Verständnis von Festplattentypen, RAID und RAID-Controllern auf Dell PowerEdge- und Blade-Gehäuse-Servern

Inhaltsverzeichnis:

1. Festplattentypen
2. Was ist RAID?
3. RAID-Lösungen verfügbar
4. Verstehen der Konfiguration
   
    

Arten von Festplatten

Dell PERC (PowerEdge RAID Controller) und andere Controller können eine breite Auswahl an Festplatten unterstützen. Es gibt vier Haupttypen, die für die neunte Generation und die folgenden Generationen von Servern verwendet werden. Es gibt spezifische Konfigurationseinschränkungen und die Einzelheiten sollten für den Typ des verwendeten Controllers überprüft werden. Darüber hinaus können die verschiedenen Arten nicht im gleichen RAID-Satz gemischt werden. Übertragungen werden nur als SATA 1, 2 oder 3 unterschieden. Möglicherweise gibt es noch 3 Gbit/s oder 6 Gbit/s. Um die maximale Geschwindigkeit für Festplatte, Rückwandplatine, Kabel und Controller zu erreichen, müssen alle die eingestellte Geschwindigkeit unterstützen. In den meisten Fällen sind die höheren technischen Angaben abwärtskompatibel bis zur niedrigsten gemeinsamen Geschwindigkeit. Beispiel: Wenn eine 6 Gbit/s-Festplatte in eine 3 Gbit/s-Rückwandplatine eingesetzt wird, beträgt die Geschwindigkeit 3 Gbit/s.

 

1. Serial ATA (SATA): SATA-Laufwerke basieren auf Festplattenlaufwerken in Dell PowerEdge-Servern. Serielles ATA wurde entwickelt, um den älteren parallelen PATA-Standard (PATA, oder häufig beim alten Namen IDE genannt) zu ersetzen. Somit werden verschiedenste Vorteile gegenüber der alten Schnittstelle geboten: geringere Kabelgröße und Kosten (7 Leiter statt vorher 40), natives Hot Swap, schnellere Datenübertragung durch höhere Signalraten und eine effizientere Übertragung durch ein I/O-Queuing-Protokoll. Auf einigen Systemen ohne Controller können diese kabelgebunden angeschlossen werden, anstatt die integrierten SATA-Verbindungen auf der Hauptplatine zu nutzen. Auf kleineren Servern mit einem Controller kann der Anschluss noch immer kabelgebunden durchgeführt werden, weil diese Systeme keine Rückwandplatine besitzen. Verkabelte Festplatten sind nicht hot-swap-fähig.
   
    
2. Near Line SAS: Near Line SAS sind Unternehmens-SATA-Laufwerke mit einer SAS-Schnittstelle, Magnetkopf, Medium und der Rotationsgeschwindigkeit eines traditionellen Unternehmens-SATA-Laufwerks mit voll funktionsfähiger SAS-Schnittstelle, die typisch für die klassischen SAS-Laufwerke ist. Dies gewährleistet eine höhere Leistung und Zuverlässigkeit gegenüber SATA. Im Grunde ist es als eine Mischung zwischen SATA und SAS zu betrachten.
   
    
3. Seriell angebundenes SCSI (SAS): SAS ist ein Kommunikationsprotokoll, welches in Unternehmens-Laufwerken und Bandlaufwerken verwendet wird. SAS ist ein serielles Punkt-zu-Punkt-Protokoll, welches die ältere parallele SCSI-Bus-Technologie (SCSI) ersetzt. Es verwendet den standardmäßigen SCSI-Befehlssatz. Diese verfügen über zusätzliche Verbindungen durch den oberen Teil der SATA-Verbindungen. Diese führen die Liste der leistungsstärksten elektromagnetischen Laufwerke an.
   
    
4. Solid-State-Laufwerk (SSD): Ein SSD ist ein Daten-Storage-Gerät, bei dem Baugruppen mit integrierter Schaltung zur anhaltenden Speicherung von Daten verwendet werden. Die SSD-Technologie verwendet elektronische Schnittstellen, die mit traditionellen Block-Eingabe/Ausgabe-Festplattenlaufwerken kompatibel sind. SSDs enthalten keine mechanisch beweglichen Komponenten, was sie von den traditionellen magnetischen Laufwerken (Festplattenlaufwerke) unterscheidet, die elektromagnetische Geräte sind und mit sich drehenden Scheiben und beweglichen Lese-/Schreibköpfe ausgestattet sind. Im Vergleich zu elektromechanischen Festplatten sind SSD-Laufwerke weniger anfällig für physische Erschütterungen, sind leiser, und haben kürzere Zugriffs- und Latenzzeiten. Aufgrund dieser Funktionen sind SSD-Laufwerke unter den auf dem heutigen Markt erhältlichen Laufwerken die schnellsten E/A-Laufwerke.
   
    

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Was ist RAID?

RAID bezeichnet eine Gruppe von mehreren unabhängigen physischen Laufwerken, die eine höhere Speicherleistung ermöglichen, da mehr Laufwerke für das Speichern und den Zugriff auf die Daten verwendet werden. Ein RAID-Subsystem verbessert die E/A-Leistungsfähigkeit und die Verfügbarkeit der Daten. Die physische Datenträgergruppe erscheint für das Host-System als einzelne Speichereinheit oder als mehrere logische Einheiten. Der Datendurchsatz wird verbessert, da auf mehrere Festplatten gleichzeitig zugegriffen wird. RAID-Systeme zeichnen sich außerdem durch höhere Speicherverfügbarkeit und Fehlertoleranz aus. Wenn durch den Ausfall einer physikalischen Festplatte Daten verloren gehen, können diese durch einen Wiederaufbau mithilfe der Daten oder Parität auf den übrigen physikalischen Festplatten wiederhergestellt werden. RAID ist keine Backup Lösung. Die gute, alte Methode der Datensicherung lässt sich dadurch nicht ersetzen.
 

Die unterschiedlichen RAID-Level:

• RAID 0 verwendet Festplatten-Striping, um einen hohen Datendurchsatz zu erreichen, speziell bei großen Dateien in Umgebungen ohne Bedarf für Datenredundanz.
• RAID 1 verwendet Festplattenspiegelung, damit Daten, die auf eine physikalische Festplatte geschrieben werden, gleichzeitig auf eine andere physikalische Festplatten geschrieben werden. RAID 1 eignet sich für kleine Datenbanken und andere Anwendungen mit niedriger Kapazität, aber hohem Bedarf an Datenredundanz.
• Bei RAID 5 wird mittels Parität und Striping über alle physikalischen Laufwerke (verteilte Parität) ein hoher Datendurchsatz und Datenredundanz insbesondere für wahlfreien Datenzugriff in kleinem Umfang ermöglicht.
• RAID 6 ist eine Erweiterung von RAID 5 und verwendet einen zusätzlichen Paritätsblock. RAID 6 verwendet Block-Klassen-Striping mit zwei Paritätsblöcken, die über alle Mitgliederlaufwerke verteilt sind. RAID 6 bietet einen Schutz gegen doppelten Laufwerksausfall und Ausfälle, wenn ein einzelnes Laufwerk neu aufgebaut wird. Wenn Sie nur ein Array verwenden, ist die Bereitstellung von RAID 6 effektiver als die eines Ersatzlaufwerks.
• RAID 10 ist eine Kombination aus RAID 0 und RAID 1 und verwendet Laufwerk-Striping auf gespiegelten Laufwerken. Es bietet hohen Datendurchsatz und komplette Datenredundanz. RAID 10 kann bis zu acht Bereiche und bis zu 32 physikalische Laufwerke pro übergreifendem Laufwerk unterstützen.
• RAID 50 ist eine Kombination aus RAID 0 und RAID 5, wobei ein RAID 0-Array über RAID 5-Elemente gestriped ist. RAID 50 benötigt mindestens sechs Laufwerke.
• RAID 60 ist eine Kombination aus RAID 0 und RAID 6, wobei ein RAID 0-Array über RAID 6-Elemente gestriped ist. RAID 60 erfordert mindestens acht Laufwerke.

RAID-Begriffe
 

• RAID 0:  RAID 0 ermöglicht es Ihnen, Daten über mehrere physische Festplatten hinweg zu schreiben, anstatt nur eine einzige physische Festplatte zu nutzen. Bei diesem Vorgehen wird der Speicherraum jedes physischen Laufwerks in 64 KB große Streifen ("Stripes") partitioniert. Diese Stripes sind in einer sich wiederholenden Reihenfolge ineinander verschachtelt. Der Teil eines Stripes auf einer einzelnen physikalischen Festplatte wird als Stripe-Element bezeichnet. Zum Beispiel wird bei einem System mit vier Laufwerken, das nur Integrated Striping verwendet, Segment 1 auf Laufwerk 1 geschrieben, Segment 2 auf Laufwerk 2, und so weiter. RAID 0 verbessert die Leistung, weil mehrere physische Laufwerke gleichzeitig abgerufen werden, es bietet jedoch keine Datenredundanz (Abbildung 1 (nur in englischer Sprache)). 

  
Abbildung 1: RAID 0

Fehlertoleranz – Keine
Vorteile – Verbesserte Leistung, Zusätzlicher Speichernachteil
– Sollte nicht für kritische Daten verwendet werden Datenverlust tritt bei einem Laufwerksausfall auf.


 

RAID 1

Mit RAID 1 werden Daten, die auf ein Laufwerk geschrieben werden, gleichzeitig auf ein anderes Laufwerk geschrieben. Wenn eine Festplatte ausfällt, kann der Systembetrieb mit dem Inhalt des anderen Festplatten fortgesetzt und die ausgefallene Festplatte wiederaufgebaut werden. Der Hauptvorteil von RAID 1 besteht in der hundertprozentigen Datenredundanz. Da der Inhalt eines Laufwerks vollständig auch auf ein zweites Laufwerk geschrieben wird, kann das System den Ausfall eines Laufwerks verkraften. Beide Laufwerke enthalten zu jeder Zeit die gleichen Daten. Beide physische Laufwerke können als physische Betriebslaufwerke agieren (Abbildung 2 (nur in englischer Sprache)).

Hinweis: Bei gespiegelten physikalischen Festplatten wird durch Lastausgleich die Leseleistung verbessert.

 
Abbildung 2: RAID 1

Fehlertoleranz – Festplattenfehler, Ausfall einzelner Festplatte
Vorteil – Hohe Leseleistung, schnelle Wiederherstellung nach Laufwerksausfall, Datenredundanz
Nachteil – Hohe Restkapazität auf Festplatte, beschränkte Kapazität

 

RAID 5 und 6

Paritätsdaten sind redundante Daten, die erstellt werden, um innerhalb gewisser RAID-Level Fehlertoleranz zu bieten. Wenn ein Laufwerk ausfällt, kann der Controller die Paritätsdaten zur Wiederherstellung der Benutzerdaten verwenden. Es gibt Paritätsdaten für RAID 5, 6, 50 und 60. Die Paritätsdaten werden über alle physikalischen Festplatten im System verteilt. Wenn eine einzelne Festplatte ausfällt, kann sie über die Parität und Daten auf den übrigen physikalischen Festplatten wiederhergestellt werden. RAID-Level 5 kombiniert die verteilte Parität durch Festplatten-Striping. Siehe unten (Abbildung 3 (nur in englischer Sprache)). Parität bietet Redundanz bei Ausfall einer physikalischen Festplatte ohne den gesamten Inhalt der physikalischen Festplatte zu duplizieren.  RAID-Level 6 kombiniert die duale verteilte Parität durch Festplatten-Striping. Siehe unten (Abbildung 4 (nur in englischer Sprache)). Durch diese Paritätsklasse können auch zwei Laufwerke ausfallen, ohne dass der gesamte Inhalt der physikalischen Laufwerke dupliziert wird.
 
RAID 5
 
Abbildung 3: RAID 5-Fehlertoleranz

– Festplattenfehler, Ausfall einzelner Laufwerke Vorteil – Effiziente Nutzung der Laufwerkskapazität
, hohe Leseleistung, Med-to-High-Schreibleistung
Nachteil – Datenträgerfehler mittlere Auswirkung, Längerer Neuaufbau aufgrund von Paritätsneuberechnung



RAID 6

Abbildung 4:   RAID 6-Fehlertoleranz

– Festplattenfehler, Ausfälle von zwei Laufwerken
Vorteil – Datenredundanz, Hohe Leseleistung
Nachteil – Schreibleistung sinkt aufgrund doppelter Paritätsberechnungen, zusätzliche Kosten aufgrund von 2 Laufwerksäquivalenten, die für Paritäts-RAID





10 vorgesehen sind:   RAID 10 erfordert die Zusammenarbeit von zwei oder mehr gespiegelten Sätzen. Es werden mehrere RAID 1-Sätze in Form eines einzelnen Arrays kombiniert. Daten werden mittels Striping über alle gespiegelten Laufwerke verteilt. Da jedes Laufwerk in RAID 10 gespiegelt wird, entsteht keine Verzögerung, weil keine Paritätsberechnung durchgeführt wird. Diese RAID-Strategie toleriert den Verlust von mehreren Laufwerken, solange zwei Laufwerke desselben gespiegelten Paares nicht ausfallen. RAID 10-Volumes bieten einen hohen Datendurchsatz und vollständige Datenredundanz (Abbildung 5 (nur in englischer Sprache)).

 
Abbildung 5: RAID 10

Fehlertoleranz – Festplattenfehler, eine Festplatte pro Spiegelsatz
Vorteil – Hohe Leseleistung, unterstützt die größte RAID-Gruppe mit 192 Laufwerken
Nachteil – am teuersten


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Pro Controllerkarte verfügbare RAID-Lösungen

Die raid-Level, die von jedem PERC (PowerEdge RAID Controller Card) unterstützt werden, sind im KB-Artikel aufgeführt: Liste der PowerEdge RAID Controller (PERC)-Typen für Dell EMC Systeme
 

Verstehen der Konfiguration

Zum Zeitpunkt des Kaufs Ihres Systems ist der von Ihnen ausgewählte RAID-Typ bereits auf dem System vorkonfiguriert und sofort einsatzbereit. In der Regel ist keine Aktion durch den Kunden erforderlich, da bereits alles konfiguriert ist und funktioniert. Wenn nach Erhalt des Geräts eine Änderung erforderlich ist, kann das RAID-Level über die Software- oder Controller-Schnittstelle ohne Datenverlust geändert werden, abhängig vom Controller selbst, dem ursprünglichen RAID-Typ und dem Typ, zu dem Sie wechseln möchten. Es werden nicht alle Migrationen unterstützt. Wenn die Migration nicht möglich ist, muss die Festplatte vollständig gelöscht und von Grund auf neu erstellt werden.

Warnung : Es wird dringend empfohlen, eine geprüfte Sicherung Ihrer Daten zu erstellen, bevor Sie Änderungen vornehmen oder versuchen. Jeder Ausfall kann zu Datenverlust führen. RAID-Level-Migration (z. B. für den H700/H800-Controller).
      
 

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