RAID-Technologie unterstützt Unternehmen dabei, ihren Festplattenspeicher auf vielfältige Weise zu verwalten. Durch den Einsatz mehrerer Laufwerke in einer RAID-Konfiguration innerhalb eines einzigen Arrays können Storage-Teams schützende, leistungssteigernde oder wiederherstellende Technologien für Festplattenlaufwerke (HDDs) einsetzen.
Wenn Ihr Unternehmen die Implementierung eines RAID-Arrays erwägt, erfahren Sie mehr über die wichtigsten Konfigurationen, um zu entscheiden, welche für Ihre Organisation am besten geeignet ist. Dieser Leitfaden beleuchtet den Aufbau der gängigsten RAID-Konfigurationen sowie ihre Vor- und Nachteile.
RAID-Level erklärt
- Was ist RAID-Speicher?
- Wie funktioniert RAID?
- Welche Implementierungsarten von RAID gibt es?
- Welche verschiedenen RAID-Level gibt es?
- Fazit: RAID effektiv in Ihrem Unternehmen einsetzen
Was ist RAID-Speicher?
RAID steht für Redundant Array of Independent Disks. Dabei handelt es sich um eine Speichertechnologie, die die Fehlertoleranz von Festplatten verbessern soll. RAID wird in Arrays aus mindestens zwei Festplatten implementiert, die zusammenarbeiten. Die genaue Anzahl der Festplatten hängt von der jeweiligen Implementierung ab.
Verschiedene RAID-Konfigurationen bieten Unternehmensspeichersystemen unterschiedliche Vorteile. RAID kann zwar ein nützliches Instrument zur Fehlertoleranz sein, eignet sich jedoch nicht als Ersatz für Backup-Lösungen. Einige RAID-Implementierungen können nur den Ausfall einer Festplatte verkraften und lassen wenig Spielraum für natürliche oder unerwartete Hardwareprobleme.
Wie funktioniert RAID?
Das hängt von der jeweiligen RAID-Implementierung ab. Allgemein arbeiten jedoch zwei oder mehr Festplatten zusammen, um die Lese- und Schreibgeschwindigkeit von Daten zu verbessern. Ein RAID-Controller oder ein Treiber wird zur Verwaltung der Festplatten verwendet. RAID nutzt je nach Konfiguration drei Hauptverfahren – Striping, Mirroring und Parität. Einige RAID-Konfigurationen verbessern die Leistung, während andere die Fehlertoleranz erhöhen. Manche leisten beides. Alle drei Verfahren sehen wir uns später in diesem Artikel genauer an.
Welche Implementierungsarten von RAID gibt es?
RAID-Speicher lässt sich auf drei standardmäßige Arten implementieren: hardwarebasiert, softwarebasiert und firmwarebasiert.
Hardware-RAID
Ein dedizierter Hardware-Controller stellt hardwarebasiertes RAID bereit. Hardware-RAID kann die IT auf zwei Arten implementieren – über eine externe RAID-Controllerkarte oder ein internes RAID-on-Chip:
- Eine RAID-Controllerkarte ist eine steckbare Erweiterungskarte, die mit einem PCIe- oder PCI-X-Steckplatz auf der Hauptplatine verbunden wird. Die Karte enthält einen RAID-Prozessor und E/A-Prozessoren – spezialisierte Prozessoren, die Daten in den Speicher laden und daraus abrufen sowie Anweisungen ausführen – sowie Laufwerksschnittstellen. Die Karten sind teuer, aber da sie unabhängig vom Host arbeiten, werden alle RAID-Vorgänge von der CPU auf die dedizierte Karte ausgelagert.
- RAID-on-Chip ist ein einzelner Chip auf der Hauptplatine, der die Host-Schnittstelle, E/A-Schnittstellen für HDDs, den RAID-Prozessor und einen Speicher-Controller integriert.
Software-RAID
Softwarebasiertes RAID stellt RAID-Dienste über den Host bereit. Software-RAID gibt es in zwei Varianten: als reines softwaredefiniertes RAID, das über das Betriebssystem (OS) ausgeführt wird, und als hybride Software, die eine Hardwarekomponente enthält, um die CPU zu entlasten:
- Nur-Software-RAID ist die kostengünstigste RAID-Variante. Es ist häufig als systemeigene Funktion im Betriebssystem enthalten und besteht aus einer hostbasierten Softwareanwendung, die RAID-Berechnungen für angeschlossene Festplatten verwaltet. Sie ist über einen Host-Bus-Adapter (HBA) oder eine systemeigene E/A-Schnittstelle angebunden und wird aktiviert, sobald das Betriebssystem den RAID-Treiber lädt.
- Hybrides RAID, das weiterhin softwarebasiert ist, verwendet eine Hardwarekomponente, um RAID-BIOS-Funktionen über ein RAID-BIOS auf der Hauptplatine oder einem HBA bereitzustellen. Diese Technologie bietet eine zusätzliche redundante Schutzschicht gegen einen fehlerhaften Startvorgang. Nur-Software-RAID wird aus dem Betriebssystem heraus gestartet, und Startfehler könnten das gesamte RAID-Subsystem beeinträchtigen. Die zusätzliche RAID-BIOS-Hardwarekomponente schützt das Subsystem vor Startfehlern des Betriebssystems.
Firmwarebasiertes RAID
Firmwarebasiertes RAID ist im jeweiligen Computer vorkonfiguriert. Üblicherweise ist der RAID-Chip auf der Hauptplatine des Computers installiert. Anders als Software-RAID wird es erst implementiert, wenn das Betriebssystem des Computers startet. Wie softwarebasiertes RAID kann es langsamer sein als hardwarebasiertes RAID, wenn das Betriebssystem andere ressourcenintensive Aufgaben ausführt oder mit Malware infiziert ist, da die RAID-Steuerung mit dem Betriebssystem des Computers verbunden ist.
Die verschiedenen RAID-Level erklärt
Unabhängig davon, ob RAID hardware- oder softwarebasiert ist, stehen verschiedene Schemata beziehungsweise RAID-Level zur Verfügung. Am häufigsten werden RAID 0, 1, 5, 6 und 10 eingesetzt. RAID 0, 1 und 5 funktionieren sowohl mit HDD- als auch mit SSD-Medien. RAID 4 und 6 funktionieren ebenfalls mit beiden Medientypen, sind in der Praxis jedoch selten anzutreffen: RAID 4 weist aufgrund der Parität langsame Schreibgeschwindigkeiten auf, ebenso RAID 6 bei intensiven Schreibvorgängen. Außerdem sind die RAID-Level 2 und 3 veraltet und werden nur selten implementiert.
RAID 0
RAID 0 benötigt mindestens zwei Festplatten, teilt Dateien auf und verteilt die Daten per Striping über mindestens zwei Festplatten, die dabei als eine einzige Partition behandelt werden. Da die Striping-Technologie Daten über mehrere Festplatten in einem Array verteilt, müssen zum Lesen einer Datei mehrere Festplatten gelesen werden.
RAID 0 bietet weder Redundanz noch Fehlertoleranz. Da mehrere Festplatten als eine einzige Partition behandelt werden, ist die per Striping verteilte Datei nicht lesbar, wenn auch nur ein Laufwerk ausfällt. In Umgebungen für Videostreaming oder Computerspiele, in denen die Leistung am wichtigsten ist und die Quelldatei auch bei einem Ausfall des Streams erhalten bleibt, ist dies kein unüberwindbares Problem. In Umgebungen mit hoher Verfügbarkeit stellt es jedoch ein Problem dar.
Vorteile
RAID 0 ist aufgrund seiner Geschwindigkeit vorteilhaft. Da mehrere Festplatten gleichzeitig Teile derselben Datei lesen und schreiben, ist der Datendurchsatz in der Regel höher.
Nachteile
Aufgrund der fehlenden Fehlertoleranz ist RAID 0 für den Betrieb wichtiger Anwendungen unzuverlässig und für Backups jeglicher Umgebungen ungeeignet.
RAID 1
RAID 1 nutzt Festplattenspiegelung, um Datenredundanz und Failover bereitzustellen. Dabei werden exakt dieselben Daten auf jede Festplatte gelesen und geschrieben. Fällt eine gespiegelte Festplatte aus, ist die Datei vollständig auf der funktionierenden Festplatte vorhanden. Sobald die IT die ausgefallene Festplatte ersetzt, spiegelt das RAID-System die Daten automatisch wieder auf das Ersatzlaufwerk. RAID 1 verbessert außerdem die Leseleistung.
RAID 1 benötigt mindestens zwei Festplatten. Es belegt zwar mehr nutzbare Kapazität auf den Laufwerken, ist aber ein wirtschaftliches Failover-Verfahren für Anwendungsserver.
Vorteile
Durch das Kopieren einer Festplatte auf eine andere verringert RAID 1 das Risiko eines vollständigen Datenverlusts infolge eines Festplattenausfalls.
Nachteile
Da zwei Festplatten dieselben Daten speichern, kann RAID 1 nur die Hälfte des gesamten Speicherplatzes des Arrays nutzen.
RAID 5
RAID 5 verteilt Striping und Parität auf Blockebene. Bei der Parität handelt es sich um rohe Binärdaten. Das RAID-System berechnet deren Werte, um einen Paritätsblock zu erstellen, mit dem das System die per Striping verteilten Daten eines ausgefallenen Laufwerks wiederherstellen kann. Die meisten RAID-Systeme mit Paritätsfunktionen speichern Paritätsblöcke auf den Festplatten im Array. Einige RAID-Systeme reservieren auch eine Festplatte für Paritätsberechnungen, diese sind jedoch selten.
RAID 5 speichert Paritätsblöcke auf den Festplatten, auf denen auch das Striping erfolgt. Jeder Stripe verfügt über einen eigenen Paritätsblock. RAID 5 kann den Ausfall einer Festplatte im Array verkraften.
RAID 5 kombiniert die Leistung von RAID 0 mit der Redundanz von RAID 1, benötigt dafür jedoch viel Speicherplatz – etwa ein Drittel der nutzbaren Kapazität. Dieses Level verbessert die Schreibleistung, da alle Laufwerke im Array gleichzeitig Schreibanforderungen bedienen. Die Gesamtleistung der Festplatten kann jedoch durch Schreibverstärkung beeinträchtigt werden, da selbst geringfügige Änderungen an den Stripes mehrere Schritte und Neuberechnungen erfordern.
Vorteile
- Das Striping von RAID 5 verbessert die Leseleistung.
- Die Parität verbessert die Datengenauigkeit.
- RAID 5 kann für SSDs ebenso wie für Festplatten verwendet werden. Achten Sie jedoch darauf, SSDs mit exakt demselben Alter auszuwählen, falls sie gleichzeitig ausfallen.
Nachteile
RAID 5 bietet nur Fehlertoleranz für den Ausfall einer Festplatte.
Lesen Sie mehr über RAID 5 und seine Vorteile für HDDs und SSDs.
RAID 6
Dieses RAID-Level funktioniert wie RAID 5 mit verteilter Parität und Striping. Der wichtigste operative Unterschied bei RAID 6 besteht darin, dass ein RAID-6-Array mindestens vier Festplatten umfasst und das System auf jeder Festplatte einen zusätzlichen Paritätsblock speichert. Dadurch kann eine Konfiguration den Ausfall von zwei Festplatten verkraften, bevor das Array nicht mehr verfügbar ist. RAID 6 wird hauptsächlich für Anwendungsserver und große Speicher-Arrays eingesetzt.
RAID 6 bietet eine höhere Redundanz und bessere Leseleistung als RAID 5. Bei intensiven Schreibvorgängen kann es unter demselben zusätzlichen Leistungsaufwand auf dem Server leiden. Die Leistungseinbuße hängt von der Architektur des RAID-Systems ab: davon, ob es hardware- oder softwarebasiert ist, ob es in der Firmware implementiert ist und ob das System Verarbeitungssoftware für leistungsstarke Paritätsberechnungen enthält.
Vorteile
- RAID-6-Arrays können den Ausfall von zwei Laufwerken verkraften, da sie über zwei Paritätsinstanzen statt nur einer verfügen.
- RAID 6 bietet eine bessere Leseleistung als RAID 5.
Nachteile
- RAID 6 ist teurer als einige andere RAID-Varianten.
- Die Wiederherstellung von Daten auf größeren RAID-6-Arrays kann ein langsamer Prozess sein.
Erfahren Sie mehr über die Unterschiede zwischen den RAID-Leveln 5 und 6.
RAID 10: Striping und Spiegelung
RAID 10 benötigt mindestens vier Festplatten im Array. Für eine höhere Leistung verteilt es Daten per Striping über die Festplatten und spiegelt sie zur Redundanz. Bei einem Array mit vier Laufwerken verteilt das System die Daten per Striping auf zwei der Festplatten. Die beiden übrigen Festplatten spiegeln die per Striping verteilten Festplatten, wobei jede die Hälfte der Daten speichert. RAID 10 kombiniert die Vorteile von RAID 0 und RAID 1: schnellere Lesezeiten und eine gewisse Redundanz durch Spiegelung.
Dieses RAID-Level eignet sich für Umgebungen, die sowohl hohe Datensicherheit als auch hohe Leistung erfordern, etwa für transaktionsintensive Datenbanken, in denen sensible Informationen gespeichert werden. Es ist das teuerste RAID-Level und bietet eine geringere nutzbare Kapazität bei hohen Systemkosten.
Vorteile
- RAID 10 stellt Daten schneller wieder her als andere RAID-Implementierungen.
- RAID 10 bietet insgesamt schnelle Lesevorgänge.
Nachteile
- RAID 10 ist die teuerste RAID-Variante.
- Die Fehlertoleranz beschränkt sich im Gegensatz zu RAID 6 auf eine Festplatte.
Fazit: RAID effektiv in Ihrem Unternehmen einsetzen
Bevor Sie RAID implementieren, sollten Sie die wichtigsten Prioritäten Ihres Storage-Teams berücksichtigen. Liegt Ihr Fokus eher auf Kosteneffizienz, oder benötigen Sie hohe Leistung? Dies hängt wahrscheinlich von den Anwendungen ab, die RAID unterstützt.
Bedenken Sie, dass die Fehlertoleranz nicht zugunsten einer schnellen Festplattenleistung vernachlässigt werden sollte. Der vielleicht wichtigste Aspekt beim Einsatz von RAID ist, sich für den Datenschutz nicht darauf zu verlassen. RAID bildet eine erste Ebene der Fehlertoleranz, kann jedoch höchstens den Ausfall von zwei Laufwerken verkraften. Implementieren Sie zusätzliche Backup-Strategien, um die Daten auf Ihren Festplatten zu schützen.
Lesen Sie mehr über die besten Backup-Lösungen für Unternehmen.