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RAID einfach erklärt: Level, Schutz und Grenzen
Ein RAID verbindet mehrere physische Laufwerke zu einem logischen Laufwerk. Je nach RAID-Level erhöht der Verbund die Geschwindigkeit, die Verfügbarkeit bei Laufwerksausfällen oder beides. Ein RAID ersetzt jedoch niemals ein Backup.
Hake ab, was du schon kannst — und komm am Ende hierher zurück!
Was macht ein RAID?
Stell dir einen Server mit mehreren Laufwerken vor. Statt jedes Laufwerk einzeln anzuzeigen, fasst ein Controller oder das Betriebssystem sie zu einem Array, also einem Speicherverbund, zusammen. Anwendungen sehen meist nur ein logisches Laufwerk.
RAID
RAID steht für Redundant Array of Independent Disks. Es bezeichnet einen Verbund aus mindestens zwei Laufwerken, dessen Datenverteilung durch einen RAID-Level festgelegt wird.
Ein RAID kann unterschiedliche Ziele verfolgen:
- mehrere Laufwerke parallel nutzen und dadurch den Durchsatz erhöhen;
- Daten redundant speichern, damit der Betrieb trotz bestimmter Laufwerksausfälle weitergehen kann;
- die Kapazität mehrerer Laufwerke zu einem großen logischen Speicher verbinden.
Diese Ziele lassen sich nicht alle ohne Nachteile maximieren. Mehr Redundanz benötigt zusätzliche Kapazität. Paritätsberechnungen können Schreibvorgänge verlangsamen. Der passende RAID-Level hängt deshalb vom Einsatzzweck ab.
Wie werden die Daten verteilt?
Die wichtigsten RAID-Level beruhen auf drei Grundverfahren.
Striping verteilt Datenblöcke
Beim Striping werden zusammengehörige Daten in Blöcke zerlegt und auf mehrere Laufwerke verteilt. Die Laufwerke können verschiedene Blöcke gleichzeitig lesen oder schreiben. Das kann den Datendurchsatz erhöhen.
Striping allein erzeugt keine zusätzlichen Informationen. Fällt ein beteiligtes Laufwerk aus, fehlen Teile des Datenstroms und das gesamte logische Laufwerk ist nicht mehr zuverlässig nutzbar.
Spiegelung erzeugt vollständige Kopien
Bei der Spiegelung, auch Mirroring genannt, werden dieselben Daten auf mehreren Laufwerken gespeichert. Fällt eine Kopie aus, kann eine andere vollständige Kopie weiterverwendet werden.
Der Schutz kostet Kapazität: Bei vollständiger Spiegelung bestimmt das kleinste Laufwerk die nutzbare Größe. Löschungen oder beschädigte Dateien werden außerdem auf alle Spiegel kopiert.
Parität ermöglicht Rekonstruktion
Parität ist zusätzliche Rekonstruktionsinformation. Sie wird bei RAID 5 und RAID 6 zusammen mit den Datenblöcken über die Laufwerke verteilt.
Vereinfacht wird dafür die XOR-Verknüpfung verwendet. Für zwei Bits gilt:
| Datenbits | Paritätsbit |
|---|---|
| 0 und 0 | 0 |
| 0 und 1 | 1 |
| 1 und 0 | 1 |
| 1 und 1 | 0 |
Sind ein Datenbit, das andere Datenbit und die Parität bekannt, lässt sich das fehlende Bit bestimmen. In einem RAID geschieht dieses Prinzip blockweise.
Gegeben sind das erste Datenbit 1 und das Paritätsbit 1. Das zweite Datenbit muss 0 sein, denn 1 XOR 0 ergibt 1.
Wäre das zweite Bit ebenfalls 1, ergäbe 1 XOR 1 die Parität 0. Das würde nicht zur gespeicherten Parität passen.
Striping steigert die Parallelität, Spiegelung speichert vollständige Kopien und Parität speichert Informationen zur Rekonstruktion.
Welche RAID-Level sind wichtig?
Die Level kombinieren die Grundverfahren unterschiedlich.
| Level | Mindestzahl | Grundprinzip | Tolerierte Laufwerksausfälle | Nutzkapazität bei gleich großen Laufwerken |
|---|---|---|---|---|
| RAID 0 | 2 | Striping | keine | Summe aller Laufwerke |
| RAID 1 | 2 | vollständige Spiegelung | alle bis auf eine Kopie | Größe des kleinsten Laufwerks |
| RAID 5 | 3 | Striping und eine verteilte Parität | genau ein Laufwerk | Anzahl minus ein Laufwerk |
| RAID 6 | 4 | Striping und zwei verteilte Paritäten | zwei Laufwerke | Anzahl minus zwei Laufwerke |
| RAID 10 | 4 | Striping über gespiegelte Paare | abhängig von der Verteilung der Ausfälle | gewöhnlich die Hälfte der Rohkapazität |
Bei RAID 10 können mehrere Laufwerke ausfallen, solange nicht beide Laufwerke desselben Spiegelpaares verloren gehen. Die genaue Fehlertoleranz hängt daher davon ab, welche Laufwerke ausfallen.
Vier gleich große Laufwerke besitzen jeweils 1 TB Kapazität.
- RAID 0 stellt 4 TB bereit, besitzt aber keine Redundanz.
- RAID 1 mit vier vollständigen Kopien stellt 1 TB bereit.
- RAID 5 stellt 3 TB bereit: Die Kapazität eines Laufwerks entspricht dem Paritätsaufwand.
- RAID 6 stellt 2 TB bereit: Die Kapazität zweier Laufwerke entspricht dem Paritätsaufwand.
Die Angaben beschreiben die nutzbare Kapazität des RAID-Verbunds. Dateisystem und Herstellerdarstellung können später etwas weniger Speicher anzeigen.
RAID 0 eignet sich nur, wenn Geschwindigkeit wichtiger ist als Verfügbarkeit und ein Verlust verkraftbar bleibt. RAID 1 ist einfach zu rekonstruieren, benötigt aber viel Kapazität für Kopien. RAID 5 nutzt die Rohkapazität sparsamer, ist während eines Rebuilds jedoch nur noch gegen keinen weiteren Laufwerksausfall geschützt. RAID 6 behält nach dem ersten Ausfall noch Schutz gegen einen zweiten Ausfall. RAID 10 verbindet hohe Parallelität mit Spiegelung, benötigt dafür aber viele Laufwerke.
Was geschieht bei einem Laufwerksausfall?
Ein redundantes RAID arbeitet nach einem erlaubten Laufwerksausfall im degradierten Zustand weiter. Es besitzt dann weniger oder keine verbleibende Ausfallreserve.
Beim Rebuild werden die fehlenden Daten oder Paritätsinformationen auf einem Ersatzlaufwerk rekonstruiert. Dafür müssen große Datenmengen von den verbliebenen Laufwerken gelesen werden. Der Vorgang kann lange dauern und belastet den gesamten Verbund stark.
Hot-Spare
Ein Hot-Spare ist ein bereits eingebautes Reserve-Laufwerk. Erkennt das System einen Ausfall, kann es das Reserve-Laufwerk automatisch einbinden und den Rebuild beginnen.
Ein Hot-Spare enthält vor dem Ausfall keine aktive vollständige Kopie. Es verhindert den Ausfall auch nicht, sondern verkürzt lediglich die Zeit bis zum Beginn des Rebuilds.
Hot-Swapping bedeutet, ein Laufwerk im laufenden Betrieb auszutauschen. Das funktioniert nur, wenn Controller, Anschluss und RAID-Konfiguration es unterstützen. Bei RAID 0 würde das Entfernen eines Laufwerks den Verbund unmittelbar unbrauchbar machen.
Große Laufwerke verlängern den Rebuild. Währenddessen können weitere Laufwerksfehler oder nicht korrigierbare Lesefehler auftreten. Mehr Redundanz senkt dieses Risiko, beseitigt es aber nicht.
Warum ersetzt RAID kein Backup?
RAID verbessert vor allem die Verfügbarkeit: Bei bestimmten Hardwareausfällen kann das System weiterarbeiten. Ein Backup bewahrt dagegen eine unabhängige Kopie oder einen früheren Datenstand zur Wiederherstellung auf.
Folgende Ereignisse kann ein RAID nicht zuverlässig abfangen:
- versehentliches Löschen oder Überschreiben;
- Schadsoftware und verschlüsselte Dateien;
- Fehler im Betriebssystem, Dateisystem oder in einer Anwendung;
- Diebstahl oder Verlust des gesamten Geräts;
- Feuer, Wasser oder andere Schäden am Standort;
- Fehler des Controllers oder der Stromversorgung, die mehrere Laufwerke betreffen.
Bei einem Spiegel werden fehlerhafte Änderungen sofort mitgespiegelt. Auch Parität kann keinen früheren korrekten Dateistand zurückholen.
Auf einem NAS sind Fotos in RAID 1 gespeichert. Ein Laufwerk fällt aus, das andere enthält weiterhin alle Fotos: Hier hilft das RAID.
Wird der Fotoordner versehentlich gelöscht, übernimmt die Spiegelung auch diese Löschung. Zur Wiederherstellung ist eine unabhängige Sicherung nötig, die den früheren Datenstand noch enthält.
RAID hält einen Speicherdienst bei bestimmten Laufwerksausfällen verfügbar. Ein Backup macht verlorene oder frühere Datenstände wiederherstellbar. Für wichtige Daten brauchst du beides passend zum Risiko.
Wie wählst du einen RAID-Level aus?
Beginne nicht mit der Nummer des RAID-Levels, sondern mit den Anforderungen:
- Verlustfolgen klären: Dürfen Daten oder Betriebszeit verloren gehen?
- Zugriffsmuster betrachten: Geht es vor allem um große Lesevorgänge oder um viele kleine Schreibvorgänge?
- Kapazität berechnen: Wie viel Rohkapazität darf für Kopien oder Parität verwendet werden?
- Ausfälle festlegen: Wie viele Laufwerksausfälle soll der Verbund mindestens überstehen?
- Wiederherstellung planen: Wie schnell stehen Ersatzlaufwerk, Rebuild und unabhängiges Backup bereit?
Ein Videoschnitt-Rechner nutzt temporäre Dateien, die jederzeit aus den Originalaufnahmen neu erzeugt werden können. Hoher Durchsatz ist wichtiger als Verfügbarkeit. RAID 0 kann dafür passen, sofern die Originalaufnahmen unabhängig gespeichert sind.
Ein Dateiserver soll einen Laufwerksausfall überstehen und besitzt vier gleich große Laufwerke. RAID 5 bietet mehr Nutzkapazität, RAID 6 Schutz gegen zwei Ausfälle und RAID 10 oft bessere Leistung bei vielen kleinen Schreibzugriffen. Die richtige Wahl hängt von der geforderten Ausfalltoleranz und dem Zugriffsmuster ab.
Hardware-RAID verwendet einen eigenen Controller. Software-RAID lässt das Betriebssystem die Datenverteilung verwalten. Keine Variante ist automatisch immer schneller oder sicherer: Controller, Cache, CPU, Bus, Laufwerke und Implementierung beeinflussen das Ergebnis.
Karteikasten
Überlege zuerst selbst und drehe die Karte anschließend zum Prüfen um.
Alles auf einen Blick
- RAID
- Striping: erhöht die Parallelität
- Spiegelung: erzeugt vollständige Kopien
- Parität: ermöglicht Rekonstruktion
- RAID 0: schnell, aber ohne Redundanz
- RAID 1 und 10: Schutz durch Spiegelung
- RAID 5 und 6: Schutz durch verteilte Parität
- Rebuild: stellt Redundanz nach einem Ausfall wieder her
- Backup: bewahrt unabhängige oder frühere Datenstände
Abschluss-Check
Du kannst einen RAID-Level nun anhand von Datenverteilung, Kapazität, Ausfalltoleranz und Zugriffsmuster beurteilen. Die wichtigste Grenze bleibt: Redundanz im laufenden System ist keine unabhängige Datensicherung.