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?

Was ist 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.

Fakt

XOR steht für Exklusiv-Oder (von engl. eXclusive OR). Eine XOR-Verknüpfung verbindet zwei Aussagen durch den gleichnamigen, zweistelligen Junktor „exklusives Oder“ bzw. „entweder … oder“. Für die Daten in einem RAID-5-Verbund bedeutet dies Folgendes: Alle einzelnen Elemente eines Datenstreifens, die gleichmäßig auf die Festplatten verteilt sind, werden per XOR-Logik mit den dazu passenden Paritätsinformationen verbunden. Greifen nun Geräte auf den Datensatz zu, können sie die exemplarischen Daten „A1“ auf Festplatte 1 entweder direkt von dieser Platte lesen oder mithilfe des Paritätsblocks „Ap“ rekonstruieren.

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

(Anzahl der Festplatten - 1) x Speicherkapazität der kleinsten Festplatte

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.

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 5 definiert. Zu den Kernpunkten zählen Datensicherheit und eine verbesserte Datendurchsatzrate.

Das Funktionsprinzip von RAID 5 im Schaubild

Striping und Parität sind die entscheidenden Techniken von RAID 5. Die Besonderheit dieses RAID-Levels besteht einerseits in deren Kombination, andererseits ist die Funktionsweise eines solchen Systems darauf ausgelegt, dass nicht nur die Nutzdaten, sondern auch die Paritätsinformationen auf alle eingebundenen Festplatten verteilt werden. RAID 4 beispielsweise vereint ebenfalls beide genannten Techniken, speichert die Paritätsblöcke allerdings auf einer dedizierten Platte.

Um das Funktionsprinzip von RAID 5 greifbarer zu machen, veranschaulicht das nachfolgende Schaubild die Datenspeicherung in einem solchen System am Beispiel von drei Festplatten.

Vor- und Nachteile von RAID-5-Systemen im Überblick

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.

Vorteile Nachteile
Erhöhte Ausfallsicherheit durch Parität Schreibgeschwindigkeit im Vergleich zu Einzellaufwerken verringert
Gutes Preis-Leistungs-Verhältnis in puncto Redundanz und Speicheroptimierung Speicherkapazität der einzelnen Festplatten wird zu einem gewissen Teil eingeschränkt

Was sind typische Einsatzszenarien für RAID 5?

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.

Hinweis

Ein RAID 5 ist kein Backup! Fällt mehr als eine Festplatte des Verbunds aus, lassen sich die meisten Daten nicht mehr wiederherstellen – lediglich kleinste Dateien auf den noch intakten Platten bleiben bestehen.

Cloud Backup von IONOS

Maximaler Schutz für Ihre Unternehmensdaten: Einfache Backups für Cloud-Infrastruktur, PCs und Smartphones, inklusive persönlichem Berater!

Umfassender Schutz
Einfache Wiederherstellung
Schnelle Datenspeicherung

Welche weiteren gängigen RAID-Level gibt es?

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.

Tipp

Benötigen Sie eine Cloud-Lösung für die Sicherung Ihrer Geräte bzw. Systeme? Cloud Backup von IONOS speichert Ihre Daten sicher und verschlüsselt in den zertifizierten IONOS-Rechenzentren!


Auf dem Laufenden bleiben?

Jetzt für unseren Newsletter anmelden und gratis Online-Marketing Whitepaper für lokale Anbieter sichern!