RAID-Level: Die wich­tigs­ten RAID-Ansätze im Vergleich

Fest­plat­ten als RAID zu­sam­men­zu­schlie­ßen, kann ver­schie­de­ne Vor- und Nachteile mit sich bringen. Welche das im Einzelnen sind, lässt sich dabei gar nicht pauschal sagen, da die konkreten Ei­gen­schaf­ten eines Verbunds haupt­säch­lich von dem gewählten RAID-Level abhängen. Diese teilweise sehr un­ter­schied­li­chen Standards legen fest, wie viele Fest­plat­ten man min­des­tens benötigt, auf welche Weise die in­vol­vier­ten Da­ten­trä­ger kom­bi­niert werden und welche Verfahren bei der Spei­che­rung der Dateien zum Einsatz kommen.

Wir erklären, in welchen Punkten sich RAID-Level un­ter­schei­den können und welche Aus­wir­kun­gen die ver­schie­den­ar­ti­gen Ansätze haben. Zudem ver­glei­chen wir die gängigen RAID-Level mit­ein­an­der, wobei ins­be­son­de­re die Faktoren Kosten, Aus­fall­si­cher­heit und Per­for­mance im Vor­der­grund stehen.

RAID-Level wie RAID 5 oder RAID 6 be­schrei­ben un­ter­schied­li­che Ansätze, um Fest­plat­ten in einem Verbund zu­sam­men­zu­schlie­ßen, der als einzelnes logisches Laufwerk fungiert. Als man die RAID-Technik 1988 erstmalig prä­sen­tier­te, stand dabei noch die Kos­ten­er­spar­nis, die mit solchen Hardware-Clustern erzielt werden konnte, im Fokus. Heute spielt der Kos­ten­fak­tor jedoch nur noch eine un­ter­ge­ord­ne­te Rolle bei der Bewertung der ver­schie­de­nen Level.

Die ent­schei­den­den Ei­gen­schaf­ten, in denen sich RAID-Level heute von­ein­an­der un­ter­schei­den, sind folgende:

• Maß an Aus­fall­si­cher­heit
• Le­se­ge­schwin­dig­keit (Output-Rate)
• Schreib­ge­schwin­dig­keit (Input-Rate)
• Aus­nut­zung der möglichen Spei­cher­ka­pa­zi­tät
• Min­dest­an­zahl an be­nö­tig­ten Fest­plat­ten

Das primäre Ziel von RAIDs ist es, die Si­cher­heit ge­spei­cher­ter Daten zu erhöhen. Ausfälle einzelner Fest­plat­ten sollen auf diese Weise kom­pen­siert werden und nicht zu Da­ten­ver­lust führen. Hierfür setzen die einzelnen RAID-Level ver­schie­de­ne Techniken ein, um Dateien redundant zu speichern. Das klas­si­sche Verfahren ist bei­spiels­wei­se die Spie­ge­lung aller Daten – hier liegen also alle In­for­ma­tio­nen im Platten-Cluster in doppelter Aus­füh­rung. Al­ter­na­tiv setzen andere RAID-Level auf Pa­ri­täts­in­for­ma­tio­nen, die gemeinsam mit den Nutzdaten auf den ein­ge­bun­de­nen Da­ten­trä­gern ge­spei­chert werden und – im Falle eines defekten Spei­cher­me­di­ums – die schnelle und einfache Wie­der­her­stel­lung der Daten er­mög­li­chen.

Um die Per­for­mance zu steigern, setzen viele RAID-Level außerdem auf das so­ge­nann­te Striping-Verfahren (von engl. stripes „Streifen“): Die ge­spei­cher­ten Daten werden hierbei in Streifen zerlegt und gleich­mä­ßig auf alle ein­ge­bun­de­nen Fest­plat­ten verteilt. Auf diese Weise lassen sich sowohl die Schreib- als auch die Le­se­ge­schwin­dig­keit op­ti­mie­ren, wobei der Grad der Stei­ge­rung von dem ein­ge­setz­ten Red­un­danz­ver­fah­ren abhängt.

Viele RAID-Level bieten im Vergleich zu den Ein­zel­lauf­wer­ken sowohl eine erhöhte Aus­fall­si­cher­heit als auch eine ver­bes­ser­te Per­for­mance. Dabei gilt al­ler­dings die Faust­re­gel: Je stärker der Fest­plat­ten­ver­bund gegen einen Ausfall gesichert wird, desto schwächer fällt der Per­for­mance-Boost aus.

Auch die maximal für Nutzdaten ver­füg­ba­re Spei­cher­ka­pa­zi­tät re­sul­tiert in erster Linie aus der Methode, die für die Ge­ne­rie­rung von Redundanz ein­ge­setzt wird. RAID-Level, die auf eine Spie­ge­lung der Daten setzen, können au­to­ma­tisch nur auf 50 Prozent des Spei­cher­plat­zes zu­rück­grei­fen. In RAIDs, die mit Parität arbeiten, steigt der für Nutzdaten ver­füg­ba­re Spei­cher­an­teil mit zu­neh­men­der Anzahl an Fest­plat­ten.

Das Ver­hält­nis aus Aus­fall­si­cher­heit, Per­for­mance, Spei­cher­ka­pa­zi­tät und letztlich auch Kos­ten­fak­tor fällt also von RAID-Level zu RAID-Level ganz un­ter­schied­lich aus. Einige Ansätze wie RAID 0 und RAID 1 sind darüber hinaus von Grund auf nur auf eine Ei­gen­schaft ausgelegt: Während RAID 0 aus­schließ­lich für einen ge­stei­ger­ten Da­ten­durch­satz beim Lesen und Schreiben sorgt, steht in einem RAID-1-System die doppelte Spei­che­rung der Dateien so stark im Vor­der­grund, dass lediglich eine minimale Ver­bes­se­rung der Le­se­ge­schwin­dig­keit (bei passendem RAID-Con­trol­ler) erzielt wird.

In der nach­fol­gen­den Tabelle sind die gängigen RAID-Level ge­gen­über­ge­stellt, um ihre Ei­gen­schaf­ten, Stärken und Schwächen im direkten Vergleich auf­zu­zei­gen.

RAID-Systeme waren über viele Jahre hinweg das Non­plus­ul­tra, um Daten aus­fall­si­che­rer und per­for­man­ce­ori­en­tiert zu speichern. Mitt­ler­wei­le gibt es aber ver­schie­de­ne al­ter­na­ti­ve Techniken, die an dieser Stelle ebenfalls kurz erwähnt werden sollen.

Multi-Copy-Mirroring stellt eine prak­ti­sche RAID-Al­ter­na­ti­ve dar, bei der – wie bei der Spie­ge­lung in RAID-Level 1 – mehrere über­ein­stim­men­de Kopien der Daten angelegt werden. Anders als bei einem RAID-System liegen diese Kopien aber auf un­ter­schied­li­chen Hosts im Netzwerk und verfügen über einen Modus, um den Zustand der Daten kon­ti­nu­ier­lich zu über­prü­fen. Stößt dieser Wie­der­her­stel­lungs­me­cha­nis­mus auf be­schä­dig­te oder nicht er­reich­ba­re Daten, werden diese sofort mithilfe einer Kopie repariert. Die Anzahl der Kopien bestimmt der Anwender selbst, wobei jede Kopie immer genauso viel Spei­cher­platz einnimmt wie das Original, was MCM schnell zu einer kost­spie­li­gen An­ge­le­gen­heit machen kann.

Erasure Codes greifen auf Al­go­rith­men zurück, die Daten in Teil­men­gen bzw. Blöcke zerlegen – ganz wie beim Striping-Verfahren, das RAID-Level wie 0 oder 5 aus­zeich­net. Die einzelnen Da­ten­tei­le lassen sich dann bequem auf separate Spei­cher­or­te verteilen. Auch Erasure Codes verfügen über einen Prüf­me­cha­nis­mus, der die Les­bar­keit und Ver­füg­bar­keit der Daten si­cher­stellt. Der zu­sätz­li­che Spei­cher­platz, der für diese RAID-Al­ter­na­ti­ve ein­zu­räu­men ist, liegt bei 33 Prozent, was sie zudem zu einer der kos­ten­güns­tigs­ten Optionen für die Da­tei­si­che­rung macht. Am besten eignen sich Erasure Codes für große Da­ten­sät­ze, da hier die Un­ter­tei­lung in Blöcke besonders effizient ist.

Der Artikel ist kurz darauf ein­ge­gan­gen, dass ein RAID-System niemals als Al­ter­na­ti­ve zu einem Backup zu verstehen ist – und ebenso soll auch das Backup an dieser Stelle nicht als voll­wer­ti­ge Al­ter­na­ti­ve für einen RAID an­ge­prie­sen werden. Backups in der Cloud dienen aus­schließ­lich dem Zweck, Daten an einem separaten Spei­cher­ort zu lagern. Eine Erhöhung der Aus­fall­si­cher­heit oder eine ver­bes­ser­te Lese- und Schreib­ge­schwin­dig­keit sind mit diesem Spei­cher­kon­zept nicht verbunden. Wer al­ler­dings auch keine Hardware-Op­ti­mie­rung anstrebt, findet in einem Cloud-Backup mitunter bereits genau die passende Lösung für die sichere Spei­che­rung der eigenen Daten.