RAID 1: Was verbirgt sich hinter dem Festplatten-Verbund?

Der Ansatz, Speichermedien in einem sogenannten RAID zusammenzuführen, genießt auch Jahrzehnte nach seiner ersten Erwähnung im Jahr 1987 noch Relevanz. RAID 1 bzw. RAID-Level 1 ist beispielsweise auch heute noch als Speicherlösung für den Betrieb von Serveranwendungen gefragt: Die Festplattenkombination liefert das passende Maß an Sicherheit, das derartige, auf hohe Verfügbarkeit ausgelegte Software benötigt. Was macht ein System nach RAID-Level 1 so sicher und was ist RAID 1 überhaupt?

Was ist RAID 1?

RAID 1 ist ein Standard, dessen Ziel die verbesserte Sicherheit gespeicherter Daten ist. Um diesem Ziel nachzukommen, setzt das Konzept auf einen Verbund von zwei oder mehr Festplatten, der sämtliche Daten gespiegelt – also in doppelter Ausführung – speichert. Diese für RAID 1 grundlegende Spiegelung der Daten bezeichnet man auch als „Mirroring“ (dt. „Spiegeln“). Alle Dateien, die auf Festplatte 1 geschrieben und gespeichert werden, werden in einem RAID-1-Setup also auch auf Festplatte 2 bzw. alle weiteren Platten geschrieben, wodurch das System vollständige Redundanz im gewünschten Faktor bietet: Fällt ein Datenträger aus, springt der nächste ein.

Hinweis

Die maximale Kapazität eines RAID-1-Arrays, also eines Verbunds nach RAID-Level 1, ist nur so hoch wie das Speicherkontingent der kleinsten eingebundenen Festplatte.

Wenn der RAID-Controller (bei einem Hardware-RAID) bzw. die Verwaltungssoftware eine entsprechende Funktion bietet, lässt sich die Sicherheit zusätzlich erhöhen, indem beim Lesevorgang mehr als eine Festplatte angesteuert und die gelesenen Datenströme miteinander verglichen werden. Bei Unstimmigkeiten gibt das System einen Fehler aus, wodurch es sich anbahnende Hardware-Defekte frühzeitig aufdeckt. Die Performance des Systems verschlechtert sich hierbei jedoch geringfügig. Ein weiterer Punkt, der sich bei entsprechender Funktionalität der Kontrollinstanzen verbessern lässt, ist die Lesegeschwindigkeit: Zu diesem Zweck greift das RAID-1-System beim Lesevorgang auf mehr als eine Festplatte zu und liest dann parallel verschiedene Sektoren dieser Platten ein, ähnlich wie bei einem RAID-0-Verbund. Die Output-Leistung von zwei verknüpften Datenträgern lässt sich auf diese Weise z. B. verdoppeln.

Definition

Ein RAID (Redundant Array of Independent Disks) ist ein Verbund aus mindestens zwei verschiedenen Speichermedien zu einem einzelnen großen logischen Laufwerk. Die konkrete Funktion bestimmen die jeweiligen Festplatten-Setups, die man in RAID-Leveln wie RAID 1 definiert. Zu den Kernpunkten zählen Datensicherheit und eine verbesserte Datendurchsatzrate.

Das Funktionsprinzip von RAID 1 im Schaubild

Für die Anzahl an Speicherträgern in einem RAID 1 existiert grundsätzlich keine Begrenzung bzw. Vorgabe – mit Ausnahme der Mindestzahl von zwei Platten. Mit jedem Medium, auf das die Daten gespiegelt werden, erhöht sich automatisch die Ausfallsicherheit. Es ist aber zu bedenken, dass sich die Speicherkapazitätauch mit zunehmender Menge an Festplatten nicht erhöht, sondern immer auf das Vermögen der kleinsten eingespannten Komponente begrenzt bleibt.

Nachfolgendes Schaubild präsentiert das Funktionsprinzip von RAID 1 exemplarisch an einer klassischen Kombinationsvariante mit lediglich zwei Festplatten.

Welche Vor- und Nachteile hat ein RAID-1-System?

Im Vergleich zu anderen Speicherverbünden zeichnet sich RAID 1 insbesondere durch seine Einfachheit aus. Alle eingespannten Platten beherbergen die identischen Daten, also zu jederzeit den kompletten Datenbestand des Systems. Bei passender Hardware bedeutet das in der Theorie, dass jede Festplatte auch in einem separaten Computer betrieben und genutzt werden kann. Hinzu kommt der Vorteil, dass der Ausfall einer einzelnen Komponente kein Problem darstellt: Der Weiterbetrieb des RAID-1-Systems ist unterbrechungsfrei möglich und die defekte Festplatte lässt sich in Ruhe austauschen.

Hinweis

Ein RAID ist nicht als Alternative bzw. Ersatz für eine Backup-Lösung zu verstehen! Gehen in einem RAID-1-Verbund Daten verloren – beispielsweise, weil sie versehentlich gelöscht wurden oder weil ein Datenblock beschädigt ist – gibt es keine Möglichkeit, diese wiederherzustellen.

Wie erwähnt kann RAID 1 die Vorzüge einer verbesserten Lesegeschwindigkeit und einer zusätzlichen Absicherung der Festplatten bieten, wenn der Controller bzw. die Verwaltungssoftware den gleichzeitigen Zugriff auf mehr als ein Speichermedium ermöglicht. In ersterem Fall wird dies durch den parallelen Zugriff auf verschiedene Sektoren möglich, in letzterem durch den Abgleich der Daten.

Aus der großen Stärke – einer vollständigen Redundanz – resultiert zugleich die entscheidende Schwäche eines RAID-1-Systems: Da jede Festplatte im Verbund über den gleichen Datenstand verfügen muss, geht automatisch eine Menge potenzieller Speicherkapazität verloren. Im Umkehrschluss bedeutet dies, dass RAID-1-Speicher mindestens doppelt so teuer (bei einem Zusammenschluss von zwei Festplatten) sind wie einzelne Datenträger mit gleichem Speichervermögen. Auch im Vergleich mit anderen RAID-Leveln, die Redundanz mithilfe von Parität generieren, ist der hohe Kostenfaktor von RAID 1 als Nachteil zu nennen.

Vorteile Nachteile
Vollständige Redundanz Speicherkapazität des Verbunds ist maximal so groß wie die Kapazität der kleinsten Festplatte
Datensicherheit und Geschwindigkeit lässt sich bei passendem Controller bzw. passender Software optional erhöhen Hoher Kostenfaktor

Wo kommt RAID 1 zum Einsatz?

Festplatten in einem RAID 1 zusammenzuschließen, lohnt sich immer dann, wenn eine hohe Verfügbarkeit der gespeicherten Daten gewünscht ist. Da der Speicher dieser redundanten Arrays verhältnismäßig teuer ist, kommen sie jedoch nicht für die Sicherung größerer Datenmengen in Frage. Passende Einsatzszenarios sind Serversysteme verschiedenster Art (inklusive Betriebssystem), z. B. Setups für Fileserver oder Webserver.

Zudem wird RAID 1 immer wieder mit anderen RAID-Leveln kombiniert, um noch leistungsstärkere Speichersysteme zu kreieren. Besonders beliebt ist die Kombination RAID 10 (auch als RAID 1+0 bekannt), die nicht nur die Sicherheit eines RAID-1-Systems, sondern auch stark optimierte Lese- und Schreibgeschwindigkeiten bietet.

Tipp

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Welche anderen RAID-Level sind von Bedeutung?

Der klassischen RAID-Definition folgend, sorgt RAID 1 für eine Redundanz der gespeicherten Daten. Auch andere Level speichern Daten redundant, verwenden dabei aber einen anderen Ansatz als RAID 1. So spiegeln die ebenfalls gebräuchlichen Level RAID 5 und RAID 6 die Nutzerdaten nicht, sondern stellen mithilfe von Paritätsinformationen eine redundante Speicherung sicher. Gänzlich ohne Redundanz arbeitet hingegen ein RAID-0-System, weshalb es sich bei diesem streng genommen gar nicht um ein „Redundant“ Array of Independent Disks handelt. Einen umfangreichen Vergleich zwischen den verschiedenen RAID-Setups bietet unser großer RAID-Level-Vergleich.

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