichen RAID-Systeme können die Reihenfolge selbst definieren, wenn die Festplatten in der richtigen Reihenfolge angeschlossen sind. Dies kann bei der Diagnostik hilfreich sein.

Zu formatieren oder nicht zu formatieren?

Nehmen wir an, dass der Benutzer eine Festplatte aus einem RAID-System auswerfen und aus irgendeinem Grund an einen PC anschließen musste (z. b. für Diagnostik). In solchem Fall müssen die Betriebssystemmeldungen sorgfältig gelesen werden.

Das System kann anbieten, das Gerät zu formatieren. Es wird nicht empfohlen, dieses Angebot anzunehmen. Das Problem ist, dass die Formatierung kann zu den Verlust von wertvollen Informationen auf der Festplatte führen, der von einem langen und zeitaufwändigen Wiederherstellungsprozess gefolgt wird.

Verbinden und Trennen von Festplatten

Wenn das Datenspeichersystem keine Möglichkeit einer Ersatzfestplatte bietet, muss es vor allen physikalischen Operationen mit dem RAID-System von einem Netzteil getrennt werden. Wenn Sie dies nicht tun, können unvorsichtige Handlungen zu mechanischen oder logischen Datenträgerschäden führen.

Wenn Sie das Hot-Spare verwenden, beachten Sie bitte die folgenden Vorsichtsmaßnahmen:

• Sie können nicht diese Funktion mit Festplatten, die Teil von RAID, das im eingeschränkten Modus betrieben werden, ist verwenden;

• Trennen Sie nicht mehr als einen Datenträger gleichzeitig. Stellen Sie sicher, dass die RAID-Wiederherstellung beendet ist, nachdem Sie eine Festplatte getrennt und ersetzt haben. Erst danach können Sie andere Festplatten trennen.

RAID-Transport

Transport von RAID erfordert erhöhte Vorsicht, um die Festplatten vor mechanischen Schäden zu verhindern. Werfen oder schütteln Sie das Array nicht. Packen Sie es in antistatischer Kunststoff und Alufolie und schützen Sie es gegen Vibrationen mit einem speziellen Paket.

Richtige und falsche Vorgehensweise bei der Arbeit mit RAID

Bevor Sie eine Operation mit RAID starten, sollten Sie sich mit der folgenden Checkliste vertraut machen:

1. Schließen Sie ein RAID an ein Gerät, das keine genügende Anzahl von Kühlern hat, nicht an.
2. Ändern Sie die Reihenfolge der Datenträger nicht.
3. Während der Diagnostik von Datenträgern lesen Sie alle Betriebssystemmeldungen.
4. Bevor Sie physikalische Operationen durchführen, schalten Sie die Festplatten aus dem Netz.
5. Beseitigen Sie die mechanischen Beschädigungen der Festplatte.
6. Setzen Sie das Array während des Transports keine Vibrationen und anderen Lasten aus.