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RAID: Die unterschiedlichen Typen und ihre Vorteile

Ein RAID-System steht für eine Anzahl physischer Laufwerke, die für das Betriebssystem zu einem einzigen logischen Laufwerk zusammengefasst sind.

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RAID

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RAID ist neu für mich. Können Sie die verschiedenen Typen und ihre Vor- und Nachteile erklären? Was sind die Vorteile eines RAID-10 mit mehr als der Mindestanzahl von vier Laufwerken – geht es um zusätzliche Kapazität, mehr Fehlertoleranz oder beides? Unter welchen Umständen kann RAID-10 mehrere gleichzeitige Laufwerksausfälle überleben? Und wie sieht Wiederaufbau-Prozess zum Ersetzen ausgefallener Festplatten bei RAID-10 aus?

RAID stand ursprünglich für "Redundant Array of Inexpensive Disks". Heute wird die Abkürzung für "Redundant Array of Independent Disks" verwendet. RAID bezeichnet die Gruppierung mehrerer physischer Laufwerke zu einem größeren virtuellen, genannt "RAID-Set". RAID lässt dem Server viele kleinere Platten also als eine große erscheinen – das RAID-System zeigt die kleineren physikalischen Laufwerke gegenüber dem Server als einen logischen Datenträger an. Das logische Laufwerk wird als LUN oder "Logical Unit Number" bezeichnet. RAID hat zwei wesentliche Vorteile: Bessere Leistung und höhere Verfügbarkeit – es ist schneller und versagt seltener.

RAID-Vorteile

Die Leistung wird erhöht, da dem Server mehr physische Laufwerke zum parallelen Lesen oder Schreiben der gleichen Datenmenge zur Verfügung stehen.

Die Verfügbarkeit wird erhöht, da der RAID-Controller verlorene Daten aus Paritätsinformationen neu erstellen kann (Parität ist im Prinzip eine Prüfsumme, die zusammen mit den ursprünglichen Daten geschrieben wird). RAID kann auf einem Host mittels Software realisiert werden – zum Beispiel unter Windows als "FTDISK"-Volumes  – oder mittels Hardware im Storage-Controller. Der auf ein Hardware-RAID zugreifende Server erfährt nicht, wenn eines der Laufwerke defekt ist. Der Controller stellt die verlorenen Daten wieder her, indem er die auf den überlebenden Disks gespeicherten Paritätsinformationen nutzt.

Es gibt eine Reihe von Möglichkeiten, Laufwerke zu RAID-Sets zusammenzufassen. Die verschiedenen RAID-Typen sind von 0 bis 6 nummeriert. Die Zahlen repräsentieren den "Level" des verwendeten RAID. Die RAID-Level 0, 1 und 5 sind am weitesten verbreitet. Kombinationen von RAID-Typen können zusammen verwendet werden. Beispielsweise können Sie zwei RAID-0-Sets erstellen und zu einem RAID-1-Set kombinieren. Dadurch erhalten Sie im Wesentlichen die Leistungsvorteile von RAID 0 mit der höheren Verfügbarkeit von RAID 1.

Um mehrere Laufwerksausfälle in einem "RAID-10"-Setup zu überleben, sollten Sie mehrere RAID-1-Mirrors erstellen und dann RAID-0-Striping darauf anwenden. Solange die multiplen Laufwerksfehler in unterschiedlichen Mirror-Sets auftreten, bleibt das RAID-Set insgesamt verfügbar. Erstellen Sie zwei Stripe-Sets mit RAID 0 und spiegeln diese, dann führt der Verlust eines einzelnen Laufwerks dazu, dass sich alle Zugriffe auf das gespiegelte Stripe-Set beschränken.

Der zu verwendende RAID-Typ hängt von der Art der Anwendung ab, die Sie auf Ihrem Server ausführen. RAID 0 (Striping) ist am schnellsten, RAID 1 (Mirroring) am zuverlässigsten und RAID 5 eine gute Kombination aus beidem.

Die RAID-Typen

Nachfolgend finden Sie eine Beschreibung der am häufigsten in SAN-Storage-Arrays verwendeten RAID-Arten. Nicht alle Array-Anbieter unterstützen alle Typen. Fragen Sie daher Ihren Lieferanten nach den verfügbaren RAID-Typen.

RAID 0: RAID 0 nennt man auch "Disk-Striping". Die Daten sind in Blöcken über alle Festplatten im RAID-Set verteilt. RAID-0 bietet erstklassige Performance, weil sich die Last auf mehrere physische Laufwerke verteilt. Es wird keine Parität generiert. Daher gibt es keinen Overhead beim Schreiben. RAID-0 ist damit nur geeignet für mehr Leistung, nicht für hohe Verfügbarkeit. RAID-0 erfordert mindestens zwei physische Festplatten.

RAID 0

RAID 1: RAID 1 heißt auch Platten-Spiegelung (Mirroring). Alle Daten werden auf mindestens zwei separate physische Festplatten geschrieben. Die Platten sind im Wesentlichen Spiegelbilder voneinander. Fällt eine der Festplatten aus, kann die andere die Daten bereitstellen. Spiegelung ist gut für sehr schnelle Lesevorgänge. Beim Schreiben ist es jedoch bestenfalls genauso schnell wie eine einzelne Festplatte gleicher Bauart, da alle Daten auf alle Platten im RAID 1 geschrieben werden. RAID-1 erfordert mindestens zwei physische Laufwerke.

RAID 1

RAID 1 + 0: RAID 1 + 0, auch RAID 10 genannt, verwendet eine Kombination von Spiegelung und Striping. Die Daten werden normalerweise zuerst gespiegelt und dann gestriped. Die Spiegelung von Stripe-Sets erfüllt einen ähnlichen Zweck, ist aber weniger fehlertolerant. Wenn Sie ein Laufwerk in einem Stripe-Set verlieren, müssen alle Zugriffe auf das andere Stripe-Set erfolgen, weil Stripe-Sets keine Parität haben. RAID 0 + 1 benötigt mindestens vier Festplatten.

RAID 10

RAID 2: RAID 2 wird nicht mehr verwendet.

RAID 2

RAID 3: RAID 3 nutzt ein separates "Parity-Laufwerk" zur Speicherung der vom RAID-Controller generierten Paritätsinformationen anstatt sie wie bei RAID 5 per Striping zusammen mit den Nutzdaten abzuspeichern. Dieser RAID-Typ wird derzeit nicht häufig eingesetzt, da er zu einer schlechten Performance bei vielen kleinen Daten-Anforderungen führt, wie sie etwa im Datenbankbetrieb auftreten. Er sorgt hingegen für gute Leistungen bei langen sequenziellen Daten-Transfers, beispielsweise auf Video-Servern. RAID-3 erfordert ein Minimum von drei physischen Datenträgern.

RAID 3

RAID 4: RAID 4 ist gut für sequenzielle Daten-Zugriffe geeignet, wird aber selten verwendet.

RAID 4

RAID 5: RAID 5 nutzt Disk-Striping mit Parität. Die Daten sind zusammen mit den Paritätsinformationen, aus denen sie sich im Falle eines Festplatten-Fehlers rekonstruieren lassen, über alle Festplatten im RAID-Set verteilt. RAID 5 ist die gebräuchlichste Methode, da sie eine gute Balance zwischen Performance und Verfügbarkeit erreicht. RAID 5 erfordert mindestens drei physische Datenträger.

RAID 5

Adaptive RAID: Adaptive RAID überlässt dem RAID-Controller die Entscheidung, wie die Parität auf den Datenträgern abgespeichert wird. Abhängig davon, welcher RAID-Typ besser mit den zu schreibenden Daten harmoniert, wählt der Controller dann RAID 3 oder RAID 5 aus.

RAID 6: RAID 6 erhöht die Zuverlässigkeit durch den Einsatz zweier Parity-Stripes. Das erlaubt zwei Disk-Ausfälle, bevor Daten verloren gehen. RAID 6 ist in SATA-Umgebungen zu finden sowie bei Lösungen für lange Speicherfristen, zum Beispiel in der Datenarchivierung oder beim Festplatten-basierten Backup.

RAID 6

Zu Ihrer Frage über die Vorteile zusätzlicher Festplatten: Sie erhalten dadurch mehr Storage-Kapazität sowie mehr Aktoren oder Spindeln für das Betriebssystem. Die meisten RAID-Arrays verwenden maximal 16 Laufwerke innerhalb eines Sets; eine größere Anzahl bedeutet höheren Overhead und abnehmende Leistungssteigerung. Bis zu acht Festplatten scheint eine gute Grenze für RAID 5 und RAID 10 zu sein. Wenn Sie mehr Platz benötigen, können Sie mit den restlichen Laufwerken ein zusätzliches Array erstellen. Als weitere Faustregel sollten Sie versuchen, verschiedene Daten-Typen auf separaten RAID-Sets zu halten. RAID-10 können Sie für optimale Leistung überall nutzen, aber die meisten Budgets diktieren RAID 5 für Datenbank-Daten und RAID 1 oder RAID 10 für Datenbank-Logs (Datenbanken generieren typischerweise sehr zufällige I/O-Zugriffe, Protokolle sind hingegen eher sequenzieller Natur).

Die Wiederaufbau-Zeiten hängen von der Art des RAID ab. Bei Software-basiertem RAID bedeuten mehr Spindeln innerhalb der Gruppe längere Rebuild-Zeiten. Bei Hardware-basiertem RAID wird der Zeitaufwand normalerweise durch die Größe der Laufwerke bestimmt – die Wiederherstellung eines 146-GByte-Laufwerks dauert länger als eines mit 73 GByte.

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Artikel wurde zuletzt im Mai 2016 aktualisiert

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