NASgeforscht: Welcher RAID-Typ passt zu mir?

Martin Jud

22.3.2019

Twix hiess früher RAIDer. Und auch bei RAIDer waren stets zwei Riegel dabei. Wenn nun die eigene Cloud mittels RAID betrieben wird, benötigt diese auch mindestens zwei Festplatten. Doch im Unterschied zum Schokoriegel kannst du die HDDs nicht bloss reinschieben. Erst musst du dich für einen RAID-Typen entscheiden.

Als aufmerksamer Leser des hast du mitbekommen, dass ich mir Ersatz für mein in die Jahre gekommenes NAS kaufe. Dabei habe ich mich für folgende Konfiguration entschieden: Synology DS918+, 4 GB RAM-Erweiterung sowie vier HDDs Seagate IronWolf 8 TB.

Weshalb gerade diese Konfiguration, liest du hier nach:

Auf die neue eigene Cloud freue ich mich sehr. Doch ehe ich sie aufsetze, stellt sich die Frage, wie wichtig mir Ausfallsicherheit ist? Je nach RAID-Typ erhalte ich mehr Speicherplatz oder mehr Sicherheit.

Was ist ein RAID?

Der Begriff RAID steht für «Redundant Array of Independent Disks», was auf Deutsch übersetzt so viel wie «redundante Ansammlung von unabhängigen Festplatten» bedeutet. Es handelt sich dabei um einen Verbund von mehreren physischen Festplatten zu einem einzelnen logischen Laufwerk. Das kann Vorteile in Sachen Leistung, Zuverlässigkeit und Ausfallsicherheit bringen.

Redundanz? Nein, das ist kein Backup!

Allgemein bedeutet Redundanz das mehrfache Vorhandensein von gleichartigen Objekten. In Bezug auf RAID bedeutet es, dass du zusätzliche Ressourcen als Reserve einsetzt. Will heissen, dass ein Teil des vorhandenen Speicherplatzes als Ausfallsicherheit herhält und daher nicht als herkömmlicher Netzwerk-Speicher benutzt werden kann. Je nach verwendetem RAID-Typ/-Level können eine oder mehrere Festplatten ausfallen, ohne dass ein definitiver Datenverlust droht. Die auf der Ausfall-Festplatte verlorenen Daten können dank redundanter Kopien von den restlichen HDDs wiederhergestellt werden. Du tauschst die defekte Festplatte bei laufendem Betrieb aus und gut ist.

Falls dir nun der Gedanke kommt, dass es sich bei der Redundanz um ein Backup handelt, muss ich dich enttäuschen. Die Redundanz ist lediglich eine Ausfallsicherheit, welche das Weiterarbeiten trotz Defekt einer Festplatte ermöglicht.

Aus folgenden Gründen ist dein Netzwerkspeicher auch trotz Redundanz kein Backup: Hast du dir einen Virus eingefangen oder fehlerhaft geschriebene Daten durch einen Softwarefehler, werden die Probleme auch auf die redundant abgelegten Daten übertragen. Im Weiteren besteht auch die Gefahr von versehentlich gelöschten Dateien. Die lassen sich nur mit Glück und einigem Aufwand wiederherstellen. Ausserdem sollte ein Backup an einem anderen Standort gelagert werden als die Originaldaten. Du siehst; wegen einem RAID-System auf ein Backup zu verzichten, kann böse ins Auge gehen.

Parität: Die RAID-Fehlerkorrektur

Bei Parität handelt es sich im Allgemeinen um eine Technik zur Fehlerkorrektur. Sie ist notwendig, da die Datenübertragung kein komplett fehlerfreier Prozess ist. Mittels Parität wird überprüft, ob Daten beim Kopieren, Verschieben oder Übertragen verloren gegangen sind oder überschrieben wurden. Dies funktioniert, indem eine zusätzliche Binärzahl einer Gruppe von Bits hinzugefügt wird – das sogenannte Paritätsbit. Damit kann festgestellt werden, ob die verschobenen Bits erfolgreich angekommen sind.

Das Konzept der Paritätsprüfung existiert für viele Anwendungen – beispielsweise auch bei der Kommunikation von Modems. Oder auch in erweiterter Form (horizontale und vertikale Parität) bei einem RAID respektive gewissen RAID-Level. RAID 5 bietet beispielsweise Redundanz durch die Verwendung von Parität. Die Paritätsinformationen ermöglichen bei einem Laufwerksausfall die Daten neu aufzubauen. Je nach RAID-Level wird die Parität auf ein einzelnes Laufwerk gespeichert oder über mehrere verteilt.

RAID-Typen und deren Eigenschaften

Egal, ob du dir ein NAS respektive ein Hardware-RAID besorgt hast, ein Software-RAID erstellen möchtest oder gar ein Host-RAID – die Frage nach dem RAID-Typen/-Level stellt sich immer. Es sei denn, du bist nicht daran interessiert und lässt den Einrichtungsassistenten deines NAS die werkseitig vorgeschlagene Einstellung übernehmen.

Welcher RAID-Typ du bei deinem Festplattenverbund einsetzen kannst oder solltest, ist einerseits von der Anzahl Festplatten abhängig. Andererseits auch von der Power des Prozessors/NAS, denn gewisse RAID-Typen verursachen wegen den Paritätsinformationen mehr Last. Aber siehe selbst – nachfolgend findest du die wichtigsten RAID-Level erklärt. Exotischere RAID-Typen (RAID 2, 3, 4, 7, etc.), die nur selten oder in Spezialfällen zum Einsatz kommen, habe ich der Übersicht zu liebe weggelassen.

Die verschiedenen RAID-Level

Folgende Tabelle gibt dir einen ersten Überblick zu den unterschiedlichen RAID-Level. Du siehst, wie viele HDDs für den jeweiligen Level mindestens notwendig sind, wie viel Speicherplatz dir zur Verfügung steht, welche Ausfallsicherheit geboten wird, die Lese- und Schreibgeschwindigkeit sowie eine Angabe zu den Kosten.

RAID 0 – Disk Striping

RAID 0 ist das RAID, das kein RAID ist. Denn bei diesem besteht keine Redundanz – sämtliche Daten sind nur einmal vorhanden. Bei einem RAID-0-System werden die Daten in Blöcke aufgeteilt und auf sämtliche Laufwerke des Arrays geschrieben. Für RAID 0 benötigt es mindestens zwei Festplatten.

Vorteile:

• Die höchst mögliche Speicherkapazität wird genutzt = 100 Prozent.
• Hervorragende Leistung bei Lese- und Schreibzugriffen.
• Es besteht kein Overhead (zusätzliche Daten) durch Paritätskontrollen.

Nachteile:

• RAID 0 ist nicht redundant und bietet keine Ausfallsicherheit. Wenn ein Laufwerk ausfällt, sind sämtliche Daten verloren.

RAID 1 – Disk Mirroring

RAID 1 besteht aus einem Daten- und (mindestens) einem Spiegellaufwerk. Sollte eines der Laufwerke ausfallen, können alle Daten dank der Spiegelung schnell und unkompliziert wiederhergestellt werden.

Vorteile:

• Du bekommst mit RAID 1 eine ausgezeichnete Lesegeschwindigkeit sowie eine Schreibgeschwindigkeit, die mit einem einzeln betriebenen Laufwerk vergleichbar ist.
• Sollte ein Laufwerk ausfallen, müssen die Daten nicht neu aus Paritätsinformationen erstellt werden, sondern werden einfach auf das Ersatzlaufwerk kopiert.
• Die Technologie ist simpel und hält die Prozessorlast tief.

Nachteile:

• Du bekommst nur die Speicherkapazität einer Festplatte.
• Bei einem Software-RAID-1-System wird ein Hot-Swap, also der Austausch der Festplatte während laufendem Betrieb, nicht immer unterstützt.

RAID 5 – Striping with Parity

Dies ist der am häufigsten verwendete «sichere» RAID-Level mit einer Parität. RAID 5 benötigt mindestens drei Laufwerke und unterstützt bis 16 Stück. Die Datenblöcke werden über sämtliche Laufwerke verteilt. Auch die Paritätsinformationen zu den Blöcken werden nicht auf ein einzelnes Laufwerk geschrieben. Das hat den Vorteil, dass es keine Rolle spielt, welche Festplatte ausfällt. RAID 5 kann einem einzelnen Festplattenausfall standhalten.

Vorteile:

• Lesezugriffe sind schnell.
• Ein beliebiges Laufwerk kann ausfallen, ohne dass Daten verloren gehen.
• Bei Verwendung von vier Laufwerken bekommst du eine Kapazitätsausnutzung von 75 Prozent, wo ein RAID 10 vergleichsweise nur 50 Prozent bietet.

Nachteile:

• Schreibzugriffe sind langsamer als bei RAID 10, da die Parität stets berechnet werden muss.
• Die Technologie ist sehr komplex. Wenn eine Festplatte ausfällt, benötigt die Wiederherstellung der Daten sehr viel Zeit.
• Bei einer Daten-Wiederherstellung müssen sehr viele Zugriffe auf sämtliche Laufwerke getätigt werden. Sollte eine zweite Festplatte schon etwas angeschlagen sein und in dieser Zeit ausfallen, sind die Daten verloren.

RAID 6 – Striping with Double Parity

RAID 6 ist ein RAID 5 mit einer doppelten Parität. Daher benötigt es auch mindestens vier Laufwerke. Datenblöcke, wie auch Paritätsinformationen werden auf sämtliche Laufwerke verteilt. Von den verwendeten Festplatten können zwei ausfallen, ohne dass ein Datenverlust droht.

Vorteile:

• Lesezugriffe sind schnell.
• Zwei beliebige Laufwerke können ausfallen, ohne dass Daten verloren gehen. Dadurch ist RAID 6 sicherer als RAID 5.
• Bei Verwendung von mehr als vier Laufwerken ist die Kapazitätsausnutzung besser als bei RAID 10.

Nachteile:

• Schreibzugriffe sind langsamer als bei RAID 5 und erheblich langsamer als bei RAID 10.
• Kapazitätsausnutzung von mindestens 50 Prozent ist schlechter, als bei RAID 5.
• Die Technologie ist sehr komplex. Wenn eine Festplatte ausfällt, benötigt die Wiederherstellung der Daten sehr viel Zeit.
• Bei einer Daten-Wiederherstellung müssen sehr viele Zugriffe auf sämtliche Laufwerke getätigt werden, was der «Mean Time Between Failures» (mittlere Betriebsdauer zwischen Ausfällen) der Festplatten nicht entgegenkommt.

RAID 10 (1+0) – Striping and Mirroring

RAID 10 ist die Kombination von RAID 1 und RAID 0 und benötigt mindestens vier Laufwerke (nur gerade Anzahl möglich). Hier werden Vor- und Nachteile der beiden RAID-Level in einem System kombiniert. Dabei handelt es sich um eine verschachtelte respektive hybride RAID-Konfiguration. Diese bietet Sicherheit durch Spiegelung aller Daten auf sekundären Laufwerken sowie gleichzeitiger Verteilung über jeden Laufwerkblock hinweg. Was wiederum den Datentransfer beschleunigt. Bei RAID 10 kann pro Sub-Array ein Laufwerk ausfallen, ohne dass ein Datenverlust droht.

Vorteile:

• Du bekommst mit RAID 10 eine ausgezeichnete Lesegeschwindigkeit sowie eine hohe Schreibgeschwindigkeit.
• Sollte ein Laufwerk einer Sub-Array ausfallen, müssen die Daten nicht neu aus Paritätsinformationen erstellt werden, sondern werden einfach auf das Ersatzlaufwerk kopiert.
• Die Technologie ist simpel und hält die Prozessorlast tief.

Nachteile:

• Da sämtliche Daten doppelt geschrieben werden, bekommst du nur 50 Prozent der gesamten Festplattenkapazität.
• Sehr kostspielig im Vergleich zu RAID 5 oder RAID 6.

Automatisiertes RAID-Management

Gewisse NAS-Hersteller bieten ein automatisiertes RAID-Management. Bei Synology heisst das beispielsweise SHR (Synology Hybrid RAID). Dieses ist in erster Linie für User gedacht, die mit RAID wenig vertraut sind. Dabei übernimmt das System die meiste Arbeit der Konfiguration und bietet eine Ausfallsicherheit von mindestens einer HDD. Falls du zwei Laufwerke in Betrieb hast, wird SHR ein RAID 1 erstellen. Bei mehr Platten kann sich ein automatisiertes RAID-Management allerdings auch von gängigen RAID-Leveln unterscheiden. Für genauere Infos dazu, kontaktierst du am Besten die Herstellerseite deines NAS.

Wer die Wahl hat ...

So, nun weiss ich mehr. Und dennoch bin ich etwas unschlüssig, mit welchem RAID-Typen ich mein NAS konfigurieren soll. Insbesondere Diskussionen mit Informatikern aus meinem Umfeld lassen mich etwas zweifeln, ob es eine gute Idee ist, RAID 5 einzusetzen. Mir wurde gesagt, dass RAID 5 eine nicht immer sichere und etwas fummelige Technologie sei. Doch frage ich inhouse das Product Management, wird mir dazu geraten, RAID 5 zu benutzen. Alles andere sei Verschwendung des Speicherplatzes.

Na gut, ich gehe nun mal ins Wochenende darüber brüten, ob ich RAID 5, RAID 10 oder gar RAID 6 einsetzen soll. Wie ich mich entscheide, erfährst du im kommenden Artikel über meine NAS-Migration.

Martin Jud

Senior Editor

martin.jud@digitecgalaxus.ch

Der tägliche Kuss der Muse lässt meine Kreativität spriessen. Werde ich mal nicht geküsst, so versuche ich mich mittels Träumen neu zu inspirieren. Denn wer träumt, verschläft nie sein Leben.

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