Linux/Software-RAID/tmp

allgemeines

• Ein RAID (Redundant Array of Independent Disks) dient dazu, mehrere physikalische Festplatten zu einem oder mehreren logischen Laufwerken zu vereinen und dadurch einen schnelleren Datenzugriff und/oder eine erhöhte Verfügbarkeit des Systems im Falle eines Festplattendefektes zu erreichen.

• Native Hardware-RAID-Controller, die unter Linux unterstützt werden (z.B. von 3Ware, Adaptec, etc.), sind aber für den Heimgebrauch oft zu teuer. Diese braucht man aber nicht zwingend, wenn man unter Linux ein Software-RAID verwendet.

• Als weitere Alternative können auch sog. FakeRAID-Controller verwendet werden, z.B. Onboard-RAID-Controller. Allerdings wird von dieser Variante im Allgemeinen abgeraten, da beispielsweise oft Kernelmodule (Treiber) fehlen oder diese nur für bestimmte Kernelversionen zur Verfügung stehen.

• Dies spricht dann eher für ein Software-Raid, zumal bei modernen, schnellen CPUs die zusätzliche Rechenbelastung für ein Software-RAID kaum eine Rolle spielt.

• Der Einsatz der Fake-Raid Variante würde dann Sinn machen, wenn via Dual Boot Linux und Windows auf die gleichen RAID-Partitionen zugreifen sollen.

• Außerdem sollte man beachten, dass sowohl Software-Raid als auch Fake-Raid keinen batteriegepufferten Cache besitzen.

• Dies kann bei einem Stromausfall zum Datenverlust führen (write hole in den RAID-Leveln 5 und insbesondere 6).

• Hardware-RAID-Controller verfügen in der Regel über einen batteriegepufferten Cache (BBU) oder NVRAM, der auch bei einem plötzlichen Stromausfall noch nicht physisch gespeicherte Daten solange vorhält, bis das System wieder gestartet ist.

• Software-Raid unter Linux versucht dieses Problem mit einem Journal 🇬🇧 zu lösen (ab Ubuntu 17.10).

allgemeines II

• Linux Software RAID (häufig auch als mdraid oder MD/RAID bezeichnet) ermöglicht die Nutzung von RAID Funktionalität ohne Hardware RAID Controller.

• Die dazu verwendeten Datenträger (Festplatten, SSDs, ...) werden dabei einfach als einzelne Laufwerke am Rechner angeschlossen, etwa direkt an den SATA Ports des Mainboards.

• Hardware RAID Controller haben im Gegensatz zu Software RAID meistens einen eingebauten Cache (häufig 512 MB oder 1GB), der mit einer BBU oder ZMCP geschützt werden kann (siehe Unterschiede zwischen Hardware RAID und Linux Software RAID).

allgemeines zum Software-RAID

• Von Software-RAID spricht man, wenn das Zusammenwirken der Festplatten komplett softwareseitig organisiert wird.

• Auch der Begriff Host based RAID ist geläufig, da nicht das Speicher-Subsystem, sondern der eigentliche Computer die RAID-Verwaltung durchführt.

• Die meisten modernen Betriebssysteme wie FreeBSD, OpenBSD, Apple macOS, HP HP-UX, IBM AIX, Linux, Microsoft Windows ab Windows NT oder SUN Solaris sind dazu in der Lage.

• Die einzelnen Festplatten sind in diesem Fall entweder über einfache Festplattencontroller am Computer angeschlossen oder es werden externe Storage-Geräte wie Disk-Arrays von Unternehmen wie EMC, Promise, AXUS, Proware oder Hitachi Data Systems (HDS) an den Computer angeschlossen.

• Die Festplatten werden zunächst ohne RAID-Controller als sogenannte JBODs („just a bunch of disks“) in das System integriert, dann wird per Software-RAID (z. B. unter Linux mit dem Programm mdadm) die RAID-Funktionalität realisiert.

• Eine besondere Variante des Software RAID sind Dateisysteme mit einer integrierten RAID-Funktionalität.

• Ein Beispiel dafür ist das von Sun Microsystems entwickelte RAID-Z.[6]

Pro

• Der Vorteil von Software-RAID ist, dass kein spezieller RAID-Controller benötigt wird.

• Die Steuerung wird von der RAID-Software erledigt, diese ist entweder schon Teil des Betriebssystems oder wird nachträglich installiert.

• Dieser Vorteil kommt besonders bei der Disaster Recovery zum Tragen, wenn der RAID-Controller defekt und nicht mehr verfügbar ist.

• Praktisch alle derzeit verfügbaren Software-RAID-Systeme benutzen die Festplatten so, dass diese auch ohne die spezifische Software ausgelesen werden können.

Contra

• Bei einem Software-RAID werden bei Festplattenzugriffen neben dem Hauptprozessor des Computers auch die System-Busse wie PCI stärker belastet als bei einem Hardware-RAID.

• Bei leistungsschwachen CPUs und Bus-Systemen verringert dies deutlich die Systemleistung; bei leistungsstarken, wenig ausgelasteten Systemen ist dies belanglos.

• Storage-Server sind in der Praxis oft nicht voll ausgelastet; auf solchen Systemen können Software-RAID-Implementierungen unter Umständen sogar schneller sein als Hardware-RAIDs.

• Ein weiterer Nachteil ist, dass bei vielen Software-RAID kein Cache genutzt werden kann, dessen Inhalt auch nach einem Stromausfall erhalten bleibt, wie es bei Hardware-RAID-Controllern mit einer Battery Backup Unit der Fall ist.
  • Dieses Problem lässt sich mit einer unterbrechungsfreien Stromversorgung für den gesamten PC vermeiden.
  • Um die Gefahr von Datenverlusten und Fehlern in der Datenintegrität bei einem Stromausfall oder Systemabsturz zu minimieren, sollten außerdem die (Schreib-)Caches der Festplatten deaktiviert werden.[7]
• Da die Platten eines Software-RAIDs prinzipiell auch einzeln angesprochen werden können, besteht bei gespiegelten Festplatten die Gefahr, dass Änderungen nur noch an einer Platte durchgeführt werden – wenn etwa nach einem Betriebssystem-Update die RAID-Software oder der Treiber für einen RAID-Festplatten-Controller nicht mehr funktionieren, eine der gespiegelten Festplatten aber weiterhin über einen generischen SATA-Treiber angesprochen werden kann.

• Entsprechende Warnhinweise oder Fehlermeldungen während des Bootens sollten deshalb nicht ignoriert werden, nur weil das System trotzdem funktioniert.

• Ausnahmen bilden hier Software-RAID mit Datenintegrität wie z. B. ZFS.

• Unvollständige Speichervorgänge werden zurückgesetzt.

• Fehlerhafte Spiegeldaten werden erkannt und durch korrekte Spiegeldaten ersetzt.

• Es wird wohl beim Lesen eine Fehlermeldung geben, da die fehlerhafte oder alte Spiegelseite nicht mit dem aktuellen Block übereinstimmt.