RAID - Redundant Array of Independent Disk
RAID-Systeme sind Speicherkonzepte um Daten redundant zu speichern (RAID-Level 1) oder die Geschwindigkeit der Schreib- und Lesezugriffe zu steigern (RAID-Level 0). Für spezielle Anforderungen, wo beides, Datensicherheit und Geschwindigkeit, gefragt sind, gibt es weitere RAID-Level, die aber nicht alle standardisiert sind.
Ein RAID kommt immer dann zum Einsatz, wenn folgende Ziele erreicht werden sollen:
- Geschwindigkeit steigern
- Datensicherheit erhöhen
- oder beides zusammen
RAID-Prinzip
Ein RAID-Adapter oder ein Betriebssystem fassen mindestens zwei oder mehr Festplatten zu einem logischen Verbund zusammen. Für die Software sieht dieser Verbund wie ein einziges Laufwerk aus, das besondere Eigenschaften besitzt, die ein einzelnes Laufwerk nicht hat. Die Daten werden nach einem fest definierten Schema auf alle Festplatten verteilt. Dabei erfolgt die Arbeit des RAID unauffällig im Hintergrund.
Im Zusammenhang mit RAID und Speichersystemen (Storage) spricht man häufig von Arrays. Das ist die Bezeichnung von Festplatten, die zu einer logischen Einheit zusammen gefasst sind.
Was kann ein RAID nicht?
RAID hilft nur beim Ausfall einer Festplatte (nicht bei RAID 0). Wenn gleichzeitig eine zweite Festplatte ausfällt, dann hilft RAID nicht gegen Datenverlust (außer RAID 6). Deshalb gilt es bei einem Festplattenausfall schleunigst Ersatz zu beschaffen. Insbesondere dann, wenn man mehrere Festplatten aus der gleichen Produktion einsetzt. Wenn eines davon ausfällt, dann ist die Gefahr, dass ein anderes auch den Geist aufgibt relativ groß.
Auch schützt ein RAID nicht vor Viren, Würmern oder versehentlichem Löschen von Dateien. RAID erhöht die Ausfallsicherheit und damit die Verfügbarkeit des Speichersystems. Eine Datensicherung (Backup) kann kein RAID ersetzen.
RAID-Level
Mit RAID werden mehrere physikalische Festplatten zu einem großen logischen Laufwerk zusammen geschaltet. Die verschiedenen Möglichkeiten werden in RAID-Leveln definiert.
Offiziell gibt es 8 RAID-Level, wobei nur die Level 0 bis 5 spezifiziert sind. Einige Hersteller haben weitere RAID-Level eingeführt, die in der Praxis aber nur in Ausnahmen eine Rolle spielen. So sind die RAID-Level 6 und 7 untereinander nur bedingt kompatibel. In der Praxis haben sich die RAID-Level 0, 1 und 5 durchgesetzt und reichen aus, um die meisten Anforderungen abzudecken. Die RAID-Level 2, 3 und 4 spielen in der Praxis keine Rolle.
| RAID-Level | Lesegeschwindigkeit | Schreibgeschwindigkeit | Datensicherheit | Speicherkapazität |
|---|---|---|---|---|
| RAID 0 | + + | + + | - - | + |
| RAID 1 | + + | + | + + | - - |
| RAID 5 | + | - | + | - |
- RAID 0: Nicht ausfallsicher, dafür schnelle Lese- und Schreibgeschwindigkeit
- RAID 1: Ausfallsicher, aber teuer
- RAID 5: Ausfallsicher, aber langsame Schreibgeschwindigkeit
RAID-Level im Vergleich
| Betrieb | RAID 0 | RAID 1 | RAID 5 | RAID 6 |
|---|---|---|---|---|
| Redundanz | - | x | x | x |
| min. Datenträger | 2 | 2 | 3 | 4 |
| Rechenaufwand | sehr gering | sehr gering | mittel (XOR) | hoch |
| Datentransferrate | höher als Einzelplatte | beim Lesen höher als Einzelplatte | abhängig vom Controller | abhängig vom Controller |
| Kapazität bei 2 Platten | 2 | 1 | - | - |
| Kapazität bei 3 Platten | 3 | - | 2 | - |
| Kapazität bei 4 Platten | 4 | 2 | 3 | 2 |
| Kapazität bei 5 Platten | 5 | - | 4 | 3 |
RAID in der Praxis
In Anbetracht dessen, dass Festplatten eine immer größere Speicherkapazität haben und Systeme, die diese Speichermenge für ein Backup sichern können sehr teuer und aufwendig sind, ist ein RAID-System auch für Einzelplatzsysteme interessant. Vor allem im Privat-Bereich, wo Computer zum Speichern von wichtigen Schriftstücken, Fotos der Digitalkamera verwendet werden und manchmal mehrere Personen daran arbeiten, wird das regelmäßige Sichern der Daten auf CD, DVD oder externe Festplatten vernachlässigt. Doch fehlende Datensicherung von wichtigen Daten ist grob fahrlässig.
Ein RAID-System, z. B. RAID 1, schützt die Daten zumindest vor Verlust bei einem Festplattenausfall. Die wichtigsten Daten sollten zusätzlich auf einem externen Speichermedium, z. B. auf einer externen Festplatte, gesichert werden, um sie z. B. vor Viren oder versehentlichem Löschen eines unbedarften Anwenders zu schützen.
In Desktop-Computern hat sich RAID noch nicht durchgesetzt. Allerdings lassen sich viele Motherboards mit RAID onboard zu einem RAID-Speichersystem konfigurieren. Alternativ unterstützt fast jedes Betriebssystem Software-RAID.
Hardware-RAID
Das klassische RAID ist das Hardware-RAID. Hier organisiert ein Mikroprozessor (RAID-Controller) auf dem RAID-Adapter die Datenverteilung auf die Festplatten. Der RAID-Controller ist so ausgelegt, dass er die Verteilung der Daten und die Berechnung der Prüfsummen selber ausführen kann und den Hauptprozessor nicht belasten muss.
Der RAID-Controller erscheint gegenüber dem Betriebssystem vollkommen transparent. Von der Zusammenschaltung der Festplatten bekommt das Betriebssystem nichts mit. Im Vergleich zum Zugriff auf eine einzelne Festplatte erkennt man auch als Anwender keinen Unterschied.
Bei der Konfiguration und im laufenden Betrieb bleiben beim Hardware-RAID keine Wünsche offen.
Software-RAID
Einige RAID-Level können auch mit Hilfe von Software realisiert werden. Für die Verteilung der Daten und der Berechnung der Prüfsummen ist dann der Hauptprozessor zuständig.
Die Betriebssysteme Linux, Windows (XP Pro, Vista, Server) und MacOS beherrschen einige RAID-Level. Linux erlaubt neben RAID 0, 1 und 5 auch noch RAID 4 und 6. MacOS beherrscht immerhin RAID 0 und 1. Windows Server beherrscht RAID 0, 1 und 5. Die Einzelplatz-Betriebssysteme von Microsoft nur RAID 0.
Host-RAID
Eine Zwischenstufe zwischen Hardware- und Software-RAID ist Host-RAID. Dazu zählen der RAID-Chipsatz, der sich auf manchen Motherboards befindet und auch einige günstige RAID-Adapter. Es gibt Motherboards, die sehr leistungsfähige RAID-Funktionen haben. Allerdings nicht immer so komfortabel, wie bei den RAID-Controllern (Hardware-RAID). Motherboards mit RAID-Funktion beherrschen meist nicht mehr als RAID 0, 1 und 5. Bei billigen Motherboards fehlt oft RAID 5.
Man spricht deshalb von Host-RAID, weil die RAID-Funktionen von der Firmware bzw. den Treibern erledigt werden. Aufwendige Berechnungen übernimmt der Hauptprozessor. Auffällig ist die hohe Belastung der CPU. Man bezeichnet diese Art von RAID auch als Fake-RAID.
Geht der RAID-Adapter kaputt, dann muss man einen kompatiblen, besser den gleich nachkaufen, um auf die Daten des RAID wieder zugreifen zu können.
Einrichten von RAID
Wenn es geplant ist, ein RAID zu einem späteren Zeitpunkt zu nutzen, dann sollte man sich vorher schon Gedanken darüber machen und mit den vorhandenen Komponenten beschäftigen. Unter Umständen muss ein bereits installiertes Betriebssystem noch mal neu aufgesetzt werden, weil sich die bestehende Festplatte nicht einfach so mit einer neuen Festplatte zu einem RAID-Verbund zusammenschließen lässt.
Grundsätzlich empfiehlt es sich Festplatten einzusetzen, die von der Geschwindigkeit und der Speicherkapazität gleichwertig sind. Man kann auch unterschiedliche Festplatten nehmen. Doch dann orientiert sich die Geschwindigkeit und Speicherkapazität an der kleinsten und langsamsten Festplatte. Sinnvollerweise nimmt man immer identische Festplatten.
Ebenso ist es empfehlenswert Festplatte zu verwenden, die für den Dauerbetrieb (24x7) geeignet sind.
Zu beachten ist auch, ein richtig sicheres und schnelles RAID bekommt man nur mit Hardware-Unterstützung.
JBOD - Just a Bunch of Disks
Die Bezeichnung JBOD, Linear Mode oder NRAID steht für Verschiedenes. Die einen bezeichnen damit mehrere einzeln ansprechbare Festplatten an einem Adapter. Die anderen bezeichnen damit eine Verkettung von Laufwerken. Das bedeutet, dass mehrere Festplatten zu einer großen zusammenhängenden Festplatte zusammengeschalten werden, in dem sie virtuell einfach hintereinander gehängt werden. Dieser Festplattenverbund sieht für das Betriebssystem wie ein einziges großes Laufwerk aus.
JBOD ermöglicht es ausschließlich mehrere Festplatten, auch unterschiedlicher Größe, zusammenzuschalten, um daraus ein einziges großes Laufwerk zu machen. Zum Beispiel um sehr große Dateien speichern zu können. Doch diese Zusammenschaltung hat mit RAID nichts zu tun. Fällt eine Festplatte aus, dann ist das gesamte Laufwerk aus Sicht des Betriebssystems defekt. Die Chance zur Rettung von Daten ist relativ gut, wenn auf den intakten Festplatten größere zusammenhängende Dateien liegen.
Die Geschichte von RAID
Die Idee zu RAID stammt aus dem Jahr 1988. Damals wurde eine Studie mit dem Namen "A Case for Redundant Arrays of Inexpensive Disks (RAID)" veröffentlicht. In der Studie ging es um die Speicherung großer Datenmengen auf kleinen 5,25-Zoll-Festplatten. Die damals gebräuchlichen 14-Zoll-Festplatten hatten eine größere Speicherkapazität, waren aber viel teurer. Deshalb waren die kleineren Festplatten eine Alternative, allerdings mit einigen Problemen. Zum Einen führte die Speicherung auf vielen kleinen Festplatten statt auf einem großen Laufwerk zu Verwaltungsprobleme. Zum Anderen stieg die Wahrscheinlichkeit eines Datenverlusts beim Speichern auf mehreren Laufwerken.
Zu diesen und weiteren Erkenntnissen kam die Studie und bot sogleich eine Lösung für die Probleme an. Die Lösung war das Kombinieren mehrerer kleinerer Laufwerke mit einem Fehlererkennungs- und Fehlerkorrekturmechanismus, sowie das Zusammenschalten zu einem ausfallsicheren Festplattenverbund. RAID war geboren.
Übersicht: RAID-Level
Weitere verwandte Themen:
- Festplatten
- Storage
- Datenrettung
- SATA / Serial-ATA
- SAS - Serial Attached SCSI
- Speicherangaben und Speicherkapazität