Was ist RAID? Wir enthüllen die Vor- und Nachteile von 15 RAID-Konfigurationen!

Speicherplatz ist angesichts der stetig wachsenden Datenmengen unerlässlich. Heutzutage benötigen AAA-Spiele Hunderte von Gigabyte Speicherplatz, während ein Blu-ray-4K-HD-Film 70 bis 80 Gigabyte groß sein kann. Selbst die HDR-Fotos und -Videos, die wir mit unseren Handys aufnehmen, beanspruchen viel Speicherplatz.

Normalerweise kaufen wir eine Festplatte, wenn unser Speicherplatz nicht ausreicht. Bei mehreren Festplatten kann es jedoch zu Problemen mit Festplattenpartitionen kommen. Um wichtige Daten zu sichern, ist es dann ratsam, manuelle Backups auf einer separaten Festplatte anzulegen.

Wie können wir also mehrere Festplatten nutzen? Durch die Verwendung von RAID können wir mehrere Festplatten einsetzen, um die Speicherkapazität und die Datensicherheit zu erhöhen.

Was ist RAID?

Vorgeschlagen von Prof. D.A. Patterson aus Berkeley, Kalifornien, im Jahr 1988, RAID (Redundant Array of Emparable Disks) ist als redundantes Array unabhängiger Festplatten bekannt.

RAID ist die Kombination mehrerer unabhängiger Festplatten zu einer Festplattengruppe mit hoher Kapazität. Dabei werden die einzelnen Festplatten genutzt, um Daten bereitzustellen, deren additiver Effekt die Leistung des gesamten Festplattensystems steigert und die redundante Speicherung von Daten die Fehlertoleranz erhöht.

Kurz gesagt, bietet es viele Vorteile, da es mehrere unabhängige Festplatten zu einer Festplattengruppe mit hoher Kapazität kombiniert, um die Lese- und Schreibgeschwindigkeiten deutlich zu erhöhen und gleichzeitig Datensicherheitsfunktionen zu gewährleisten.

RAID gibt es in verschiedenen Stufen und Varianten, darunter RAID 0, RAID 1, RAID 2, RAID 3, RAID 4, RAID 5, RAID 6, RAID F1, RAIDZ, JBOD, SHR, SHR2 und Hybrid-RAID.

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RAID-Typen (Physische RAID-Konfigurationen)

RAID lässt sich in zwei Haupttypen unterteilen – Hardware-RAID und Software-RAID.

Hardware-RAID

Hardware-RAID gibt es in zwei Ausführungen. Ein externes RAID-Gehäuse ist besonders teuer und wird üblicherweise für Unternehmensspeicher eingesetzt. Alternativ kann eine RAID-Controllerkarte in den Computer eingebaut werden.

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RAID-Controllerkarten bieten dank des Caches auf der Karte höhere Geschwindigkeiten und größere Stabilität, was die Lese- und Schreibgeschwindigkeiten verbessern kann. Die Stabilität wird durch die mit Batterien ausgestatteten Controllerkarten erhöht. Die Batterie der Controllerkarte stellt sicher, dass die Daten auf die Festplatte geschrieben werden, bevor die Stromversorgung unterbrochen wird, und gewährleistet so die Datensicherheit. Neue Controllerkarten sind zwar teurer als ältere Modelle, eignen sich aber eher für preisbewusste Anwender.

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Trotz der vielen Vorteile von Hardware-RAID birgt die im Mainboard integrierte RAID-Funktion eine potenzielle Gefahr, die es zu vermeiden gilt. Denn bei einem Mainboard-Problem, wie beispielsweise einem fehlgeschlagenen Übertaktungsversuch oder einer leeren Batterie, kann das RAID-Array verloren gehen. Das im Mainboard integrierte RAID ist mit Software-RAID nicht vergleichbar.

Software-RAID

Software-RAID simuliert RAID mithilfe von Software. Frühere RAID-Versionen waren nicht sehr stabil und erreichten nicht die Geschwindigkeit von Hardware-RAID. Dank der kontinuierlichen technologischen Optimierung besteht jedoch kein großer Leistungsunterschied mehr zwischen Software-RAID und Hardware-RAID. Software-RAID ist bei vielen NAS-Geräten für den Heimgebrauch eine gängige Wahl. Klicken Sie hier, um mehr zu lesen: Was ist NAS-Speicher??

RAID-Level

Die RAID-Level beginnen bei 0 und reichen bis 7. Beginnen wir mit RAID 0. Stellen Sie sich Festplatten als Eimer vor und Lese-/Schreibvorgänge als das Befüllen dieser Eimer mit Wasser. Diese Analogie erleichtert das Verständnis von RAID.

Was ist RAID 0?

Kurzinfo zu RAID 0
Vorteile: Schnelle Lese-/Schreibgeschwindigkeiten (keine zufälligen Lese-/Schreibgeschwindigkeiten); nutzt den gesamten Festplattenspeicher aus
Nachteile: Kein Datenschutz
Tipp: RAID 0 kann nicht zur Speicherung wichtiger Daten verwendet werden.

Die Lese-/Schreibgeschwindigkeit ist bei nur einer Festplatte durch deren Schnittstelle begrenzt, ähnlich wie die Größe eines Eimers die Geschwindigkeit des Wassereinfüllens einschränkt. Kann man beide Eimer gleichzeitig mit Wasser füllen, verdoppelt sich die Lese-/Schreibgeschwindigkeit im Vergleich zu einer einzelnen Festplatte. Dies entspricht dem RAID-0-Speicherstandard.

RAID 0 kombiniert zwei oder mehr Festplatten zu einer großen logischen Festplatte mit einer Gesamtkapazität, die der Gesamtkapazität aller Festplatten entspricht. Beim Schreiben von Daten werden diese segmentiert und auf separaten Festplatten gespeichert, sodass mehrere Festplatten gleichzeitig Lese- und Schreibvorgänge durchführen können.

RAID 0 hat trotz seiner höchsten Geschwindigkeit und größten Speicherkapazität einen entscheidenden Nachteil: Die hohe Geschwindigkeit führt zu mangelnder Redundanz und Fehlertoleranz. Bei Beschädigung einer der Festplatten im Array gehen alle Daten unwiederbringlich verloren. Da die Daten segmentiert gespeichert werden, führt die Beschädigung einer beliebigen Festplatte zu einer unvollständigen Datenwiederherstellung. Daher wird von der Verwendung von RAID 0 zur Speicherung wichtiger Daten abgeraten.

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Was ist RAID 1?

Kurzinfo zu RAID 1
Vorteile: Hohe Sicherheit, kein Datenverlust selbst bei Beschädigung einer der Festplatten.
Nachteile: Geringe Festplattenauslastung, keine Erhöhung der Schreibgeschwindigkeit

Welches RAID-System eignet sich zur Speicherung wichtiger Daten? RAID 1 ist die sicherste Konfiguration. Dabei werden zwei Festplatten verwendet, die einander spiegeln, sodass auf jeder Festplatte die gleichen Daten gespeichert werden. Die gesamten Daten können gelesen werden, solange keine der Festplatten im RAID-Verbund beschädigt ist. RAID 1 bietet die gleiche Lesegeschwindigkeit wie RAID 0, die sich jedoch durch den Einsatz mehrerer Festplatten erhöhen lässt. Die Schreibgeschwindigkeit entspricht hingegen der einer einzelnen Festplatte und kann nicht gesteigert werden.

Eine beschädigte Festplatte in einem RAID 1-Verbund kann ausgesteckt werden, und das Array stellt die Daten automatisch auf der neu eingesetzten Festplatte wieder her. Dieser Vorgang wird als Wiederherstellung des Arrays bezeichnet.

Das Problem bei RAID 1 ist das relativ niedrige Preis-Leistungs-Verhältnis.. Selbst bei Verwendung von 100 Festplatten im RAID-1-Verbund entspricht die Gesamtkapazität nur der Kapazität einer einzelnen Festplatte. Sind die Festplatten unterschiedlich groß, richtet sich die Gesamtkapazität nach der Kapazität der kleinsten Festplatte. Die Gesamtauslastung von RAID 1 ist unter allen RAID-Leveln am geringsten. RAID 0 und RAID 1 können als zwei Extreme betrachtet werden, wobei RAID 0 ultraschnelle Geschwindigkeiten bietet, während RAID 1 für höchste Sicherheit sorgt.

Wenn Sie die Kapazität und Sicherheit erhöhen möchten, die Geschwindigkeit aber keine Rolle spielt, können Sie RAID 2, 3, 4, 5 oder 6 in Betracht ziehen.

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RAID 2/RAID 3/RAID 4 (Selten verwendete RAID-Level)

RAID 2, 3 und 4 wurden für spezielle Anwendungen entwickelt, werden aber aufgrund verschiedener Mängel selten verwendet und viele Controllerkarten unterstützen diese Stufen nicht.

Was ist RAID 2?

RAID 2 benötigt mindestens drei Festplatten. Beim Lesen und Schreiben von Daten müssen diese in Echtzeit kodiert und segmentiert auf verschiedene Festplatten geschrieben werden. Die Gesamtmenge der gewonnenen Daten ist größer als die ursprüngliche Datenmenge. Darüber hinaus erfordert RAID 2 Echtzeit-Prüfsummenberechnungen während der Lese- und Schreibvorgänge. Der Hardware-Overhead ist höher, da der verwendete Prüfsummenalgorithmus komplexer ist.

Was ist RAID 3?

RAID 3 benötigt mindestens drei Festplatten und hat aufgrund einfacherer Algorithmen einen relativ geringen Hardware-Overhead. Bei Lese- und Schreibvorgängen werden die Daten segmentweise auf verschiedene Festplatten geschrieben, während die Prüfsummen separat auf einer anderen Festplatte gespeichert werden. Allerdings muss die Prüfsumme einer Festplatte bei jedem Lese- und Schreibvorgang abgerufen werden, da sie unter hoher Last über einen längeren Zeitraum leicht beschädigt werden kann. Ist die Prüfsumme einer Festplatte beschädigt, können die Daten nicht wiederhergestellt werden.

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Was ist RAID 4?

RAID 4 ähnelt RAID 3, die Datensegmentierung erfolgt jedoch anders. Auch RAID 4 speichert Paritätsdaten auf einer separaten Festplatte. Im Gegensatz zu RAID 3 segmentiert RAID 4 Daten in Blöcken, deren Größe vom System bestimmt wird und üblicherweise deutlich größer als ein Bit ist. Daher ist das Schreiben kleiner Dateien bei RAID 4 schneller als bei RAID 3. Die Wahrscheinlichkeit der Datenwiederherstellung auf einer beschädigten Festplatte ohne Prüfsumme ist jedoch geringer als bei RAID 3. Weder RAID 3 noch RAID 4 können Daten wiederherstellen, wenn die Prüfsumme einer Festplatte beschädigt ist.

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Was ist RAID 5 (weit verbreitet)?

RAID 5 ähnelt RAID 3, mit dem Unterschied, dass RAID 3 die Paritätsdaten auf einer einzigen Festplatte speichert, während RAID 5 die Paritätsdaten auf mehrere Festplatten verteilt. Im Gegensatz zu RAID 3, bei dem eine fehlerhafte Prüfsumme zum Ausfall des gesamten Arrays führt, können bei RAID 5 die Daten auf den anderen Festplatten und die Prüfsumme gemeinsam zur Datenwiederherstellung genutzt werden, wenn eine Festplatte beschädigt ist.

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RAID 5 benötigt mindestens drei Festplatten. Ein Drittel des Speicherplatzes dient der Speicherung redundanter Informationen (Prüfsummen), während zwei Drittel die Rohdaten speichern. Die Lesegeschwindigkeit von RAID 5 ist vergleichbar mit der von RAID 0, die Schreibgeschwindigkeit kann jedoch geringer sein. Da ein Drittel des Speicherplatzes für die Prüfsummen reserviert ist, können die Daten und Prüfsummen auf den übrigen Festplatten jedoch zur vollständigen Datenwiederherstellung genutzt werden, selbst wenn eine der Festplatten im Array beschädigt ist. Daher ist RAID 5 sicherer als RAID 0.

In Unternehmensumgebungen zieht File Server häufig RAID 5 als Option für sein Speichersystem in Betracht. Dateiserver Der Dateiserver dient als zentrales Repository für alle gemeinsam genutzten Dateien des Unternehmens, wie Geschäftsdokumente, Finanzberichte und Projektdateien. Er muss sicherstellen, dass autorisierte Mitarbeiter jederzeit auf diese Dateien zugreifen können. Die Fähigkeit von RAID 5, den Ausfall einer einzelnen Festplatte zu kompensieren, macht es zu einer attraktiven Wahl für Dateiserver. Fällt eine Festplatte im RAID-5-Verbund des Dateiservers aus, kann der Server weiterarbeiten und den Zugriff auf die meisten Dateien ermöglichen, während der Verbund wiederhergestellt wird.

RAID 5 bietet zwar höhere Sicherheit, hat aber auch Nachteile. Erstens ist die Wahrscheinlichkeit, dass eine mechanische Festplatte beim Lesen von Daten einen nicht behebbaren Lesefehler (URE) erleidet, sehr gering; dies kann etwa einmal pro 12 TB Daten vorkommen. Ein einziger URE-Fehler genügt jedoch, damit RAID 5 erkennt, dass ein Datenfehler vorliegt, und mit dem Wiederaufbau des Arrays beginnt.

Mehrfache Wiederherstellungen können dazu führen, dass die Festplatten über längere Zeiträume stark ausgelastet sind. Wurden die Festplatten gleichzeitig gekauft und fällt eine aus, kann sich der Zustand der anderen Festplatten ebenfalls instabil entwickeln, was zu weiteren Festplattenschäden führen kann.

Da RAID 5 nur den Ausfall einer einzigen Festplatte zulässt, gehen Daten verloren, wenn während des Wiederherstellungsprozesses eine weitere Festplatte beschädigt wird. Von der Verwendung von RAID 5 wird abgeraten, da die Erfolgsquote bei der Wiederherstellung von RAID-Arrays gering und die Sicherheit im Vergleich zu RAID 6 schlechter ist.

RAID-Level sind ein entscheidender Faktor bei der Wahl einer Speicherlösung. Bei NAS-Geräten, egal ob mit 2 oder 4 Einschüben, muss die passende RAID-Konfiguration berücksichtigt werden. Das Verständnis dieser Schlüsselfaktoren hilft Ihnen, eine fundierte Entscheidung zu treffen. Erfahren Sie mehr über die Details. NAS-Speicheroptionen mit 2 und 4 Einschüben.

Was ist RAID F1 (weniger verbreitet)?

RAID F1 basiert auf dem RAID-5-Verbundprinzip und ist für Solid-State-Drives (SSDs) konzipiert. Um den Schreibverschleiß von SSDs zu minimieren, speichert RAID F1 Prüfsummen auf einer SSD, um die Anzahl der Schreibvorgänge auf anderen SSDs zu reduzieren. Das System unterstützt die automatische Datenübertragung, sobald die SSD ihre Schreibgrenze erreicht. Aufgrund der hohen SSD-Preise ist RAID F1 jedoch in der Regel nicht für die breite Öffentlichkeit verfügbar.

Was ist RAID 6 (weit verbreitet)?

RAID 6 und RAID 5 sind zwei gängige RAID-Level. Im Vergleich zu RAID 5 bietet RAID 6 zusätzlichen redundanten Festplattenspeicher für Paritätsdaten und benötigt mindestens vier Festplatten.

RAID 6 bietet hohe Datensicherheit, da zwei verschiedene Prüfsummenalgorithmen verwendet werden, die eine vollständige Datenwiederherstellung selbst bei Beschädigung beider Festplatten gewährleisten. Im Vergleich dazu ist RAID 5 weniger sicher. Allerdings ist die Anzahl der Prüfsummen bei RAID 6 doppelt so hoch wie bei RAID 5, da zwei rechenintensive Prüfsummenalgorithmen zum Einsatz kommen. Dies bedeutet, dass RAID 6 beim Lesen und Schreiben nicht so schnell ist wie RAID 5.

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Hybrid RAID

Wenn Sie mit RAID 0 bis 6 nicht zufrieden sind und wissen möchten, ob es RAID-Typen gibt, die die Vorteile aller Stufen vereinen, dann lesen Sie weiter, um mehr über Hybrid-RAID zu erfahren.

RAID 10

RAID 10 ist das am häufigsten verwendete Hybrid-RAID. Durch die Kombination der RAID-1- und RAID-0-Modi gewährleistet RAID 10 Datensicherheit und erhöht die Lese- und Schreibgeschwindigkeiten erheblich, die nutzbare Kapazität beträgt jedoch nur die Hälfte der Gesamtkapazität.

Für RAID 10 werden mindestens vier Festplatten benötigt, von denen zwei für RAID 1 und zwei weitere für RAID 0 verwendet werden.

RAID 50 und RAID 60

Neben RAID 10 gibt es auch RAID 50 und RAID 60. RAID 50 kombiniert RAID 5 und RAID 0. Dabei werden Daten und Paritätsinformationen mithilfe von RAID 5 auf mehreren Festplatten gespeichert und anschließend mit RAID 0 zu einem großen, gestreiften Speicherbereich zusammengefasst. Dies erhöht die Speicherkapazität und die Lese-/Schreibleistung. RAID 60 kombiniert RAID 6 und RAID 0 und verfolgt einen ähnlichen Ansatz, um Speicherkapazität und Lese-/Schreibleistung zu steigern und gleichzeitig eine höhere Datenredundanz und -sicherheit zu gewährleisten.

JBOD (Ungewöhnlich)

JBOD (Just a Bunch of Disks) verwendet ein spezielles Datenspeichermodell. Bei JBOD werden Daten sequenziell auf den Festplatten gespeichert, beginnend mit der ersten. Im System ist nur eine einzige große Partition sichtbar, die die Kapazität aller Festplatten enthält. Fällt jedoch eine der Festplatten aus, sind die Daten nicht mehr zugänglich. Schlimmer noch: Ist die erste Festplatte beschädigt, fällt das gesamte Array aus, da sie der einzige Speicherort für die Datensegmentierung ist.

Der Vorteil von JBOD liegt darin, dass mehrere Festplatten als Einheit behandelt werden und ihre gesamte Kapazität zur Verfügung steht. Zudem wird pro Schreibvorgang nur eine Festplatte verwendet. Das bedeutet, dass die anderen Festplatten während Lese- und Schreibvorgängen im Leerlauf sind und Überlastung keine Schäden verursacht. JBOD hat jedoch erhebliche Nachteile. Die Datensicherheit ist relativ gering, da der Ausfall einer Festplatte zu Datenverlust führen kann. Außerdem sind die Lese- und Schreibgeschwindigkeiten nach wie vor nicht verbessert und entsprechen denen einer einzelnen Festplatte. Daher ist JBOD nicht für Anwendungen zu empfehlen, die hohe Datensicherheit und Lese-/Schreibleistung erfordern.

Unraid (Ungewöhnlich)

Unraid ist ein Linux-basiertes Betriebssystem ähnlich wie JBOD und unterstützt Datenredundanz. In Unraid können eine oder zwei Festplatten zur Datenverifizierung eingerichtet werden. Um Daten im Falle eines Ausfalls einer oder beider Festplatten wiederherstellen zu können, ist eine größere Speicherkapazität erforderlich.

Unraid bietet eine komfortable Speichererweiterung, da Benutzer lediglich eine neue Festplatte in das System einsetzen müssen, um den Speicherplatz zu erweitern. Selbst wenn mehrere Festplatten ausfallen, gehen nur die Daten auf der defekten Festplatte verloren. Die übrigen Festplatten im Array funktionieren weiterhin einwandfrei.

Unraid hat jedoch zwei wesentliche Nachteile, die seine Nutzung einschränken. Erstens ist es kostenpflichtig; die Preise liegen zwischen 59 und 129 Euro, was vergleichsweise günstig ist. Ähnlich wie JBOD weist Unraid langsamere Schreibgeschwindigkeiten auf, da die zusätzliche Prüfsummenberechnung die Schreibzeit verlängert. Tatsächlich können die Schreibgeschwindigkeiten von Unraid sogar langsamer sein als die von JBOD, dem langsamsten aller Arrays.

Dennoch bietet Unraid viel Speicherplatz und ist daher ideal für Benutzer, die keine hohe Leistung benötigen.

SHR (Synology Hybrid RAID)

Synology Hybrid RAID (SHR) ist ein spezieller RAID-Modus, der sich vor allem an Einsteiger richtet, die noch keine Erfahrung mit RAID-Systemen haben. SHR ermittelt und verwendet automatisch den passenden RAID-Modus anhand der Anzahl und Kapazität der Festplatten.

Bei SHR wird standardmäßig die Kapazität einer Festplatte zur Speicherung der Prüfdaten verwendet. Bei gleichgroßen Festplatten und nur einer Festplatte entspricht SHR einer herkömmlichen Festplatte ohne Datensicherung. Mit zwei Festplatten arbeitet SHR ähnlich wie RAID 1. Bei drei Festplatten ähnelt SHR RAID 5. SHR 2 speichert Prüfsummen auf zwei Festplatten und benötigt vier Festplatten, ähnlich wie RAID 6.

SHR ermöglicht die einfache Erweiterung eines redundanten Festplatten-Arrays auf zwei und bietet damit mehr Flexibilität als herkömmliches RAID. Die Datenwiederherstellung ist jedoch nur in GroupHi möglich, da SHR ein dedizierter Modus für GroupHi ist. Für die Datenwiederherstellung wird spezielle Software benötigt, da Festplatten in anderen Computern die Daten möglicherweise nicht direkt lesen können. Diese Software hat jedoch gewisse Einschränkungen bei der Datenwiederherstellung.

RAID Z

RAID Z ist ein Software-RAID, das auf dem ZFS-System basiert. ZFS ist ein 128-Bit-Dateisystem, das erweiterte Funktionen unterstützt, darunter:

• Die Möglichkeit, Speicherplatz über mehrere Festplatten zu verteilen
• Überschriebene Dateien können weiterhin wiederhergestellt werden.
• Snapshots erhalten die ursprünglichen Systemdateien und verfolgen gleichzeitig Änderungen (leistungsstarke Snapshot-Funktion).
• Prüfsummen korrigieren automatisch Fehler beim Lesen von Daten.

RAID Z ist eine Funktion von ZFS, bei der keine zusätzliche Software oder Hardware für die Realisierung von RAID benötigt wird. Es gibt drei Arten von RAID Z: RAID Z1, RAID Z2 und RAID Z3.

• RAID Z1: Ähnlich wie bei RAID 5 werden zwei Festplatten zur Datenspeicherung verwendet, während eine Festplatte für einen Festplattencheck genutzt wird.
• RAID Z2: Ähnlich wie bei RAID 6 werden zwei Festplatten zur Datenspeicherung und zwei Paritätslaufwerke verwendet;
• RAID Z3: Bietet ein Höchstmaß an Sicherheit mit zwei Festplatten zur Datenspeicherung und drei Paritätslaufwerken.

In Kombination mit den Funktionen von ZFS ist RAID Z eine hervorragende Option. Allerdings hat RAID Z auch einige Nachteile, darunter einen hohen Speicherverbrauch. ZFS benötigt viel Speicher für das Caching; idealerweise sollte jeder Terabyte Speicherplatz 1 Gigabyte Arbeitsspeicher entsprechen, da sonst die Leistung beeinträchtigt wird. Es wird empfohlen, mit mindestens 8 Gigabyte zu beginnen. Die Verwendung von Fehlerkorrektur-Speicher ist ebenfalls unerlässlich, um die Wahrscheinlichkeit von Datenfehlern zu minimieren.

Der zweite Nachteil ist die Erweiterung der Kapazitäten.Wenn eine dritte Festplatte zu RAID Z1 konfiguriert wurde, muss eine weitere Gruppe von bis zu sechs Festplatten hinzugefügt werden. Dies ist nicht so komfortabel wie bei RAID 5 und RAID 6, wo eine neue Festplatte zur Kapazitätserweiterung verwendet werden kann.

Schlussworte

In diesem Artikel haben wir das Konzept von RAID-Systemen sowie die Vor- und Nachteile von 15 verschiedenen RAID-Leveln erläutert. Das Verständnis der Eigenschaften der verschiedenen RAID-Level ermöglicht es Nutzern, eine Speicherlösung auszuwählen, die ihren Bedürfnissen entspricht und die Datensicherheit und -zuverlässigkeit verbessert.