Raid Systeme

• Performance - wie hoch ist der tatsächliche Zugewinn an Leistung im Vergleich zu einzelnen Festplatten ?
• Datensicherheit - wie sicher ist die Raid-Lösung im Falle eines Festplatten-Defekts ? Wie viele Festplatten können gleichzeitig ausfallen, ohne dass Daten verlorengehen ?
• Gesamtkapazität - wieviel Speicher wird benötigt ? Wieviele Stunden Videomaterial können gespeichert werden ?
• Wartungsfreundlichkeit - können defekte Festplatten im laufenden Betrieb ausgetauscht werden ? (Hot-Swap-Fähigkeit). Kann eine zufriedenstellende Kühlung der Festplatten auch unter schlechtesten Umständen gewährleistet werden ? Kann die Temperatur über ein Display oder entsprechende Software überwacht werden ?
• Preis-Leistungsverhältnis - welches System ist für die geplanten Anwendungen erforderlich - welche Kapazität, welche Geschwindigkeit ? Wie hoch muss die Datensicherheit im Verhältnis zur erreichbaren Geschwindigkeit sein ?

Raid-Systeme

Raid steht für Redundant Array of Inexpensive Disks und bezeichnet eine Anordnung mehrerer Festplatten zum Zwecke der höheren Datensicherheit und der besseren Performance. Die ursprüngliche Idee basiert auf dem Prinzip, dass mehrere kleine Festplatten zusammengeschlossen werden können, um höhere Datenübertragungsraten zu erreichen. In der weiteren Entwicklung stellte sich zunehmend der Sicherheitsaspekt in den Vordergrund: Verteilt man wichtige Daten auf mehrere Festplatten, so ist die Wahrscheinlichkeit des Datenverlustes bei Ausfall einer Festplatte geringer - speichert man diese Daten gleichzeitig auf mehreren Festplatten, indem permanent Kopien der Daten parallel auf physisch voneinander getrennten Laufwerken angelegt werden, so wird die Sicherheit noch weiter erhöht - eine ideale Lösung also für Serversysteme mit wichtigen Daten, die ständig benötigt werden. Moderne Raid-Systeme ermöglichen sogar den Austausch von defekten Festplatten während dem laufenden Betrieb, ohne dass dabei die Daten gefährdet werden. Erst der gleichzeitige Ausfall von mehreren Festplatten würde zu Datenverlust führen - dieser Umstand ist aber sehr unwahrscheinlich.
Als letzte realistische Gefahr bleibt nur ein kompletter Ausfall der Stromversorgung - aus diesem Grund sind komplexe Raid-Systeme mit reduntanten Netzteilen ausgestattet - dabei handelt es sich um zwei parallel laufende Netzteile, bei denen im Falle eines Defektes das zweite Netzteil automatisch die Stromversorgung übernimmt.
Um den Betrieb eines Raid-Systems und anderer wichtiger Komponenten eines Servers oder einer Workstation auch bei Ausfall des Stromnetzes, etwa in Folge eines Blitzschlages, zu gewährleisten, wird die Stromzuleitung über ein USV-System geführt.
USV steht für "unterbrechungsfreie Stromversorgung" und bezeichnet ein Gerät das dafür sorgt, dass bei Stromausfall die Stromversorgung der angeschlossenen Geräte für eine gewisse Zeit aufrechterhalten wird.

Raid-Systeme können grundsätzlich aus allen Typen von Festplatten gebaut werden. Wichtig ist es, dass die möglichen höheren Transferraten nicht durch eine Schnittstelle mit geringer Kapazität gebremst werden. Zusätzlich müssen die entsprechenden Anschlüsse für die gewünschte Anzahl der Festplatten vorhanden sein. ATA-Systeme haben diesbezüglich Einschränkungen, da die meisten Controller nur Anschlüsse für maximal 4 Laufwerke bieten und dabei auch nur zwei Master-Kanäle zur Verfügung stehen. Bei Verwendung von EIDE-Festplatten sollte in jedem Fall darauf geachtet werden, dass die beteiligten Festplatten jeweils einen eigenen Master-Kanal zur Verfügung haben, da nur so eine wirkliche Geschwindigkeits-Steigerung erreicht werden kann. Hängen zwei Festplatten als Master und Slave an einem EIDE-Kanal, so werden Zugriffsbefehle nacheinander, also seriell, und nicht gleichzeitig vom System erteilt und abgearbeitet, was dazu führt, dass sich die Geschwindigkeit keinesfalls erhöht. Als Work-around für dieses Problem bieten einige Softwarelösungen beim Einsatz von vier Festplatten an nur zwei Kanälen die Möglichkeit eine Stripe-Order festzulegen, die angibt, in welcher Reihenfolge die Festplatten angesprochen werden sollen. Dabei werden dann immer abwechselnd jeweils 2 Laufwerke an unterschiedlichen Kanälen angesprochen.
SCSI-Systeme hingegen haben hier erhebliche Vorteile, weil die Festplatten grundsätzlich schneller sind und bis zu 15 Laufwerke an einem Kanal angeschlossen und diese auch gleichzeitig angesprochen werden können.

Raid-Systeme werden je nach Anwendungsbereich und dem Verhältnis zwischen Performance, Datensicherheit und Kapazitätzugewinn in Levels von 0-7 eingeteilt. Die Zahlen der Bezeichnungen stehen in keinem direkten Verhältnis zur Qualität der Datensicherheit oder Performance eines Levels. Zusätzlich gibt es Kombinationen der einzelnen Systeme - so wird eine Kombination aus Raid Level 0 und Raid Level 5 als Level 50 bezeichnet.

Stripe Set / Raid Level 0
Die einfachste und verbreitetste Form eines Raid-Systems ist das sogenannte Stripe-Set, auch als Raid Level 0 bezeichnet. Die Bezeichnung "Raid" ist dafür eigentlich nicht wirklich zutreffend, da bei diesem System die Daten nicht redundant gespeichert werden.
Dabei werden 2 oder mehr Festplatten vom Betriebssystem (Windows2000, Windows XP) oder mit einer geeigneten Software zusammengefasst und als einzelnes Laufwerk behandelt. Die Daten werden in winzigen Paketen von 4-128 Kilobyte zerlegt und auf die zusammenhängenden Festplatten aufgeteilt. Dadurch erhöht sich die Schreib-Lesegeschwindigkeit, weil diese Datenpakete gleichzeitig verarbeitet werden können. Stripe-Sets bieten keine zusätzliche Datensicherheit - im Gegenteil, fällt nur eine Festplatte eines Stripe-Sets aus, so werden auch die Daten auf den übrigen Festplatten unbrauchbar.
Da für ein Stripe Set keine zusätzliche Hardware notwendig ist und die nötige Software bereits in die meisten aktuellen Betriebssysteme integriert ist, stellt dieses System die kostengünstigste Lösung eines schnellen Raid-Systems dar. Allerdings muss für den Zugewinn an Performance das erhöhte Risiko eines Datenverlustes in Kauf genommen werden.

Raid Level 1
Ein Raid System, das aus jeweils zwei parallel laufenden Festplatten besteht. Die Daten werden permanent auf beiden Festplatten gleichzeitig abgelegt. Diesen Vorgang bezeichnet man als Datenspiegelung. Hierbei wird eine hohe Datensicherheit erlangt, die aber auf Kosten der Kapazität geht. Ein Performance-Zuwachs ist hier nicht gegeben. Da hier immer die doppelte Festplattenkapazität erforderlich ist, ist dieses System bei großen Datenmengen sehr teuer und dadurch unwirtschaftlich.

Alle weiteren Raid Levels von 2-7 bieten unterschiedliche Konfigurationen, deren Speicherkonzept jeweils unterschiedliche Verhältnisse zwischen erhöhter Datensicherheit und verbesserter Performance darstellt. Die meisten dieser Lösungen arbeiten nicht mit einer 100%igen Datenredundanz wie bei Raid 1 - bei diesen Systemen werden für jeden abgelegten Datensatz zusätzlich sogenannte Parity-Daten gespeichert, die es ermöglichen, bei einem teilweisen Datenverlust durch den Ausfall einer beteiligten Festplatte mit Hilfe der verbleibenden Informationen die verlorenen Daten zu rekonstruieren.

Raid 6 bietet die höchste Datensicherheit, indem eine zusätzliche Festplatte zur Sicherung jener Daten, die der Wiederherstellung von Daten im Falle eines Festplattendefekts dienen, eingesetzt wird.
Am weitesten verbreitet wird im Server-Bereich Raid 5 eingesetzt, da hier das Verhältnis zwischen Datensicherheit und Performance am ausgeglichensten erscheint. Im Gegensatz zu Raid 6 werden hier die Parity-Daten auf alle beteiligten Festplatten verteilt. Dadurch wird die Geschwindigkeit etwas erhöht, weil kein Engpass beim gleichzeitigen Zugriff auf diese Daten entsteht.