Sekundärspeicher

 

RAID

In den letzten Jahren hat sich die Prozessorleistung jedes Jahr mehr als verdoppelt. Die Kapazität verfügbarer Massenspeicher verdoppelt sich bei halbem Preis etwa alle 3 Jahre. Ganz im Gegensatz dazu hat man die Zugriffsgeschwindigkeit nur wenig steigern können. Die Rotationsverzögerung (Bei Positionierung auf einer Spur muß der Kopf warten, bis die Daten unter ihm erscheinen) und die Spurwechselzeit (bedingt durch die mechanische Trägheit) konnten lange nicht in diesem Maße gesteigert werden. Hier ist eine Verbesserung um 5-10% pro Jahr zu notieren. Eine einfache Steigerung der Umdrehungsgeschwindigkeit (Reduktion der Rotationsverzögerung) und eine Verringerung des Kopfgewichts (damit geringere Spurwechsel-/Positionierungszeiten) war aufgrund mangelnder Kopftechnologien lange Zeit nicht praktikabel*.

Da diese Entwicklung lange absehbar war, befürchtete man schon früh eine I/O-Krise. Da keine Ersatztechnologien zum Ersatz der gegebenen magnetischen und optischen Speichermedien in Sicht war, begann man, sich nach einer anderen Möglichkeit umzusehen. Doch das Ziel bei der Entwicklung der RAID-Technologie war nicht nur eine Leistungssteigerung, sondern vor allem auch eine Steigerung der Fehlertoleranz. Zwar ist mit der Größe und Geschwindigkeit der Speichermedien in etwa gleichem Maße auch deren Ausfallsicherheit gestiegen, sie liegt in etwa bei >10exp(-13) Fehlerbits, dies ist aber für kritische Datenbanksysteme, wie sie z.B. in Banken zum Einsatz kommen keineswegs ausreichend.

Zu Anfang untersuchte man die Verteilung und die Zugriffshäufigkeit der Daten. Wie auf vielen anderen Gebieten bewahrheitete sich hier schnell die 80/20 Regel. Das heißt, daß auf 20% der Daten auf einem Massenspeicher ca. 80% aller Zugriffe erfolgen. Liegen diese Daten schließlich noch auf einer Speichereinheit (Festplatte), so ergibt sich hier ein ziemlich schlechtes Leistungsverhältnis. Erfahrungen aus Mainframe-Zeiten zeigten jedoch, daß sich dies durch eine geeignete Verteilung der Daten optimieren ließ.

Man entwickelte daraufhin die Technik des Striping (Verteilen, RAID-Level 0). Hier werden die Daten, die eine hohe 'I/O-Last' aufweisen in kleine Stücke (chunks) zerlegt und auf mehrere Speichereinheiten (Festplatten) verteilt. Hierdurch läßt sich eine Verteilung der I/O-Last erreichen und die kombinierte Leistung der Speichereinheiten steigern. Was anfangs noch manuell auf Dateiebene durchgeführt werden mußte (Datenbanken wurden zerlegt und auf mehrere Festplatten verteilt), übernahm später ein Programm oder ein dedizierter RAID-Kontroller. Damit war einerseits eine feinere Teilung der Informationseinheiten möglich, andererseits erschien der zur Verfügung stehende Speicherplatz dem Anwender wie eine große homogene Einheit.

Schon früh erkannte man jedoch die sich daraus ergebenden Schwierigkeiten. Durch die Verwendung kleinerer Speichereinheiten, deren MTBF (mittlere Ausfallszeit) zwar besser war als die einer großen, sank dennoch die Zuverlässigkeit des gesamten Arrays dramatisch. Nun stimmte zwar die Leistung, die Sicherheit war jedoch in keinem Fall mehr gewährleistet. Man erstellte folgende Regeln, denen RAID genügen sollte:

Die Art und Weise, in der die Daten auf die Speichereinheiten verteilt werden, wird in den einzelnen RAID-Leveln beschrieben. Es folgt eine kurze Beschreibung der einzelnen Level:

  1. Level 0 beschreibt das reine Striping. Es erfüllt also nicht alle Forderungen des RAID-Standards (Redundanz). Insbesondere die mangelnde Datensicherheit sind hier hervorzuheben. beitragen können.

  1. Level 1

 

* eine Weiterentwicklung zu MR (Magneto-Resisitive) und GMR (Giant Magneto-Resisitive)- Köpfen macht inzwischen eine Steigerung der Umdrehungsgeschwindigkeit auf 12.000 U/min (Hitachi) möglich. Auch lassen sich jetzt Spurwechselzeiten von unter 1ms erreichen.

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