RAID 10: Die RAID-Kombination aus Spiegelung und Striping

Obwohl der ursprüngliche Aspekt der Kostenersparnis in den Hintergrund gerückt und häufig gar nicht mehr gegeben ist, kommen RAIDs – vorwiegend im Serverumfeld – auch heute noch zum Einsatz. Der Fokus der verschiedenen Standards, die man als RAID-Level bezeichnet, liegt dabei insbesondere auf der Optimierung von Datensicherheit und Performance. Optional lassen sich die Level – wie im Fall von RAID 10 – miteinander kombinieren, um die Stärken verschiedener Ansätze zu vereinen.

Um welche Standards handelt es sich bei der RAID-10-Kombination? Welche Vor- und Nachteile bringt ein solch komplexes System mit sich? Und wie funktioniert ein RAID-10-Zusammenschluss genau?

Was ist RAID 10?

Bei einem RAID 10 handelt es sich um eine Kombination der beiden RAID-Level 1 und 0, bei der mehrere RAID-1-Systeme zu einem RAID-0-System zusammengefasst werden. Immer wieder findet man aus diesem Grund auch die Bezeichnung „RAID 1+0“, wenn von einem solchen Verbund, der immer aus mindestens vier Festplatten bestehen muss, die Rede ist.

Dem Grundprinzip von RAID 1 folgend werden die Dateien in einem RAID-10-Verbund gespiegelt. Alle Daten sind also mindestens in zweifacher Ausführung vorhanden, sodass eine vollständige Redundanz gewährleistet ist. Zusätzlich findet das sogenannte Striping der Daten statt: Die Datenblöcke werden in einzelne Streifen (engl. stripes) zerlegt und verteilt auf den im RAID 10 eingebundenen Platten gespeichert. Die Speichermedien innerhalb eines untergeordneten RAID-1-Verbunds verfügen also immer über den gleichen Datenstand, der sich aber wiederum von dem Datenstand aller weiteren untergeordneten RAID-1-Cluster unterscheidet: Jeder Verbund verwaltet also separate Teile der Informationen, wobei dieser Umstand für eine zugreifende Anwendung nicht ersichtlich ist.

Hinweis

Die beiden Verfahren lassen sich auch in umgekehrter Reihenfolge anwenden: Zunächst werden die Stripes generiert und anschließend alle Daten gespiegelt – konkret also ein RAID 1 aus mehreren RAID-0-Instanzen. Hierfür findet man häufig auch das Label RAID 0+1 bzw. RAID 01. In der Theorie ist die Spiegelung von bereits in Streifen zerteilten Datenblöcken allerdings fehleranfälliger als das Striping einer gespiegelten Datenstruktur.

Der Ausfall einer Festplatte kann in einem RAID 10 pro Sub-Array, also pro RAID 1, kompensiert werden, da zu jedem Zeitpunkt eine gespiegelte Variante mit dem exakt gleichen Datenbestand vorhanden ist. Dies bedeutet aber auch, dass immer maximal die Hälfte der Speicherkapazität der Einzellaufwerke für Nutzdaten zur Verfügung steht. Die gleichmäßige Verteilung der Daten sorgt gleichzeitig dafür, dass Nutzer beim Zugriff von einer höheren Lesegeschwindigkeit profitieren.

Definition

Ein RAID (Redundant Array of Independent Disks) ist ein Verbund aus mindestens zwei verschiedenen Speichermedien zu einem einzelnen großen logischen Laufwerk. Das konkrete Setup hängt vom gewählten RAID-Level ab, wobei sich die Level auch miteinander kombinieren lassen wie bei RAID 10 (1+0). Zu den Hauptzielen zählen eine erhöhteAusfallsicherheit und Performance-Steigerung der eingesetzten Festplatten.

Das Funktionsprinzip von RAID 10 im Schaubild

In einem Festplattenverbund nach RAID-Level 10 existieren alle Daten immer in zweifacher Ausführung. Pro Gigabyte für die eigentlichen Nutzdaten ist folglich auch ein Gigabyte für die Spiegelung dieser Nutzdaten verplant. Typischerweise wählt man eine Anzahl von vier Festplatten, die man jeweils zu 2er-Paaren nach RAID-1-Konzept zusammenfügt, die wiederum in einem einzelnen RAID-0-System vereint werden.

Um die Funktionsweise des RAID-Levels greifbarer zu machen, zeigt die folgende grafische Darstellung den Aufbau und die Datenspeicherung eines RAID-10-Systems mit vier Speichermedien.

Vor- und Nachteile von RAID 10 im Überblick

RAID 10 speichert sämtliche Daten in doppelter Ausführung. Solange eine Platte eines Spiegelpaars noch läuft, sind die gespeicherten Informationen daher selbst beim Ausfall eines Datenträgers sicher. Erst, wenn alle Speichermedien eines untergeordneten RAID 1 aufgrund eines Defekts oder aus anderem Grund ausfallen, gehen Daten verloren. Hierin liegt auch ein entscheidender Vorteil der Anordnung RAID 1+0 gegenüber der alternativen Anordnung RAID 0+1, bei der ein Schaden keiner konkreten Platte einer RAID-0-Untereinheit zugewiesen werden kann. Die Rekonstruktion der Daten ist in einem RAID-10-System folglich deutlich unkomplizierter und schneller durchgeführt.

Eine große Stärke von RAID 10 liegt darüber hinaus in der Output-Rate, die ein solcher Speicherverbund liefert: Durch das Striping der Daten sind die einzelnen Teilblöcke parallel verfügbar. Greift eine Anwendung also auf das System zu, kann sie von zwei oder mehr Platten gleichzeitig lesen und erhält so immer gleich mehrere Daten eines Streifens. Als Einzellaufwerke bieten die eingebundenen Festplatten diese Option logischerweise nicht, weshalb eine Optimierung der Lesegeschwindigkeit quasi in allen RAID-10-Szenarien gegeben ist.

Hinweis

In der Theorie bietet RAID 10 auch eine erhöhte Schreibgeschwindigkeit, da neue Daten parallel auf die Festplatten geschrieben werden können. Da das System zusätzlich aber immer auch eine exakte Kopie dieser Daten erzeugen muss, kommt die verbesserte Input-Rate in der Praxis nicht zum Tragen.

Die relativ kostenintensive Kombination von Striping und Spiegelung der Daten bringt nicht nur Vorzüge mit sich. Insbesondere zwei Nachteile sind festzuhalten: Zum einen schränkt der Ansatz die maximale Speicherkapazitätentscheidend ein, da pro Gigabyte Nutzdaten auch ein Gigabyte für die Kopie dieser Daten zu berechnen ist. Zum anderen birgt RAID 10 das Risiko eines direkten Datenverlusts, wenn beide Datenträger eines Spiegelpaars gleichzeitig ausfallen. In diesem Fall ist der Ausfall von zwei Festplatten durch das Striping nicht zu kompensieren (anders als beim Ausfall von zwei Platten verschiedener Sub-Arrays).

Vorteile Nachteile
Erhöhte Lesegeschwindigkeit im Vergleich zu Einzellaufwerken Starke Einschränkung der maximal verfügbaren Speicherkapazität
Erhöhte Ausfallsicherheit der eingebundenen Festplatten Ausfall von zwei Platten eines Sub-Arrays führt zum Crash des gesamten Systems

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Was sind typische Anwendungsfälle für RAID 10?

Sicherheit und Geschwindigkeit – das sind die beiden großen Stärken von Festplattenverbunden nach RAID-Level 10. Der verhältnismäßig hohe Kostenfaktor sorgt dabei dafür, dass der Einsatz eines solchen Systems gut überlegt sein sollte. Sofern es das Budget hergibt, ist ein RAID 10 aber immer dann eine sinnvolle Lösung, wenn man Daten speichern möchte,

  • auf die in aller Regelmäßigkeit zugegriffen wird;
  • die möglichst schnell lesbar sein sollen;
  • die ein Höchstmaß an Sicherheit genießen sollen.

Typische Einsatzgebiete von RAID 10 sind daher Datenbank- und Anwendungsserver, die auf eine hohe Ausfallsicherheit und eine gute Output-Rate angewiesen sind.

Hinweis

RAID-Verbunde wie RAID 10 bieten ein hohes Maß an Ausfallsicherheit, sind jedoch niemals als Alternative zu einer Backup-Strategie zu verstehen. Backups speichern Daten zeitlich und räumlich losgelöst von den Originaldaten – eine Sicherheitsmaßnahme für spätere Wiederherstellungen, die in RAID-Konzepten keine Rolle spielt.

Welche anderen gängigen RAID-Level gibt es?

Die beiden alternativen RAID-Level 0 (Striping) und 1 (Spiegelung) bieten für sich genommen nur jeweils eine der Eigenschaften von RAID 10, also entweder eine optimierte Performance oder eine erhöhte Ausfallsicherheit im Vergleich zu den zugrundeliegenden Einzel-Festplatten. Mit RAID 5 und RAID 6 existieren allerdings auch RAID-Konzepte, die keine Kombination aus mehreren Leveln darstellen und dennoch Redundanz und Performance-Steigerung beinhalten. Ausführliche Informationen zu den verschiedenen Methoden finden Sie in unserem großen RAID-Level-Vergleich.

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