Datenverteilung auf unterschiedliche Speichergeräte Was ist Striping (Data-Striping)?

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Striping ist ein im Storage-Umfeld eingesetztes Verfahren. Daten werden in kleinere Einheiten aufgeteilt und auf unterschiedlichen physischen Speichergeräten gespeichert. Durch das parallele Ansprechen mehrerer Speichergeräte lässt sich der Durchsatz beim Schreiben und Lesen der Daten deutlich steigern.

Im Storage-Umfeld wird häufig das sogenannte Striping, auch als Data-Striping bezeichnet, eingesetzt. Es handelt sich dabei um ein Verfahren oder eine Technik, die Dateien oder logisch zusammenhängende, sequenzielle Daten in kleinere Einheiten zerlegt und sie verteilt auf verschiedene physische Speichergeräte speichert. Dadurch ist eine Datei oder eine zusammenhängende, sequenzielle Datenfolge auf unterschiedliche Storage-Geräte verteilt abgelegt. Durch paralleles Ansprechen mehrerer Speichergeräte beim Schreiben oder Lesen der Daten lassen sich Performance und Datendurchsatz deutlich steigern.

Typischer Anwendungsbereich der Striping-Technik ist das RAID-Speichersystem (Redundant Array of Independent Disks). Data-Striping ist aber nicht auf RAID beschränkt, sondern kommt auch für andere verteilte Speicherlösungen und Dateisysteme zum Einsatz.

Prinzipielle Funktionsweise von Data-Striping

Data-Striping läuft in mehreren Schritten ab. Zunächst muss eine Datei oder eine Datensequenz in kleinere Einheiten oder Datenblöcke, sogenannte Stripes, zerlegt werden. Das Zerlegen kann auf unterschiedlichen Ebenen, zum Beispiel auf Byte- oder Blockebene, erfolgen. Die Stripes werden anschließend auf mehrere Speichergeräte verteilt gespeichert.

Dabei ist darauf zu achten, dass über vorgegebene Mechanismen, wie eine entsprechende Adressierung oder ein Round-Robin-Verfahren, nachvollziehbar bleibt, wo welcher Stripe gespeichert ist. Soll die Datei oder die Datensequenz wieder gelesen werden, werden die jeweiligen Speichergeräte angesprochen und die einzelnen Stripes wieder in der korrekten Reihenfolge zusammengesetzt.

Anwendungsbereiche des Striping-Verfahrens

Zu den bekanntesten Anwendungsbereichen des Striping-Verfahrens gehören die RAID-Speichersysteme. Bei diesen Systemen wird Striping abhängig vom jeweiligen RAID-Level zusammen mit weiteren Techniken wie Mirroring oder Parität (Parity) eingesetzt. Data-Striping ist aber nicht auf RAID beschränkt und wird auch für andere verteilte Storage-Lösungen, für verteilte Dateisysteme wie HDFS, Btrfs, Ceph oder ZFS, für Partitionsschemata wie LVM oder im Bereich von Datenbanken verwendet.

Vor- und Nachteile von Data-Striping

Wichtigster Vorteil von Data-Striping ist die höhere Performance (Geschwindigkeit und Durchsatz) beim Lesen und Schreiben von Daten durch die parallelen Zugriffe auf mehrere Speichergeräte. Zudem lassen sich die I/O-Lasten besser auf die Storage-Geräte verteilen und die Speicherressourcen effizienter nutzen.

Data-Striping bringt aber auch einige Nachteile und Herausforderungen mit sich. So kann sich das Striping negativ auf die Fehlertoleranz auswirken. Fällt nur ein einziges an der verteilten Datenspeicherung beteiligtes Gerät aus, ist die komplette Datei oder Datensequenz verloren. Aus diesem Grund kommt Data-Striping häufig mit weiteren Verfahren wie Parität (Parity) zum Einsatz. Aus den berechneten und gespeicherten Paritätsinformationen lassen sich die Daten der Stripes eines ausgefallenen Speichergeräts wiederherstellen. Ein weiterer Nachteil von Striping ist, dass durch die Kombination mit weiteren Verfahren wie Parität und durch das Aufteilen der Daten und das verteilte Schreiben und Lesen auf mehreren Geräten die Komplexität des Gesamtsystems steigt.

Blockweise Datenverteilung

Wie funktioniert Striping beim RAID-System?

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