RAID

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Ein RAID (Redundant Array of Independent Disks) bezeichnet das Zusammenschalten von mehreren Festplatten oder anderen Datenträgern zu einem einzelnen logischen Laufwerk. Abhängig vom jeweiligen RAID Level ermöglicht es sowohl höhere Ausfallsicherheit als auch höhere Performance als sie mit einer Festplatte erreichbar ist. RAIDs können dabei mithilfe von Hardware RAID, Software RAID oder Firmware/Driver RAID verwendet werden.

RAID Level

RAID Level RAID 0 RAID 1 RAID 4 RAID 5 RAID 6 RAID 10
Mindestanzahl an HDDs 2 2 3 3 4

(5 bei 3ware)

4
Funktionsweise RAID 0 RAID 1 RAID 4 RAID 5 RAID 6 RAID 10
Datensicherheit keine Ausfall eines
Laufwerks
Ausfall eines
Laufwerks
Ausfall eines
Laufwerks
Ausfall von zwei
Laufwerken
Ausfall von
einem Laufwerk
pro Sub-Array
Kapazitätsausnutzung 100% 50% 67% - 94% (bei 16 HDDs) 67% - 94% (bei 16 HDDs) 50% - 88% (bei 16 HDDs) 50%
Rebuild nach einem HDD-Ausfall nicht möglich
Datenverlust!
(*)
gespiegelte HDD kopieren Berechnung des ursprünglichen Inhalts mittels XOR (dazu müssen alle verbliebenen HDDs vollständig gelesen werden) Berechnung des ursprünglichen Inhalts mittels XOR (dazu müssen alle verbliebenen HDDs vollständig gelesen werden) Berechnung des ursprünglichen Inhalts der HDD (im Detail von der jeweiligen RAID 6 Implementierung abhängig) gespiegelte HDD kopieren
Rebuild nach einem doppelten HDD-Ausfall nicht möglich
Datenverlust!
(*)
nicht möglich
Datenverlust!
(*)
nicht möglich
Datenverlust!
(*)
nicht möglich
Datenverlust!
(*)
Berechnung des ursprünglichen Inhalts der beiden HDDs (im Detail von der jeweiligen RAID 6 Implementierung abhängig) nur möglich wenn zwei Festplatten von unterschiedlichen Spiegeln betroffen sind, dann gespiegelte HDDs jeweils kopieren

(*) Daten können nur durch professionelle RAID Datenrettung in vielen Fällen wiederhergestellt werden.

RAID 0

  • Hohe Performance: sowohl beim Lesen als auch beim Schreiben können mehrere Festplatten parallel genutzt werden.
  • Keine Ausfallsicherheit: bei einem Ausfall einer Festplatte gehen alle Daten des RAID Volumes verloren.
RAID 0: höhere Performance, aber keine Ausfallsicherheit


RAID 1

  • Performance: beim Schreiben ist die Performance nahezu jene einer einzelnen Festplatte, beim Lesen von größeren Datenmengen besteht die Möglichkeit von beiden Laufwerken parallel zu lesen und somit die Lese-Performance zu steigern.
  • Ausfallsicherheit: alle Daten sind vollständig gespiegelt, der Ausfall einer Festplatte führt zu keinem Datenverlust.
RAID 1: alle Daten werden gespiegelt


RAID 4

RAID 4 funktioniert ähnlich wie RAID 5, nur werden die Paritätsdaten auf einer dedizierten Festplatte gespeichert und nicht wie bei RAID 5 auf mehrere Festplatten verteilt.

RAID 4: Paritätsinformationen werden auf einem Datenträger gespeichert, fällt ein Datenträger aus und wird dieser durch einen neuen ersetzt kann der ursprüngliche Inhalt rekonstruiert werden


RAID 5

  • Ausfall einer Festplatte führt zu keinem Datenverlust: da bei einem RAID 1 in Summe nur 50 Prozent der Kapazität der beiden Festplatten nutzbar ist, gibt es mit RAID 5 einen RAID-Level der mit mehreren Festplatten nutzbar ist und ebenfalls wie RAID 1 den Ausfall einer einzelnen Festplatte toleriert.
  • Paritätsdaten: anstelle einer vollständigen Spiegelung der Daten werden bei einem RAID 5 Paritätsdaten berechnet. Dazu wird eine XOR Operation genutzt.
  • Verteilung der Paritätsdaten: die Paritätsdaten werden über alle vorhandenen Festplatten verteilt und nicht wie bei einem RAID 4 auf einer einzelnen Festplatte gespeichert. Bei einem RAID 4 unterlag diese Paritätsfestplatte einer höheren Abnutzung als die restlichen Festplatten des RAID Verbundes, daher spielt RAID 4 im Vergleich zu RAID 5 heute kaum noch eine Rolle.
  • Höhere Lese-Performance: beim Lesen von größeren Datenmengen können mehrere Festplatten parallel genutzt werden und damit eine höhere Lese-Performance im Vergleich zu einer einzelnen Festplatte erziehlt werden.
  • Schreib-Performance: beim Schreiben von kleinen Datenmengen sind zuvor Lesezugriffe notwendig, damit die neuen Paritätsdaten für das betroffene Stripe berechnet und ebenfalls geschrieben werden können (read-modify-write, write penalty). Bei Hardware RAID Controllern mit integrierten Caches federn die Caches dieses Problem ab.
  • Initialisierung bei Erstellung eines RAID 5 erforderlich: damit read-modify-write richtig funktioniert, muss die ursprüngliche Parität korrekt sein. Dies wird durch eine Initialisierung eines RAID 5 bei der Einrichtung des RAID Sets gewährleistet. Die Initialisierung kann ja nach Größe des RAID Sets mehrere Stunden bis Tage in Anspruch nehmen. Im Gegensatz dazu erfordern RAID 1 und RAID 6 (zumindest bei Linux Software RAID) keine Initialisierung.[1]
  • Aufwändiges Wiederherstellen einer ausgefallenen Festplatte: bei einem RAID 1 genügt es nach einem Festplattenausfall zum Wiederherstellen des RAID Volumes den Inhalt der verbliebenen Festplatte auf eine neue Festplatte zu kopieren. Fällt eine Festplatte in einem RAID 5 aus, werden bei einem Wiederherstellen auf eine neue Festplatte die Daten aller noch vorhandenen Festplatten gelesen um mittels XOR Berechnung den Inhalt der ersetzten Festplatte zu berechnen.
RAID 5: Paritätsinformationen werden auf alle Datenträger verteilt, fällt ein Datenträger aus und wird dieser durch einen neuen ersetzt kann der ursprüngliche Inhalt rekonstruiert werden


RAID 6

  • Ausfall von zwei Festplatten führt zu keinem Datenverlust
  • Unterschiedliche RAID 6 Implementierungen: es gibt unterschiedliche mathematische Möglichkeiten wie doppelte Paritätsdaten erstellt und verwendet werden können (z.B. Galois field oder RAID DP)
RAID 6: doppelte Paritätsinformationen erlauben den Ausfall von zwei Datenträgern ohne Datenverlust


RAID 10

RAID 10: bietet hohe Performance wie RAID 0, kombiniert mit der Datensicherheit von RAID 1


RAID: Datenverlust vermeiden und Datenwiederherstellung

Im Artikel RAID Datenrettung lesen Sie, was Sie für den Einsatz eines RAID-Systems unbedingt wissen sollten:

  • Symptome eines bevorstehenden Datenverlustes.
  • Welche Gefahren lauern bei RAID-Systemen.
  • Vermeidung von Datenverlust bei RAID.

Einzelnachweise

  1. RAID is more than parity and mirrors (Vortrag Neil Brown bei der LCA 2013)

Weitere Informationen


Foto Werner Fischer.jpg

Autor: Werner Fischer

Werner Fischer, tätig im Bereich Communications / Knowledge Transfer bei Thomas-Krenn, hat sein Studium zu Computer- und Mediensicherheit an der FH Hagenberg abgeschlossen. Er ist regelmäßig Autor in Fachzeitschriften und Speaker bei Konferenzen wie LinuxCon, OSDC, OSMC, LinuxTag u.v.m. Seine Freizeit gestaltet er sehr abwechslungsreich. In einem Moment absolviert er seinen Abschluss im Klavierspielen, im anderen läuft er beim Linzmarathon in der Staffel mit oder interessiert sich für OpenStreetMap.


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