So funktioniert es
Ein RAID-Array kombiniert mehrere Festplatten zu einer, um Kapazität, Geschwindigkeit oder Fehlertoleranz zu steigern, und fast nie alle drei gleichzeitig. Jede Ebene löst diese Verpflichtung auf unterschiedliche Weise: Es gibt Ebenen, die die Daten verteilen, ohne etwas anderes zu speichern, andere, die vollständige Kopien schreiben, und andere, die Paritäten berechnen, um das Verlorene rekonstruieren zu können.
Der Rechner ermittelt anhand der Anzahl der Festplatten, ihrer Kapazität und der gewählten Stufe, wie viel Kapazität tatsächlich für Daten übrig bleibt, wie viel Redundanz in Anspruch genommen wird, wie viele Festplatten ohne Informationsverlust ausfallen können und welche ungefähre Leistung erzielt wird. Die Kapazität wird in den von den Herstellern verwendeten Dezimaleinheiten und in den vom Betriebssystem gemeldeten Binäreinheiten angezeigt, wodurch das ewige Gefühl entsteht, dass die Festplatte weniger enthält, als auf der Verpackung angegeben ist.
Außerdem wird abgeschätzt, wie lange eine Neuerstellung dauert und wie wahrscheinlich es ist, dass während der Dauer ein nicht behebbarer Lesefehler auftritt, der der Punkt ist, an dem viele Single-Parity-Arrays schließlich ausfallen. Der abschließende Vergleich berechnet alle Level mit der gleichen Hardware, um auf einen Blick zu sehen, was bei jedem Level gewonnen und was verloren wird.
Beispiele
8 × 4 TB · RAID 624 TBZwei der acht Festplatten gehen in die doppelte Parität, sodass noch sechs für Daten übrig sind: 24 TB dezimal, was das Betriebssystem als 21,8 TiB anzeigt. Der Wirkungsgrad beträgt 75 % und das Array toleriert den Ausfall von zwei beliebigen Festplatten.8 × 4 TB · RAID 1016 TBBei gleichen Scheiben bleibt dem Spiegel nur die Hälfte der Kapazität übrig. Im Gegenzug schreibt es mit der doppelten Geschwindigkeit wie RAID 6 und baut es neu auf, indem es eine einzelne Festplatte kopiert, anstatt die restlichen sieben zu lesen.5 × 4 TB · RAID 572 %Dies ist die Wahrscheinlichkeit, dass bei der Wiederherstellung einer abgestürzten Festplatte ein nicht behebbarer Lesefehler auftritt, wobei bei Desktop-Festplatten alle 10^14 Bits ein Fehler auftritt. Sie müssen ganze 16 TB auslesen, und in RAID 5 kann jeder Fehler während dieses Lesevorgangs nirgendwo behoben werden.12 × 8 TB · RAID 6064 TBZwölf Festplatten, aufgeteilt in zwei Sechsergruppen: Jede Gruppe verliert zwei Festplatten in ihrer doppelten Parität, sodass acht für Daten übrig bleiben. Es wird mehr Kapazität geopfert als bei RAID 6, aber bei der Neuerstellung werden nur die fünf Festplatten in der betroffenen Gruppe gelesen und nicht die elf im Array.Anwendungsfälle
- Entscheiden Sie, wie viele Laufwerke Sie kaufen und welche Größe Sie benötigen, um die für ein NAS oder Dateiserver erforderliche Kapazität zu erreichen.
- Vergleichen Sie die Ebenen, bevor Sie das Arrangement erstellen, dann haben Sie noch die Wahl, denn eine nachträgliche Änderung der Ebenen bedeutet fast immer, dass Sie alles von Grund auf neu erstellen müssen.
- Erklären Sie einem Kunden oder Chef, warum acht 4-TB-Laufwerke Ihnen nicht 32 TB nutzbaren Speicherplatz bieten.
- Schätzen Sie, wie viele Stunden ein Array während der Wiederherstellung einer Festplatte verfügbar ist, um die Änderung in einem Zeitfenster mit geringer Auslastung zu planen.
- Begründen Sie den Sprung von RAID 5 zu RAID 6 in einem großen Festplatten-Array, indem Sie das Risiko eines Neuaufbaus aufzeigen.
- Berechnen Sie die tatsächlichen Kosten pro nutzbarem Terabyte verschiedener Festplattenkombinationen und -stufen, bevor Sie den Kauf unterzeichnen.
Häufige Fragen
Warum zeigt das Betriebssystem weniger Kapazität an als ich schätze?
Weil sie nicht die gleiche Sprache sprechen. Hersteller verkaufen in Dezimaleinheiten, wobei ein TB eine Billion Bytes beträgt, und die meisten Betriebssysteme geben in Binäreinheiten an, wobei ein TiB 2^40 Bytes beträgt – etwa 9 % größer. Eine 4-TB-Festplatte wird als 3,64 TiB angezeigt, ohne dass ein einziges Byte fehlt. Der Rechner zeigt die beiden Zahlen präzise an, so dass der Unterschied nicht überraschend ist. Hinzu kommt, was das Dateisystem reserviert, was davon abhängt, welches Sie verwenden.
RAID 5 oder RAID 6?
Es hängt von der Größe der Festplatten und deren Anzahl ab. RAID 5 opfert eine einzelne Festplatte und toleriert einen einzelnen Ausfall; Das Problem besteht darin, dass das Array beim Neuaufbau ohne jeglichen Schutz bleibt und alle verbleibenden Festplatten vollständig gelesen werden müssen, was bei Festplatten mit mehreren Terabyte mehrere Tage dauern kann. RAID 6 opfert eine weitere Festplatte, erleidet aber genau in diesem kritischen Moment einen zweiten Ausfall. Bei Festplatten mit 4 TB oder mehr oder Arrays mit acht oder mehr Festplatten ist RAID 6 die vernünftige Wahl.
Was ist eine Schreibstrafe?
Dabei handelt es sich um die Anzahl der Vorgänge auf der physischen Festplatte, die jeder logische Schreibvorgang kostet. Bei RAID 0 ist es 1, weil es geschrieben ist und das wars. Bei Spiegeln ist es 2 wert, da die gleichen Daten auf zwei Festplatten gespeichert werden. Bei RAID 5 ist es 4: Sie müssen die alten Daten lesen, die alte Parität lesen, die neuen Daten schreiben und die neue Parität schreiben. Bei RAID 6 ist es 6, da es zwei Paritäten gibt. Aus diesem Grund kann ein Array mit Parität hervorragende Lesevorgänge und sehr schlechte zufällige Schreibvorgänge aufweisen, und aus diesem Grund werden schreibintensive Datenbanken normalerweise auf RAID 10 ausgeführt.
Wie viele Festplatten unterstützt RAID 10 tatsächlich?
Eines garantiert und mit etwas Glück bis zur Hälfte der Abfindung. RAID 10 erstellt Spiegel paarweise und verteilt die Daten zwischen ihnen: Solange die Ausfälle auf verschiedene Spiegel fallen, ist das Array noch aktiv, wenn es sich jedoch bei den beiden ausgefallenen Festplatten um dasselbe Paar handelt, ist alles verloren. Bei acht Scheiben könnten Sie vier verlieren und weitermachen, oder zwei verlieren und nichts mehr übrig haben. Deshalb zeigt der Rechner beide Zahlen an und es ist niemals ratsam, mit der optimistischen zu planen.
Wann ist RAID 50 oder RAID 60 geeignet?
Wenn so viele Festplatten vorhanden sind, dass eine einzelne Paritätsgruppe umständlich wird. Durch die Aufteilung von zwölf oder vierundzwanzig Festplatten in mehrere Gruppen wird der Wiederherstellungsvorgang verkürzt, da nur die Gruppe gelesen wird, in der die Festplatte ausgefallen ist, und nicht das gesamte Array. Außerdem kann ein Ausfall pro Gruppe statt nur einer im gesamten Array toleriert werden. Der Preis besteht darin, dass jede Gruppe ihre eigene Parität hat: Je mehr Gruppen, desto weniger nutzbare Kapazität. Hierbei handelt es sich um Server-Controller- oder Laufwerksgehäuseebenen, nicht um ein NAS mit vier Einschüben.
Was passiert, wenn die Festplatten unterschiedliche Größen haben?
Bei einem klassischen RAID verhalten sich alle Festplatten so, als hätten sie die Größe der kleinsten, und was auf den großen übrig bleibt, bleibt ungenutzt. Deshalb arbeitet der Rechner mit einer einzigen Größe: Wenn Sie gemischte Festplatten haben, laden Sie die kleinste und Sie erhalten die tatsächliche Kapazität des Arrays. Einige Speichersysteme, beispielsweise mehrere Heim-NAS oder Dateisysteme mit eigener Redundanz, wissen zwar, wie sie überschüssigen Speicherplatz ausnutzen können, folgen aber nicht mehr den Regeln des herkömmlichen RAID.
Erhöht eine Hot-Spare-Festplatte die Fehlertoleranz?
Es fügt keine tolerierten Fehler hinzu, sondern erhöht die Reaktionsgeschwindigkeit. Ein Hotspare ist eingesteckt und dreht sich ohne Daten und wartet darauf, dass eine Festplatte abgelegt wird, damit der Neuaufbau von selbst starten kann, und zwar in wenigen Minuten und nicht, wenn jemand am Rack vorbeigeht. Da der gefährlichste Moment einer Reparatur genau der vom Scheitern bis zum Ende der Rekonstruktion ist, lohnt es sich, dieses Zeitfenster zu verkürzen. Natürlich belegt sie einen Schacht und wird wie jede andere Festplatte bezahlt, weshalb der Rechner sie von der Effizienz abzieht.
Was ist ein nicht behebbarer Lesefehler und warum macht er eine Neuerstellung zunichte?
Es handelt sich um einen Sektor, den die Festplatte selbst mit ihren eigenen Korrekturcodes nicht lesen kann. In den Datenblättern wird dies als Rate angegeben: Desktop-Laufwerke zeigen normalerweise weniger als 1 alle 10^14 gelesenen Bits an, NAS-Laufwerke 1 alle 10^15 und SAS-Business-Laufwerke 1 alle 10^16. Im täglichen Gebrauch ist es fast unbemerkt, aber eine Neuerstellung zwingt Sie dazu, alle verbleibenden Festplatten vollständig zu lesen, und dann wird die Zählung umständlich: In einem Array mit einer einzigen Parität bedeutet ein einzelner Fehler bei diesem massiven Lesevorgang Datenverlust. Bei der doppelten Parität hingegen wird der Sektor mit der zweiten neu aufgebaut und es passiert nichts.
Ersetzt RAID Backups?
Nein, und es ist das teuerste Missverständnis von Lagerung. RAID schützt vor dem physischen Ausfall einer Festplatte und vor nichts anderem: einem versehentlichen Löschen, einer durch die Anwendung beschädigten Datei, Ransomware, Diebstahl, einem Brand oder einer Quelle, die alle Festplatten auf einmal angreift, werden im gesamten Array gleichermaßen repliziert oder gehen verloren. RAID steht für Hochverfügbarkeit, d. h. es funktioniert weiterhin, während eine Festplatte ausgetauscht wird. Backup bedeutet, dass man zurückgehen kann. Beides wird benötigt.
Sind die IOPS- und Geschwindigkeitswerte das, was ich messen werde?
Sie stellen eine theoretische Obergrenze dar, die für den Vergleich der Niveaus untereinander nützlich ist. Sie gehen davon aus, dass die Last gleichmäßig auf alle Festplatten verteilt wird und weder der Controller, noch sein Cache, noch der Bus, noch das Dateisystem in die Warteschlange geraten. In der Praxis kann ein Controller mit batteriegeschütztem Cache einen Großteil der Schreibeinbußen verbergen, und ein laufender Neuaufbau kann die Hälfte der Leistung beanspruchen. Verwenden Sie die Zahlen, um das Niveau zu bestimmen, und nicht, um Zahlen zu versprechen.