FSW23 - RAID Datenspeicherung

Ein RAID ist dazu da, um mehrere Festplatten zu einem logischen Laufwerk (System) zusammenzufassen. Ein RAID-Verbund ermöglicht im Vergleich zu einer einzelnen Festplatte eine grössere Speicherkapazität, eine höhere Datensicherheit und/oder ein grösserer Datendurchsatz.

Bedeutet, dass Daten mehrfach gespeichert werden, um ihre Sicherheit zu erhöhen. Falls ein Teil des Systems ausfällt (z. B. eine Festplatte), können die Daten von einer anderen Quelle wiederhergestellt werden. In RAID-Systemen sorgt Redundanz dafür, dass Daten im Falle eines Festplattenausfalls nicht verloren gehen. Kurz gesatz; doppeltes Vorhanden sein der Daten.

Bezeichnet die Gruppe von Festplatten, die in einem RAID-Verbund zusammengefasst sind. Ein RAID-Array besteht also aus mehreren Festplatten, die als ein einziges logisches Laufwerk agieren.

 Ein RAID-Controller verwaltet die Festplatten in einem RAID-System, organisiert die Datenverteilung gemäss der RAID-Stufe und sorgt für Redundanz, Fehlerkorrektur und Performance. Hardware-Controller nutzen eigene Chips und entlasten die CPU, während Software-Controller die Systemressourcen verwenden.

Software-RAID wird direkt vom Betriebssystem verwaltet, beispielsweise durch die RAID-Funktion im Festplattendienstprogramm von macOS. Es ist kostengünstig und einfach einzurichten, belastet jedoch die Prozessorleistung des Computers.

Hardware-RAID wird von einem eigenen Controller (Chip) verwaltet. Solche Systeme sind entweder als PCI-Karten für den Einbau in Computer oder als externe RAID-Gehäuse verfügbar (z. B. Apples Xserve RAID). Externe RAID-Gehäuse werden über Glasfaser, SCSI oder FireWire mit dem Computer oder Server verbunden. Hochwertige externe RAID-Systeme verfügen häufig über redundante Netzteile und Controller, um die Ausfallsicherheit des Systems zu maximieren.

Beschreibt die spezifische Methode, wie diese Festplatten im Array organisiert werden, um entweder Leistung zu steigern oder Redundanz (Datenabsicherung) zu bieten. Am gängigsten sind RAID 0, RAID 1 und RAID 5. Es gibt noch weitere Levels, bei denen handelt es sich meist um kombinationen von diesen Levels um deren Vorteile zu nutzen.

Verteilt Daten auf mindestens zwei Festplatten, indem sie in Streifen aufgeteilt werden. Dies ermöglicht schnellere Lese- und Schreiboperationen, da beide Festplatten gleichzeitig arbeiten. RAID 0 bietet jedoch keine Redundanz – geht eine Festplatte verloren, sind alle Daten weg. Daher eignet sich RAID 0 vor allem für Anwendungen, bei denen Geschwindigkeit wichtiger ist als Datensicherheit, wie z. B. bei der Videobearbeitung (temporäres Speichermedium). Es ist wichtig, RAID 0 nur in Umgebungen zu nutzen, in denen Daten regelmässig gesichert werden, da keine Fehlertoleranz besteht.

- kein RAID im eigentlichen Sinne; keine erhöhte Datensicherheit, im Gegenteil!

- 100% der Festplattenkapazität nutzbar

- hohe Geschwindigkeit

RAID 1, Mirroring «Spiegelung»

RAID 1 bietet vollständige Redundanz durch Spiegelung der Daten. Es benötigt mindestens zwei Festplatten, auf denen die Daten identisch gespeichert werden. Sollte eine Festplatte ausfallen, sind alle Daten auf der anderen Festplatte weiterhin verfügbar, was eine hohe Fehlertoleranz sicherstellt. Die Speicherkapazität des RAID 1-Verbunds entspricht dabei der kleineren Festplatte, da nur so viel Speicherplatz genutzt wird, wie die kleinste Festplatte bietet. RAID 1 schützt also vor Datenverlust, da es immer eine Kopie der Daten auf der anderen Festplatte gibt.

- mindestens zwei Festplatten erforderlich

- die beteiligten Festplatten enthalten identische Daten

- 50% Nettokapazität (bei gleichgrossen Festplatten)

RAID 5, Striping und Parität

RAID 5 bietet sowohl hohe Lesegeschwindigkeit als auch Redundanz durch Paritätsdaten. Die Daten werden auf mehrere Festplatten verteilt (Striping), und die Parität wird mithilfe einer XOR-Operation berechnet. Diese Paritätsdaten werden gleichmässig auf allen Festplatten im Array verteilt. Bei einem Festplattenausfall kann der RAID-Controller die fehlenden Daten aus der Parität und den verbleibenden Daten rekonstruieren, sodass die Datenintegrität gewahrt bleibt.

- Typisches Einsatzgebiet für Fileserver

- bietet Schnelligkeit beim Lesen und Datensicherheit

- mindestens drei Festplatten erforderlich

- Datenwiederherstellung mittels «Paritätsbits» siehe auch Boolesche Variablen (Exklusiv-Oder)

- 60-80% Nettokapazität (je nach Konfiguration)

Eine Hot-Spare-Platte ist eine im RAID-System installierte, aber ungenutzte Festplatte. Im Falle eines Festplattenausfalls wird sie automatisch aktiviert, sodass die Wiederherstellung der Daten sofort beginnen kann.

Bezeichnet man die Möglichkeit, Festplatten im laufenden Betrieb auszutauschen, ohne das RAID-System zu unterrechen.

Webserver, stellt Webseiten über HTTP/HTTPS bereit.

Datenbankserver, verarbeitet und stellt Daten aus relationalen oder nicht-relationalen Datenbanken zur Verfügung.

Dateiserver, speichert, verwaltet und stellt Dateien über das Netzwerk zur Verfügung.

Mailserver, verarbeitet und verwaltet E-Mails für das Senden, Empfangen und Speichern.

Unterschiedliche Antworten korrekt. 

Beispiel für eine Lösung (Xenia):

Wenn es nur für 6 Monate sein muss, würde ich zwei externe Festplatten nehmen und diese an den Computer anhängen. Diese würde ich so programmieren, dass diese vor Feierabend ein automatisches Backup machen. Eine Festplatte bleibt im Betrieb die andere nehme ich mit nach Hause. Somit hat man immer eine doppelte Sicherung des Backups. 

Leistungsstarker Zentralcomputer, mit dem mehrere andere Computer verbunden sind. Der Server stellt den verbundenen Computern seine Ressourcen (z. B. Daten) zur Verfügung.