RAID 5: Alle wichtigen Informationen zu dem RAID-Level

Wer Festplatten zu einem RAID (Redundant Array of Independent Disks) zusammenschließen möchte, hat dazu verschiedene Varianten zur Verfügung. Eines der gebräuchlichsten Level, wie diese unterschiedlichen RAID-Setups genannt werden, ist RAID 5. Der Verbund aus drei oder mehr Datenträgern zeichnet sich durch seine gute Balance zwischen Performance- und Sicherheitssteigerung und den daraus resultierenden Zusatzkosten aus. Welche Faktoren führen zu diesem guten Preis-Leistungs-Verhältnis und wie funktioniert ein RAID 5?

Als RAID 5 bezeichnet man einen Verbund aus drei oder mehr Festplatten, der als ein logisches Laufwerk fungiert und einzelne Datenträger in puncto Ausfallsicherheit und Lesegeschwindigkeit deutlich aussticht. Um diese beiden Vorzüge bieten zu können, setzt ein RAID-5-System auf zwei gemeinsam aktive Verfahren: Einerseits verteilt ein solcher Verbund die zu speichernden Dateien gleichmäßig auf alle eingespannten Platten, was auch als „Striping“ (von engl. stripes „Streifen“) bekannt ist. Andererseits berechnet ein RAID 5 für sämtliche abgelegten Nutzdaten passende Paritätsinformationen, die ebenfalls auf die verschiedenen Speichermedien verteilt werden. Mittels XOR-Verknüpfung ermöglicht das Speichersystem dann die Rekonstruktion verloren gegangener bzw. beschädigter Datenblöcke.

Die Gesamtkapazität, die ein RAID-5-System für Nutzdaten bietet, lässt sich mit folgender Formel berechnen:

Für drei Speichermedien mit jeweils 1 Terabyte (TB) bedeutet dies also beispielsweise ein Fassungsvermögen von 2 Terabyte. Die übrigen 1 Terabyte sind für die Paritätsinformationen blockiert. Unabhängig von der Gesamtgröße des Speichers steht dabei immer der Grundsatz, dass ein RAID 5 nur dann gefährdet ist, wenn mindestens zwei Festplatten gleichzeitig ausfallen. Typischerweise wählt man im Übrigen eine ungerade Zahl an Datenträgern, also drei, fünf, sieben usw.

RAID 5 zeichnet sich wie eingangs erwähnt durch das gute Verhältnis von Preis und Leistung aus. Dieses ist zum einen das Ergebnis der effizienten Generierung von Redundanz: Anders als bei anderen Systemen sind die Dateien nicht in mehrfacher Ausführung gespeichert, sondern nur dank der Paritätsblöcke redundant. Gegenüber den Einzellaufwerken nimmt das Speichervermögen zwar ab, allerdings bewahren RAID-5-Verbunde einen vergleichsweise großen Teil der ursprünglichen Kapazität. Zum anderen stellen derartige Zusammenschlüsse eine kostengünstige Lösung dar, um die Lesegeschwindigkeit zu erhöhen: Das Striping der Daten erlaubt den parallelen Zugriff auf mehrere Teile eines zusammengehörenden Datenblocks, sodass anfragende Geräte den Lesevorgang deutlich schneller abschließen können.

Eine weitere Stärke von RAID 5 ist die erhöhte Ausfallsicherheit. Fällt eine Festplatte aus, weil sie defekt ist, oder gehen die Daten einer Platte aus anderen Gründen verloren, lässt sich der Betrieb dennoch aufrechterhalten. Da die übrigen Speichermedien während des Wiederherstellungsprozesses stärker ausgelastet sind, erhöht sich das Ausfallrisiko während dieses Zeitraums jedoch deutlich.

Der RAID-5-Ansatz ist aber nicht ohne Nachteile: Jeder Schreibvorgang auf das Festplatten-Cluster ist mit einem zusätzlichen Leseschritt verbunden, um die bereits vorhandenen Paritätsinformationen zu prüfen und neu zu berechnen. Im Anschluss ist ein weiterer Schritt erforderlich, um die Paritätsdaten zu den neu gespeicherten Nutzdaten auf die Platten zu verteilen. Im Vergleich zu den Einzellaufwerken und anderen RAID-Leveln wie RAID 0 fällt die Schreibgeschwindigkeit der Datenträger in einem RAID-5-System also wesentlich niedriger aus.

RAID-Level 5 bietet einen guten Kompromiss zwischen Kosten und Leistungsoptimierung gegenüber Einzellaufwerken. Auch in puncto Ausfallsicherheit weiß ein solcher Verbund zu punkten, was ebenfalls für seinen Einsatz spricht. Die deutlich eingeschränkte Schreibrate sorgt allerdings dafür, dass die Speicherlösung für Datenbestände mit vielen großen Dateien uninteressant ist. Mit anderen Worten: RAID 5 kann seine Stärken nur bei Anwendungen ausspielen, die Zugriffe auf viele kleine Dateiblöcke starten. Zu den typischen Anwendungsszenarios von RAID 5 zählen daher Server für Mikrotransaktionen und Datenbankserver, die zwar eine Vielzahl an Einträgen umfassen können, aber hinsichtlich maximaler Dateigröße deutlich begrenzt sind.

Der effiziente Ansatz, mit Parität für eine Redundanz der Daten zu sorgen, kommt nicht nur in RAID 5 zum Einsatz: Auch RAID-Level 6 setzt auf dieses Prinzip und verteilt die Paritätsinformationen sogar doppelt auf die eingebundenen Datenträger. Einen gänzlich anderen Weg gehen die Level RAID 1 und RAID 10: Bei diesen findet eine vollständige Spiegelung der Daten statt, wodurch diese Systeme eine Redundanz von einhundert Prozent bieten. Mit RAID 0 existiert darüber hinaus ein Konzept, das ausschließlich auf eine Geschwindigkeitssteigerung mit Striping setzt und keinerlei Redundanz bietet.

Eine ausführliche Gegenüberstellung der verschiedenen Systeme finden Sie in unserem zusammenfassenden RAID-Level-Vergleich.