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Was ist RAID?

RAID - Was ist das? | Bild: ©kubais (Jakub Pavlinec)/Depositphotos.com

Mit einem RAID-System können Sie mehrere Festplatten zu einem Verbund zusammenschließen. Hierfür können Sie sowohl Hardware-Komponenten wie auch Software verwenden. Die Zahl der möglichen RAID-Konfigurationen ist vielfältig. Abhängig von Aufbau und Konfiguration kann RAID dabei helfen, wichtige Daten redundant zu speichern oder die Lese- und Schreibgeschwindigkeit zu erhöhen. Wenn Sie ein RAID-System einrichten möchten, sollten Sie sich jedoch auch über die Probleme und Grenzen dieses Systems im Klaren sein.

Definition

Der Begriff RAID ist ein Akronym. Er steht für die englischen Wörter „Redundant array of independent disks“, was auf Deutsch mit redundante Anordnung unabhängiger Festplatten“ übersetzt werden kann. Grundsätzlich bezeichnet RAID unterschiedliche Konfigurationen von mehreren Festplatten, welche miteinander gekoppelt sind. Dabei werden diese separaten Festplatten zu einem einzigen logischen Laufwerk zusammengeführt.

Das Ziel einer jeden RAID-Konfiguration ist die Verbesserung der Verfügbarkeit von Daten. Allerdings kann sich diese bessere Verfügbarkeit auf unterschiedliche Weise ausdrücken. Hierunter versteht sich zum einen die Steigerung der Lese- und Schreibgeschwindigkeit. Andererseits kann das Ziel auch eine Erhöhung der Datensicherheit und der Schutz vor Datenverlust sein.

Abhängig davon, welches genaue Ziel mit einem RAID-System verfolgt werden soll, gibt es bei der exakten Implementation eines solchen Systems erhebliche Unterschiede. Man spricht in diesem Zusammenhang von sogenannten RAID-Leveln. Jedes RAID-Level weißt eine andere Konfiguration auf und hat seine spezifischen Stärken und Schwächen.

Der Unterschied zwischen einem RAID-System und einem normalen System

Die meisten herkömmlichen Computersysteme nutzen entweder eine einzelne oder eine Reihe separater Festplatten. Auf der Hauptfestplatte befindet sich für gewöhnlich das Betriebssystem. Um ordnungsgemäß hochfahren zu können, muss der Computer in der Lage sein, auf diese Festplatte zuzugreifen. Falls dies jedoch nicht möglich ist, weil die Festplatte z. B. beschädigt wurde, funktioniert der Rechner nicht mehr. Auch wenn sich auf der ausgefallenen Festplatte keine systemrelevanten Programme befunden haben, kann ihr Verlust doch schwer wiegen, falls beispielsweise wichtige Dateien verloren gegangen sind.

Der entscheidende Schwachpunkt vieler Computersysteme ist demnach ihr Mangel an Redundanz. Sämtliche wichtigen Daten sind jeweils nur an einem einzigen Ort gespeichert. Der Verlust eines einzigen Elements des Systems (die Festplatte) kann daher schwerwiegende Konsequenzen haben.

Ein RAID-System unterscheidet sich von normalen Computersystemen dahingehend, dass sämtliche Dateien mindestens auf zwei verschiedenen Festplatten gespeichert werden. Dies kann je nach RAID-Level garantieren, dass der Ausfall einer einzelnen Komponente weder die Integrität des Systems gefährdet noch zum Verlust essenzieller Daten führt. Bei anderen RAID-Leveln wird hingegen durch die Aufteilung der Datensätze eine höhere Lese- und Schreibgeschwindigkeit ermöglicht.

Unterschiedliche RAID-Varianten

Sie können ein RAID-System auf unterschiedliche Weise implementieren. Grundvoraussetzung ist die Existenz von mindestens zwei Festplatten, welche im Verbund betrieben werden können. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, wie sich ein solcher Verbund herstellen lässt.

Hardware-RAID

Beim sogenannten Hardware-RAID wird ein RAID-Controller verwendet. Dabei handelt es sich um eine physische Steckkarte, welche im Gehäuse des Computers verbaut wird. Professionelle RAID-Controller besitzen eine eigenständige CPU, wodurch sie den Hauptprozessor des Rechners entlasten. Ferner gibt es Geräte, auf denen bereits von Anfang an ein RAID-System installiert ist. Zahlreiche NAS-Geräte verfügen z. B. bereits über einen eingebauten RAID-Controller. Vor- und Nachteile eines Hardware-RAIDs

Im Gegensatz zu einer Software-Implementierung ist ein Hardware-RAID effizienter und schneller. Dies gilt vor allem dann, wenn Sie einen hochwertigen RAID-Controller mit eigenem Prozessor und zusätzlichem Cache-Speicher verwenden. Ein solches RAID-System steht zudem bereits beim Booten zur Verfügung.

Ein Nachteil sind hierbei jedoch die zusätzlichen Kosten, da ein zusätzlicher RAID-Controller gekauft werden muss. Zudem besteht die Möglichkeit, dass beim Controller selbst ein defekt eintritt, was dazu führt, dass dieser ersetzt werden muss, um weiterhin Zugriff auf die gespeicherten Daten zu erhalten.

Software-RAID

Es ist möglich, ein RAID-System rein auf Softwarebasis herzustellen. Beim sogenannten Software-RAID übernimmt der Hauptprozessor der PCs sämtliche Berechnungen für das RAID-System. Ein solches softwarebasiertes RAID-System kann auf verschiedenen Systemebenen implementiert werden. So verfügen viele Motherboards heutzutage bereits über vorinstallierte HostRAID-Systeme, welche Sie lediglich über das BIOS einstellen müssen. Zudem bieten auch Betriebssysteme wie Windows oder Linux die Möglichkeit, verschiedene Festplatten zu einem RAID-System zusammenzuschließen.

Unter Windows besteht beispielsweise in der Datenträgerverwaltung die Möglichkeit dazu. Linux bietet im Gegenzug das Linux Software RAID, mit welchem die Einrichtung von Raid 0 bis 10 möglich ist.

Vor- und Nachteile eines Software-RAIDs

Software-RAIDs sind eine kostengünstige Möglichkeit, ein RAID-System herzustellen. Es wird keine zusätzliche Hardware benötigt und zum Teil ist die hierfür notwendige Software als kostenlose Open-Source-Software erhältlich. Zudem verfügen viele Betriebssysteme auch bereits über eingebaute RAID-Kapazitäten, welche jedoch evtl. eingeschränkt sein können.

Ein entscheidender Schwachpunkt einer solchen Software-Lösung ist, dass kein zusätzlicher Prozessor zur Verfügung steht, um den höheren Ressourcenverbrauch zu bewältigen. Daher kann ein Software-RAID eine Verlangsamung des Systems zur Folge haben. Wenn Sie das RAID-System ferner unmittelbar über das Betriebssystem einrichten, kann dieses selbst nicht von dessen Implementierung profitieren.

Host-RAID

Host-Raid stellt eine Zwischenstufe zwischen einem Hardware- und einem Software-RAID dar. Ein solches System wird direkt von der Firmware bzw. den Treibern auf dem Mainboard ausgeführt. Viele Mainboards verfügen über entsprechende Möglichkeiten hierzu. Alternativ können Sie sich einen entsprechenden Host-RAID-Adapter zulegen. Dieser stellt eine kostengünstige Alternative zu einem leistungsfähigen RAID-Controller dar. Allerdings muss beim Host-RAID wiederum der Prozessor des Computers die notwendige Rechenarbeit erledigen.

Vor- und Nachteile eines Host-RAID

Es handelt sich um eine kostengünstige Alternative zu einer kompletten Hardware-Implementierung. Verfügt das Mainboard über entsprechende RAID-Fähigkeiten, ist weder die Anschaffung zusätzlicher Hardware noch die Installation weitere Software notwendig.

Ähnlich wie bei der reinen Software-Variante belastet diese Methode den Prozessor des Systems zusätzlich, was zu Geschwindigkeitsverlusten führen kann. Wird zudem ein RAID-Adapter verwendet, ist das System ähnlich wie bei der Nutzung eines RAID-Controllers anfällig für den Ausfall einer zusätzlichen Hardware-Komponente, ohne dass hierdurch der Hauptprozessor entlastet wird. Aus diesem Grund spricht man bei dieser Variante teilweise auch von einem Fake-RAID.

Speicherungstechniken in einem RAID-System

Das Grundmerkmal eines RAID-Systems ist die Redundanz gespeicherter Daten. Diese lässt sich mittels unterschiedlicher Speicherungstechniken herstellen. Je nach Art der Speicherungstechnik liegt der Fokus dabei auf einer bestimmten Art der Redundanz.

Bei der Spiegelung speichert das System jeden Datensatz komplett auf zwei unterschiedlichen Festplatten. Diese Speicherungstechnik bietet eine erhöhte Datensicherheit, da der vollständige Datensatz auch noch nach dem Verlust einer der beiden Festplatten vorhanden ist und abgerufen werden kann.

Im Gegensatz zur Spiegelung wird der Datensatz beim Streifen-Verfahren in verschiedene Elemente aufgeteilt. Anschließend wird jedes Element auf einer anderen Festplatte abgespeichert. Der Zweck dieser Speicherungstechnik ist es, die Lese- und Schreibgeschwindigkeit des Systems zu erhöhen, da es möglich ist, auf mehrere Festplatten gleichzeitig zuzugreifen. Bei dieser Form der Redundanz wird allerdings nicht die Datensicherheit erhöht, da sämtliche Festplatten notwendig sind, um auf den abgespeicherten Datensatz zuzugreifen. Fällt eine Festplatte aus, ist der Datensatz verloren.

Eine Möglichkeit, die Vorteile des Spiegel- und des Streifenverfahrens miteinander zu kombinieren, ist das Paritäts-Verfahren. Dabei wird der Datensatz wieder in einzelne Elemente aufgeteilt und separat auf verschiedenen Festplatten abgespeichert. Zusätzlich dazu wird auf einer weiteren Festplatte ein Paritätswert erstellt. Wenn eine Festplatte ausfallen sollte, ist es möglich, mittels dieses Paritätswertes die fehlenden Informationen wiederherzustellen. Auf diese Weise kann das RAID-System sowohl die Datensicherheit wie auch die Lese- und Schreibgeschwindigkeit erhöhen.

Üblicherweise verwenden verschiedene RAID-Level eine oder mehrere dieser Speichertechniken. Die verschiedenen RAID-Level

Es existieren eine Vielzahl unterschiedlicher RAID-Level. Die einzelnen Level unterscheiden sich jeweils in ihrer Zusammensetzung sowie in den verwendeten Speichertechniken. Jedes RAID-Level bringt dabei bestimmte Vorteile mit sich, hat jedoch unter Umständen auch bestimmte Schwächen. So sind manche RAID-Level auf Redundanz für die Herstellung von Datensicherheit ausgelegt. Andere wiederum beschleunigen die Lese- und Schreibgeschwindigkeit des Systems. Spezifische RAID-Level eignen sich dabei besonders für bestimmte Aufgabenbereiche.

Wahl der Festplatten

Falls Sie ein RAID-System aufbauen möchten, sollten Sie darauf achten, dafür taugliche Festplatten zu verwenden. Dauerbetriebstaugliche oder RAID-taugliche Festplatten kosten mehr, als gewöhnliche Festplatte. Allerdings haben sie den Vorteil, dass sie während des Betriebs weniger stark schwingen. Das ist besonders bei einer engen Anordnung mehrerer Festplatten in einem Gehäuse wichtig, da die Festplatten sich ansonsten womöglich gegenseitig in ihren Schwingungen verstärken. Dies kann zu höheren Latenzen sowie Lese- und Schreibfehlern führen.

Ferner sollten Sie darauf achten, dass die Festplatten hinsichtlich Geschwindigkeit und Speicherkapazität gleichwertig sind. Zwar ist es möglich, unterschiedliche Modelle miteinander zu kombinieren. Allerdings würde sich das RAID-System in dem Fall stets an die langsamste und kleinste Platte anpassen. Es ist daher am sinnvollsten nur identische Festplatten in einem Verbund zusammenzuschließen.

Anwendungsgebiete von RAID

Konkret lassen sich mit einem RAID-System zwei Dinge erreichen:

  1. Die Datensicherheit wird verbessert.
  2. Die Lese- und Schreibgeschwindigkeit wird erhöht.

Ferner besteht bei bestimmten RAID-Leveln die Möglichkeit, beide Vorzüge miteinander zu kombinieren. Normalerweise kann ein RAID-System seine Vorteile nur in bestimmten Situationen ausspielen. Daher macht die Einrichtung eines solchen Systems auch nicht immer und überall Sinn. Ein konkreter Anwendungsbereich, welcher von einem RAID-System profitiert, sind beispielsweise Server. Dort kann ein RAID-System für ein hohes Maß an Ausfallsicherheit sorgen, sodass es stets möglich ist, auf wichtige Daten zuzugreifen.

Ferner kann ein RAID-System sinnvoll sein, wenn Sie auf große Datenmengen gleichzeitig zugreifen müssen. Dies kann beispielsweise bei der Videobearbeitung der Fall sein. Wenn einzelne Festplatten nicht mehr in der Lage sind, mit großen Datenmengen fertig zu werden, kann ein passendes RAID-Level für die notwendige Lese- und Schreibgeschwindigkeit sorgen.

Nachteile von RAID

Grundsätzlich empfiehlt es sich, nur dann ein RAID-System aufzusetzen, wenn dies auch wirklich erforderlich ist. Der Grund hierfür ist, dass durch ein solches System automatisch neue Probleme entstehen können. Zum einen ist das RAID-System an sich bereits eine neue, potenzielle Quelle für Fehler. Dies fängt bei der erhöhten Wahrscheinlichkeit eines Bedienfehlers an, da die Konfiguration und Verwaltung eines RAID-Systems einen Mehraufwand beinhaltet.

Ferner können sich nachträgliche Änderungen an einem vorhandenen RAID-System als schwierig erweisen. So ist es meist nicht möglich, ein RAID-System nachträglich zu verkleinern. Auch die Vergrößerung gestaltet sich mitunter zeitaufwendig und komplex und ist meist nur möglich, falls der Hersteller dies vorher implementiert hat.

Ferner kann auch der Ausfall einer einzelnen Platte je nach RAID-Level durchaus ein Problem darstellen. Ist es notwendig, eine defekte Platte zu ersetzen, muss die neue Platte je nach Konfiguration exakt die gleiche Größe aufweisen. Selbst geringfügige Abweichungen könnten ansonsten dazu führen, dass die Festplatte nicht verwendet werden kann. Dies kann zum Problem werden, falls Sie eine sehr große Festplatte verwenden, für die weder baugleiche Ersatzmodelle noch Alternativen anderer Anbieter verfügbar sind.

Ähnliche Ersatzprobleme können bei einem defekten RAID-Controller auftreten. Haben Sie einen Festplattenverbund mittels eines Controllers eingerichtet, kann dieser anschließend oftmals nur von einem baugleichen Controller angesprochen werden. Deshalb sollten Sie bei der Verwendung eines RAID-Controllers stets sicher stellen, dass Sie auch Jahre später noch an Ersatz gelangen können.

Fällt eine Festplatte im Verbund aus und muss durch eine neue, unbeschriebene Platte ersetzt werden, ist zudem ein sogenannter Rebuild notwendig. Dabei müssen Sie sämtliche Daten der ausgefallenen Festplatte auf der neuen Platte wiederherstellen. Da hierfür meist sehr viele Lese-, Schreib- und Berechnungsvorgänge notwendig sind, kann sich dieser Prozess über bis zu 24 Stunden ziehen.

RAID ersetzt kein Backup

Sie sollten niemals den Fehler begehen, wegen der Nutzung eines RAID-Systems auf Backups zu verzichten. Zum einen sorgt nicht jedes RAID-Level tatsächlich für eine Redundanz der
abgespeicherten Daten. Zum anderen sind RAID-Systeme zumeist komplex. Fällt eine Festplatte aus und muss ersetzt werden, kann es durchaus passieren, dass im Laufe des Rebuilds des Systems weitere Festplatten ausfallen. In dem Fall können auch bei einem redundanten System Daten unwiederbringlich verloren gehen. Falls bestimmte Daten besonders wichtig sind, sollten Sie diese daher grundätzlich immer mit einem separaten Backup absichern.


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