Die wichtigsten RAID-Systeme erklärt

Von Marcel Stäheli, 07.05.19

Ein RAID (Redundant Array of Independent Disks oder zu Deutsch: Redundante Anordnung unabhängiger Festplatten) zielt darauf ab, Daten sicher zu speichern, ohne dass diese verloren gehen. Dabei verwendet das RAID-System meist ein redundantes Verfahren.

Speicherungstechniken von RAID-Systemen

Die weiter unten im Artikel aufgeführten RAID-Systeme verwenden eine oder mehrere der folgenden 3 Speicherungstechniken:

 

Spiegelung

Bei der Spiegelung (engl. Mirroring) wird ein Datensatz «AB» komplett auf zwei verschiedenen Festplatten abgespeichert. Beim Ausfall einer Platte gehen keine Informationen verloren, da der ganze Datensatz auch auf der zweiten Platte vorhanden ist.

 

Streifen

Beim Streifen (engl. Striping) wird ein Datensatz «AB» aufgeteilt und auf mehrere aufeinanderfolgende Festplatten gespeichert. Beim Ausfall einer Platte sind alle Informationen verloren, da sämtliche Platten benötigt werden um den Datensatz vollständig lesen zu können.

Mit Streifen wird die Lese- und Schreibgeschwindigkeit erhöht, da von mehreren Festplatten gleichzeitig gelesen werden kann.

 

Parität

Parität (engl. Parity) ergänzt jeden Streifen mit der Möglichkeit in einen Datensatz verlorene Informationen wiederherzustellen. Ein Datensatz «AB» wird mit Streifen auf mehrere Platten verteilt. Auf einer zusätzlichen Platte wird für jeden Streifen ein Paritätswert «P» errechnet. Fällt eine Platte aus, kann mit Hilfe der Parität die fehlende Information errechnet werden.

Ein vereinfachtes Beispiel: Sie speichern auf zwei Festplatten je eine Zahl: 4 und 7. Auf der dritten Paritäsplatte speichern Sie die Summe der beiden Zahlen: 11. Fällt eine der beiden Platten aus, können Sie mit Hilfe der Summe die fehlende Zahl berechnen.

RAID-Systeme

RAID 0

Bei einem RAID 0 werden mindestens 2 Festplatten benötigt. Die Daten werden dabei auf mehrere Festplatten verteilt, wenn eine Festplatte ausfällt, wären alle Daten verloren. Ein RAID 0 ist ein Verfahren ohne irgendeinen Schutz vor Verlust, da aber von beiden Festplatten gleichzeitig gelesen werden kann, ist die Lese- und Schreibgeschwindigkeit sehr hoch. Die Nutzungskapazität der verfügbaren Laufwerke beträgt 100%.

Technik:Streifen
Vorteil:Extrem schnell
Nachteil:Keine Ausfallsicherheit von Daten
Anwendungsbeispiel:Laufwerk für Datenbankserver

 

RAID 1

Bei einem RAID 1 werden mindestens 2 Festplatten benötigt. Dieselben Daten werden dabei auf beiden Festplatten gespeichert. Dies hat Vor- und Nachteile: Einerseits sind die Daten noch vorhanden, wenn eine Festplatte ausfallen würde, andererseits braucht man die doppelte Anzahl Festplatten, weil die effektive Speicherkapazität halbiert wird. Die Nutzungskapazität der verfügbaren Laufwerke beträgt daher 50%.

Technik:Spiegelung
Vorteil:Schnell mit Ausfallsicherheit
Nachteil:Tiefe Nutzungskapazität
Anwendungsbeispiel:Laufwerk für das Betriebssystem

 

RAID 5

Bei einem RAID 5 benötigt man mindestens 3 Festplatten. Die Daten werden auf alle Festplatten verteilt. Zusätzlich wird ein Paritätswert errechnet und gespeichert. Wenn eine Festplatte ausfallen sollte, kann der RAID-Kontroller anhand dieser Parität die fehlenden Daten errechnen. Dieses Verfahren benötigt zwar eine Festplatte weniger als ein entsprechendes RAID 1 System, es muss aber für alle Daten eine Paritätswert berechnet werden, was mehr Rechenleistung benötigt. Ein RAID 5-System kann aus maximal 16 Festplatten bestehen. Die Nutzungskapazität der im RAID 5 verfügbaren Laufwerke beträgt 67% - 94% (Gesamtkapazität minus 1 Laufwerk).

Technik:Streifen mit Parität
Vorteil:Ausfallsicherheit
Nachteil:Langsame Schreibgeschwindigkeit
Anwendungsbeispiel:Laufwerke für Archivsysteme

 

Grafik: Aufbau eines Raid 5 Systems

RAID 6

Bei einem RAID 6 benötigt man mindestens 4 Festplatten. Anstelle eines einzigen Paritässchemas, verwendet RAID 6 zwei Schemata («P» und «Q»). Das heisst, es können maximal 2 Festplatten ausfallen, ohne dass Daten verloren gehen.

Das Speichern von Daten ist aufwendiger als bei RAID 5, da jedes Mal 2 Paritätsaktualisierungen berechnet und geschrieben werden müssen. Die Lesegeschwindigkeit ist gleich schnell wie RAID 5, es eignet sich daher besonders für Archivierungssysteme bei denen viel gelesen, aber wenig geschrieben wird. Ein RAID 6 kann aus maximal 16 Festplatten bestehen. Die Nutzungskapazität der im RAID 6 verfügbaren Laufwerke beträgt 50% - 88% (Gesamtkapazität minus 2 Laufwerke).

Grafik: Aufbau eines Raid 6 Systems

 

Technik:Streifen mit doppelter Parität
Vorteil:Hohe Ausfallsicherheit
Nachteil:Sehr langsame Schreibgeschwindigkeit
Anwendungsbeispiel:Archivsysteme, hochverfügbare Lösungen, Server mit hohen Kapazitätsanforderungen

 

RAID 10

Das RAID 10 vereint das RAID 0 und 1 miteinander. Dafür werden mindestens 4 Festplatten benötigt. Die Daten werden zuerst mit Streifen in 2 Teile aufgeteilt (RAID 0) und anschliessend gespiegelt abgespeichert (2 x RAID 1). Diese Variante überzeugt durch seine Geschwindigkeit, ist aber mit höheren Kosten verbunden. Die Nutzungskapazität der verfügbaren Laufwerke beträgt 50%.

Grafik: Aufbau eines Raid 10 Systems

 

Technik:Spiegelung, Streifen
Vorteil:Sehr schnell mit Ausfallsicherheit
Nachteil:Nutzungskapazität gering
Anwendungsbeispiel:Laufwerke für virtuelle Server

 

RAID 50

Das RAID 50 kombiniert mehrere RAID 5 mit einem RAID 0. Es werden mindestens 6 Festplatten benötigt. Durch das RAID 0 kann die Zugriffsgeschwindigkeit des RAID 5 erhöht werden. Es lassen sich so auch sehr grosse logische Laufwerke aufbauen. Pro RAID 5 kann eine Festplatte ausfallen. Die Nutzungskapazität von RAID 50 beträgt je nach der Anzahl der im betreffenden RAID 5 verfügbaren Datenlaufwerke 67% - 94% (Gesamtkapazität minus 1 Laufwerk).

Grafik: Aufbau eines Raid 50 Systems

 

Technik:Streifen mit Parität
Vorteil:Sehr schnell mit Ausfallsicherheit
Nachteil:Leseleistung mittelmässig
Anwendungsbeispiel:Archivsysteme, Anwendungsserver

 

RAID 60

Das RAID 60 kombiniert mehrere RAID 6 mit einem RAID 0. Es werden mindestens 8 Festplatten benötigt. Durch das RAID 0 kann die Zugriffsgeschwindigkeit des RAID 6 erhöht werden. Es lassen sich so auch sehr grosse logische Laufwerke aufbauen. Pro RAID 6 können zwei Festplatten ausfallen. Die Nutzungskapazität von RAID 60 beträgt je nach der Anzahl der im betreffenden RAID 6 verfügbaren Datenlaufwerke 50% - 88% (Gesamtkapazität minus 2 Laufwerke).

Grafik: Aufbau eines Raid 60 Systems

 

Technik:Streifen mit doppelter Parität
Vorteil:Hohe Ausfallsicherheit
Nachteil:Sehr langsame Schreibgeschwindigkeit
Anwendungsbeispiel:Archivsysteme, Backup-Storage, hochverfügbare Lösungen, Server mit hohen Kapazitätsanforderungen

Für zusätzliche Informationen zu RAID-Systemen und Ihrer Funktionsweise lesen Sie bitte das Whitepaper von Adaptec zu diesem Thema.