Was ist RAID (Redundant Array of In­de­pen­dent Disks)?

Das RAID-Konzept erhöht die Aus­fall­si­cher­heit von Da­ten­spei­chern. Es wurde für klas­si­sche HDD-Fest­plat­ten ent­wi­ckelt und wird auch heute noch in Ser­ver­um­ge­bun­gen verwendet. Wie sieht der Aufbau von RAID-Systemen genau aus und welche Un­ter­schie­de gibt es hierbei?

In den nach­fol­gen­den Jahren wurde RAID stan­dar­di­siert und zunehmend wei­ter­ent­wi­ckelt, wobei zunehmend der Einsatz in Ser­ver­an­wen­dun­gen in den Vor­der­grund rückte. Der Aspekt der Kos­ten­er­spar­nis spielte in der Folge kaum mehr eine Rolle – in erster Linie erfüllte der Verbund nun den Zweck, Fest­plat­ten pro­blem­los im laufenden Betrieb aus­zu­tau­schen. Diese Funktion ent­spricht auch der mitt­ler­wei­le ge­bräuch­li­chen Auf­schlüs­se­lung des RAID-Akronyms: Redundant Array of In­de­pen­dent Disks (dt. „red­un­dan­te Anordnung un­ab­hän­gi­ger Fest­plat­ten“). Die RAID-Technik ist auf die Ei­gen­schaf­ten der klas­si­schen HDD-Fest­plat­ten zu­ge­schnit­ten. Moderne SSDs lassen sich zwar ebenfalls bündeln, al­ler­dings büßen sie dabei an Per­for­mance und – aufgrund fehlender TRIM-Funk­tio­na­li­tät im RAID – an Le­bens­dau­er ein.

RAID-Systeme sind auch heute noch als wichtige Be­stand­tei­le in Ser­ver­um­ge­bun­gen gefragt. Der wich­tigs­te Aspekt ist dabei die Redundanz der ge­spei­cher­ten Daten, die in diesem Fall aber nicht mit einem klas­si­schen Backup gleich­zu­set­zen ist. In den Ser­ver­struk­tu­ren sollen RAIDs dafür sorgen, dass der Ausfall einer einzelnen Fest­plat­te ohne Kon­se­quenz bleibt, da die darauf ent­hal­te­nen Daten auch an anderer Stelle im RAID-Verbund abgelegt sind. Weitere Vorzüge, die sich durch den Einsatz eines RAID-Systems erzielen lassen, sind eine Erhöhung der Spei­cher­ka­pa­zi­tät sowie schnel­le­re Lese- und Schreib­ge­schwin­dig­kei­ten beim Zugriff auf den Fest­plat­ten­spei­cher.

Wie genau die einzelnen Spei­cher­me­di­en eines RAID-Systems zu­sam­men­wir­ken und welche Funktion ein Verbund am Ende im Ser­ver­netz­werk erfüllen soll, kann ganz un­ter­schied­lich sein. Es gibt jedoch ver­schie­de­ne stan­dar­di­sier­te Setups, die in so­ge­nann­ten RAID-Leveln definiert werden. Zudem un­ter­schei­det man in Software- und Hardware-RAIDs, abhängig davon, ob das Zu­sam­men­wir­ken des Verbunds software- oder hard­ware­sei­tig or­ga­ni­siert wird.

Die Ka­te­go­ri­sie­rung in Hardware- und Software-RAIDs kann schnell einen falschen Eindruck davon ver­mit­teln, was es mit diesen beiden Typen von Fest­plat­ten­ver­bun­den auf sich hat. Zum Betrieb benötigen nämlich beide Varianten Software – die Begriffe beziehen sich lediglich auf die Art der Im­ple­men­tie­rung.

Beim Hardware-RAID fällt die Or­ga­ni­sa­ti­on der einzelnen Spei­cher­me­di­en in den Auf­ga­ben­be­reich einer spe­zi­el­len, leis­tungs­star­ken Hardware, die man auch als RAID-Con­trol­ler be­zeich­net. Dieser Con­trol­ler wird entweder in das Gehäuse eines Computers oder in ein Disk-Array (dt. „Plat­ten­sub­sys­tem“), in dem auch die Fest­plat­ten un­ter­ge­bracht sind, eingebaut. Letztere Variante wird in Re­chen­zen­tren prä­fe­riert, wobei die externen Systeme häufig unter den Be­zeich­nun­gen DAS (Direct Attached Storage), SAN oder NAS zum Einsatz kommen. Der große Vorteil einer solchen hard­ware­sei­ti­gen Or­ga­ni­sa­ti­on von RAIDs ist die her­vor­ra­gen­de Per­for­mance, die sich u. a. in einer hohen Da­ten­trans­fer­ra­te äußert.

In einem Software-RAID wird die Ver­wal­tung des Spei­cher­kon­tin­gents von einer Software über­nom­men, die direkt auf der CPU des Hosts aus­ge­führt wird. Man spricht aus diesem Grund auch von einem host-based RAID-System (dt. „Host-basiert“). Gängige Be­triebs­sys­te­me wie Windows (ab NT) oder Linux-Dis­tri­bu­tio­nen bringen die hierfür er­for­der­li­chen Kom­po­nen­ten mit. Im Vergleich zur Hardware-Al­ter­na­ti­ve ist ein Software-RAID deutlich schneller und preis­güns­ti­ger ein­ge­rich­tet. Nachteile sind die hohe CPU-Aus­las­tung für den Host und die fehlende Platt­form­un­ab­hän­gig­keit. Da sich die Plat­ten­zu­grif­fe nicht so elegant re­gu­lie­ren lassen wie mit einem RAID-Con­trol­ler, fällt zudem die Per­for­mance schlech­ter aus.

Wie erwähnt be­zeich­net man die Art, wie Fest­plat­ten in einem RAID mit­ein­an­der kom­bi­niert werden, als „Level“. Die Be­zeich­nung sorgt jedoch immer wieder für Miss­ver­ständ­nis­se, denn die ver­schie­de­nen möglichen Fest­plat­ten-Setups bauen nicht stu­fen­wei­se auf­ein­an­der auf. Die einzelnen Level-Nummern stehen grund­sätz­lich in keinerlei Ver­bin­dung und kenn­zeich­nen lediglich die ver­schie­den­ar­ti­gen Ansätze für den Aufbau und die spätere Funktion des RAIDs. Zu den ge­bräuch­li­chen Leveln zählen ins­be­son­de­re RAID 0, RAID 1, RAID 5 und RAID 6. Auch Kom­bi­na­tio­nen aus zwei RAID-Leveln sind möglich. RAID 10 be­zeich­net bei­spiels­wei­se ein RAID-0-System, das aus mehreren RAID-1-Systemen zu­sam­men­ge­fügt wurde.

Fest­plat­ten­ver­bun­de, die unter dem Label RAID 0 laufen, zählen streng genommen gar nicht zu den RAID-Systemen, da sie bei der Spei­che­rung nicht auf Redundanz setzen. Das Modell dient lediglich dem Zweck, den Zugriff auf die Daten zu be­schleu­ni­gen, indem zwei oder mehrere Fest­plat­ten zu einem logischen Laufwerk zu­sam­men­ge­fasst werden. In auf­ein­an­der­fol­gen­den Blöcken werden die Daten hierfür gleich­mä­ßig auf die einzelnen Da­ten­trä­ger verteilt. Im Eng­li­schen be­zeich­net man diese Blöcke als stripes, weshalb RAID 0 auch als „Striping“ bekannt ist. Während der Verbund für mehr Spei­cher­ka­pa­zi­tät und eine höhere Durch­satz­ra­te sorgt, senkt er au­to­ma­tisch auch die Si­cher­heit: Fällt eine Fest­plat­te aus, sind sämtliche Daten verloren. Mehr zum Striping-Ansatz erfahren Sie in unserem aus­führ­li­chen Ratgeber über RAID 0.

RAID-Level 1 wird auch als „Mirroring“, also „Spie­ge­lung“ be­zeich­net. In diesem Verbund weisen alle ein­ge­bun­de­nen Fest­plat­ten zu jedem Zeitpunkt den gleichen Da­ten­stand auf, sodass er voll­stän­di­ge Redundanz bietet und den Ausfall einzelner Spei­cher­me­di­en pro­blem­los auffangen kann. In der Kon­se­quenz ist die Kapazität des RAIDs immer maximal so hoch wie die Kapazität der kleinsten be­tei­lig­ten Fest­plat­te. Die Schreib­ge­schwin­dig­keit in einem RAID 1 ist genauso schnell wie bei einem Ein­zel­lauf­werk. Durch die Anbindung der be­tei­lig­ten Platten an eigene Kanäle wie z. B. SATA lässt sich jedoch die Le­se­ge­schwin­dig­keit ver­dop­peln. Alle weiteren In­for­ma­tio­nen zu der „spie­geln­den“ Spei­che­rungs­me­tho­de liefert unser wei­ter­füh­ren­der Artikel zum Thema „RAID 1“.

RAID 5 be­zeich­net einen Verbund aus drei oder mehr Fest­plat­ten, wobei die Anzahl ty­pi­scher­wei­se ungerade ist – drei, fünf, sieben usw. Das Spei­cher­kon­zept nutzt das aus RAID 0 bekannte Striping und verteilt die Daten block­wei­se auf die ver­schie­de­nen Da­ten­trä­ger. Gemeinsam mit den Da­ten­blö­cken werden Pa­ri­täts­in­for­ma­tio­nen gleich­mä­ßig auf die ein­ge­bun­de­nen Fest­plat­ten verteilt, die für die Wie­der­her­stel­lung ver­lo­ren­ge­gan­ge­ner Daten verwendet werden können, falls ein Spei­cher­me­di­um ausfällt. Somit sorgt RAID 5 für eine höhere Le­se­ge­schwin­dig­keit und auch für mehr Si­cher­heit als ein Ein­zel­lauf­werk. Durch die stetig er­for­der­li­che Neu­be­rech­nung der Pa­ri­täts­blö­cke fällt die Schreib­ge­schwin­dig­keit aber ver­gleichs­wei­se gering aus. Lesen Sie mehr zu dem Konzept in unserem ge­son­der­ten RAID-5-Artikel.

RAID-Level 6 verfolgt einen ähnlichen Ansatz wie RAID 5: Auch bei diesem Ansatz verteilt man die Daten gleich­mä­ßig und in Blöcken auf die ein­ge­bun­de­nen Spei­cher­kom­po­nen­ten und sorgt durch Pa­ri­täts­in­for­ma­tio­nen für mehr Si­cher­heit. Letztere Daten für die Wie­der­her­stel­lung werden hier al­ler­dings in doppelter Aus­füh­rung erzeugt, wodurch dieser RAID-Typus den gleich­zei­ti­gen Ausfall von bis zu zwei Fest­plat­ten ver­kraf­tet (bei einer Min­dest­an­zahl von vier). Der Verbund bietet somit eine hohe Da­ten­si­cher­heit und einen guten Le­se­zu­griff. Da die Be­rech­nung der Pa­ri­täts­blö­cke noch zeit­in­ten­si­ver ausfällt als bei RAID 5, ist die Schreib­ge­schwin­dig­keit aber noch geringer. Im spe­zi­fi­schen Ratgeber über RAID 6 be­leuch­ten wir die Stärken und Schwächen des Stripings mit doppelt ver­teil­ten Pa­ri­täts­in­for­ma­tio­nen noch einmal etwas genauer.

RAID 10 oder auch RAID 1+0 kom­bi­niert die Ei­gen­schaf­ten von RAID-Level 0 und RAID-Level 1: Eine höhere Da­ten­durch­satz­ra­te und eine erhöhte Da­ten­si­cher­heit. Zu diesem Zweck vereint man mehrere RAID-1-Systeme in einem RAID-0-Verbund, wobei min­des­tens vier Fest­plat­ten benötigt werden. Wann sich eine solche Kom­bi­na­ti­on lohnt und welche Nachteile sie mit sich bringt, erklären wir im de­tail­lier­ten Artikel zu RAID 10.

Beim Aufbau und Betrieb eines RAID-Systems sind eine Menge Dinge zu beachten. An erster Stelle steht un­wei­ger­lich die Frage, welcher Typ von Verbund ei­gent­lich geplant ist. Soll bei­spiels­wei­se lediglich der Da­ten­durch­satz erhöht werden, steht neben einem Level-0-System der Einsatz von SSDs als Al­ter­na­ti­ve zur Verfügung. Ist eine Erhöhung der Da­ten­si­cher­heit gewünscht, hat man mit Mirroring (z. B. Level 1) und der Spei­che­rung mit Pa­ri­täts­in­for­ma­tio­nen (z. B. Level 5) ebenfalls zwei ver­schie­de­ne Her­an­ge­hens­wei­sen parat.

Bei der Auswahl der Fest­plat­ten sind im Idealfall iden­ti­sche Modelle zu be­vor­zu­gen. In vielen RAID-Setups richtet sich das maximale Spei­cher­vo­lu­men nach der kleinsten Platte, weshalb bei ver­schie­den­ar­ti­gen Grö­ßen­ord­nun­gen eine Menge Spei­cher­po­ten­zi­al verloren gehen würde. Noch wichtiger ist es, auf Hardware wie NAS-Fest­plat­ten zu setzen, die für eine hohe Lang­le­big­keit ausgelegt sind. Die Größe der Da­ten­trä­ger spielt zudem eine wichtige Rolle bei einem späteren Austausch defekter Hardware bzw. bei der Ver­grö­ße­rung des RAIDs: Neue Kom­po­nen­ten müssen min­des­tens die Größe des kleinsten bisher ver­wen­de­ten bzw. des defekten Da­ten­trä­gers aufweisen.

Ein weiterer Punkt, der beim Einsatz eines RAID-Verbunds niemals vergessen werden sollte: Das Zu­sam­men­spiel der ver­schie­de­nen Fest­plat­ten erhöht durch Redundanz zwar die Si­cher­heit der ge­spei­cher­ten Daten – eine gut or­ga­ni­sier­te Backup-Lösung kann und sollte ein RAID aber niemals ersetzen.