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Informationen zu gängigen RAID Systemen

PRESSEARTIKEL Expertendatenbank                                                                               

Was Sie schon immer mal über RAID wissen wollten

– Von 0 bis … 10 – RAID Systeme im Fokus

Flexibel und skalierbar sollen Speichersysteme sein, so ist es nur logisch, dass RAID Systeme und NAS Speicher  immer beliebter werden. Beginnen wir also mit einer Bestandsaufnahme:

Redundant Array of Independent Disks“, d.h.  „Redundante Anordnung unabhängiger Festplatten. =Technik zum Zusammenfassen mehrerer Festplatten

In der Regel erreicht man dadurch eine Steigerung der Geschwindigkeit bei Schreib-/Lesezugriffen oder die Verbesserung der Datensicherheit. Das hauptsächliche Ziel beim Einsatz eines RAIDs ist es, die Datenverfügbarkeit zu verbessern. Dabei geht es zumeist darum, sich vor dem physikalischen Ausfall der Festplatte zu schützen. Das erreicht man, indem man die Daten redundant auf mehreren Festplatten speichert, die zu einem logischen Laufwerk zusammengefasst sind. Ein RAID-Level oder Redundanz-Level drückt aus, wie viele Festplatten ausfallen dürfen, bis das ganze RAID defekt ist. (Quelle: Wikipedia)

Allgemeine Information zum RAID/NAS:

Redundant= ausfallsicher, doppelt
Array= Zusammenlegung
Independent= unabhängig
Disks= Festplatten

Statt einer einzelnen Festplatte betreiben wir also mehrere gleichartige Disks in einem Verbund. Je nach Auslegung des Systems kann man damit die Datensicherheit erhöhen, weil unter Umständen identische Dateien auf verschiedene Festplatten verteilt werden. Neben dem Aspekt des besseren Schutzes vor einem Datenverlust bringt dies aber vor allem Geschwindigkeitsvorteile beim Zugriff auf Daten, weswegen RAID auch in erster Linie für schnelle Netzwerke interessant ist. Man spricht in diesem Zusammenhang auch gerne von NAS, also einem Network Attached Storage (Netzwerkspeicher), auf den alle Computer im angebundenen Netzwerk zugreifen können. Network Attached Storage (NAS für netzgebundener Speicher) bezeichnet einfach zu verwaltende Dateiserver. Allgemein wird NAS eingesetzt, um ohne hohen Aufwand unabhängige Speicherkapazität in einem Rechnernetz bereitzustellen.

Zu BEACHTEN: Nicht jeder NAS ist auch automatisch ein RAID-System.

PRAXIS

RAID Systeme werden mit steigender Tendenz in den Unternehmen eingesetzt. Die Gründe dafür sind:

  • Stark wachsende Datenmengen brauchen flexible Erweiterungsmöglichkeit
  • Sie sorgen für Dateisynchronisierung und sind Schnittstelle zwischen verschiedenen Mitarbeitern, Abteilungen oder Zweigstellen
  • Sie kombinieren Geräte mit Cloud-Services anderer Anbieter, das ist u.a. wichtig für Hybrid Cloud-Lösungen
  • Erlauben den Zugriff mehrerer User sowie Fernzugriff
  • Erhöhung der Ausfallsicherheit (Redundanz)
  • Steigerung der Datenübertragungsrate (Leistung)
  • Aufbau großer logischer Laufwerke
  • Vergrößern des Speichers (auch während des Betriebs)
  • Sie kombinieren Geräte mit den Cloud-Services anderer Anbieter, vor allem  für Hybrid Cloud-Lösungen ist das relevant
  • Preislich sind die Systeme erschwingbar

Faktencheck: 

Der größte Markt für NAS-Systeme ist derzeit das von einem starken Mittelstand geprägte Europa, gefolgt von Nordamerika und Asien. Wir reden hier von 25 Prozent Anteil aller Speichermedien

Marktanteil/Umsatzwachstum: Der aktuelle »Worldwide Consumer Network Storage Market« Überblick von In-Stat war schon  2015 von einem Umsatzwachstum um über 30 Prozent ausgegangen. Bis 2017 sollen weltweit mehr als sieben Milliarden Dollar mit NAS-Lösungen umgesetzt werden.

Der Umsatz an NAS-Systemen ist in den letzten drei Jahren jeweils im zweistelligen Prozentbereich gewachsen.

Was steckt hinter dem Wachstum? Zuallererst sind es die zahlreichen Vorteile, die Unternehmen dazu bewegen, RAID Systeme einzusetzen.

Dazu zählen:

  • Steigerung der Datenübertragungsrate (Leistung)
  • Erhöhung der Ausfallsicherheit (Redundanz)
  • Aufbau großer logischer Laufwerke
  • Vergrößern des Speichers
  • Kostenreduktion durch Einsatz mehrerer kleiner, preiswerter Medien

 Im Vergleich: die verschiedenen RAID Varianten:

Es gibt mehrere Raid Varianten. Jede von ihnen nutzt die typischen Verfahren des Mirroring (Spiegeln) oder/und des Striping (in Streifen ziehen). Die Daten werden mit Hilfe eines Controllers den Festplatten zugeordnet. Dieser wendet einen bestimmten Algorithmus an, der bestimmt, welche Daten auf welcher Festplatte an welchem Ort geschrieben werden.

VERFAHREN und RAID Level im Überblick

Die bekanntesten Raid- Verfahren sind Raid 0 und Raid 1.

RAID 0

Raid 0 nutzt die Technik des Striping. Das heißt, dass die Daten der Reihe nach auseinandergezogen werden und nacheinander auf unterschiedlichen Festplatten gespeichert werden. Ein Controller hat diesen Algorithmus gespeichert und sorgt dafür, dass die Daten in der richtigen Reihenfolge auf die jeweiligen Festplatten gespeichert werden.

RAID O

Foto: http://searchstorage.techtarget.com/

Somit existiert keine Redundanz der Daten. ?!  Nun, das widerspricht der eigentlichen Definition eines RAIDs. Somit existiert auch keine Fehlertoleranz. Sprich, wenn eine Festplatte defekt ist, dann können die Daten nicht mehr vollständig aufgerufen werden und sind verloren.  Lediglich eine professionelle Datenrettung kann die Daten wiederherstellen.

Empfehlung: Raid 0 ist nicht geeignet für datenkritische Situationen. Auf Servern eingesetzt, die für Betriebssysteme, Datenbanken, Transaktionsprotokolle benötigt werden, käme man damit schnell in unangenehme Situationen. RAID 0 ist ggf. einsetzbar auf schnellen Workstations, die schnelle Platten benötigen, auf denen aber keine ungesicherten Daten verweilen.

RAID 1

Raid 1 nutzt Mirroring. Es werden mindestens zwei Festplatten genutzt. Falls mehr als zwei Festplatten genutzt werden, muss die Anzahl stets in gerader Zahl sein, dabei werden die Dateien des ersten Stacks dupliziert und simultan zur ersten Disk auf die zweite Disk gespeichert.

RAID 1

Foto: http://searchstorage.techtarget.com/

Das hat den Vorteil: Wenn eine Festplatte defekt ist, sind die Daten immer noch auf der zweiten Festplatte vorhanden und können abgerufen werden.
Nachteil: Die Schreib- und Lesezugriffe werden nur in der normalen Geschwindigkeit, also wie bei der Nutzung einer einzigen Festplatte, durchgeführt.

Empfehlung: Verwenden Sie Raid 1 für Festplatten, auf der sich das Betriebssystem befindet, da es sehr langwierig ist, dieses System erneut aufzusetzen. Raid 1 ist auch deswegen eine gute Wahl, weil das Betriebssystem in der Regel auf einer Festplatte gespeichert werden kann.
Verwenden Sie Raid 1 für das Transaktionsprotokoll. In der Regel kann das SQL Server Transaktionsprotokoll auf einer Festplatte gespeichert werden. Außerdem führt das Transaktionsprotokoll die meisten sequenziellen Schreibvorgänge durch. Nur Rollback-Operationen verursachen Lesevorgänge im Transaktionsprotokoll. Es wird also ein hohe Leistung erzielt, wenn sich das Transaktionsprotokoll auf einem eigenen Raid 1 Datenträger befindet. 

RAID 5

Ein Raid 5 benötigt mindestens 3 Disks.

Die Daten werden auf  zwei Festplatten gestriped. Auf der dritten Festplatte befinden sich die Paritätsdaten, die aus dem XOR Verfahren der bestehenden Daten ermittelt werden. Die Zuordnung von  Original- und der Paritätsdaten auf die jeweiligen Festplatten erfolgt abwechselnd.

RAID 5

Foto: http://searchstorage.techtarget.com/

Vorteil:
Bei Verlust eines Datenträgers können die Daten stets mit dem XOR Verfahren wiederhergestellt werden.

Ein weiterer Vorteil von Raid 5 besteht darin, dass der in diesem Raid-Level zur Verfügung stehende Speicherplatz n-1 entspricht, wobei n die Anzahl der Festplatten im Array ist. Auf diese Weise kann aus 10 Festplatten über den Speicherplatz von 9 verfügt werden.

Nachteil:
Mit Raid 5 sind Leistungseinbußen verbunden. Für das Verwalten der Paritätsdaten ist eine zusätzliche Belastung erforderlich. Beim Schreiben von Daten in ein Raid5 müssen sowohl die Stripes der Zielfestplatte als auch die Paritätsstripes gelesen, die Parität berechnet und dann beide Stripes ausgeschrieben werden.

Empfehlung: . Für alle Datenträger, auf denen zu mehr als 10 Prozent Schreibvorgänge durchgeführt werden, ist Raid 5 nicht empfehlenswert, da ein Raid 5 Schreibvorgang erst abgeschlossen ist, wenn zwei Lese- und zwei Schreibvorgänge durchgeführt wurden. Die Antwortzeit der Schreibvorgänge kann durch das Verwenden von Schreibcaches verbessert werden. Der Schreibcache stellt jedoch keine Lösung für Überbelastung der Festplatten dar. Die Vorgänge und Operationen müssen innerhalb der Kapazität der Festplatten liegen.
Fazit: Raid 5 ist zwar in wirtschaftlicher Hinsicht sinnvoll, geht aber zu Lasten der Leistung. 

RAID 10

Das Raid 10 ist eine Kombination aus RAID1 und RAID0. Die Daten werden gemonitored und gestriped. Dies vereint die Vorteile von Raid 0 und Raid 1. Für dieses Verfahren sind mindestens 4 Festplatten erforderlich.

RAID 10

Foto: http://searchstorage.techtarget.com/

Es gibt zwei verschiedene Optionen, abhängig von der Reihenfolge  geht es um Mirroring oder Striping. Beide haben die gleiche Speicher-Kapazität, doch die Sicherheit der Daten ist bei 1+0 besser (d.h. in der Praxis –  erst Mirroring und dann Striping).

Der Vorteil des Raid 10 besteht darin, dass wenn zwei Festplatten ausfallen, die Daten gerettet werden können. Zudem ist es skalierbar und entsprechend der Datenmenge anpassbar.

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Bei der Auswahl des richtigen Systems sind  die Kategorien höchster Schutz, beste Performance und die Kostenbetrachtung relevant.

>>>>Es gibt zahlreiche weitere Raid Level, nicht alle sind standardisiert. Siehe auch weiterführende Infolinks

Sicherheitsfaktor RAID

Nimmt mit dem steigenden  Einsatz von RAID und NAS Systemen (Network Attached Storage) auch die Sicherheit zu? Dass unter anderem eine private Cloud immer auch die entsprechende Hardware betrifft, bemerken viele Anwender ja erst dann, wenn es zum Verlust oder Sperrung der Daten gekommen ist. Ein RAID System wird von vielen immer noch als absolut sicheres Backup betrachtet, bei dem jede Änderung der Originaldaten Daten automatisch auf die Sicherungskopie übertragen wird.

Vorsicht sagt Stellar Datenrettung!

Durch ein RAID wird “nur” die Verfügbarkeit der Daten erhöht, aber nicht die Sicherheit der Daten. Siehe RAID Datenrettung.

Betrachtet man das Vorgehen eines RAIDs genauer, stellt man fest, dass hier nicht nur einfach Daten kopiert werden. Vielmehr führt ein RAID jede Änderung an Daten auf jeder beteiligten Festplatte aus. Dies gilt für das Verschieben, Kopieren oder  Umbenennen von Dateien genauso  wie für das Löschen von Daten. Werden also auf einem RAID Laufwerk versehentlich Daten gelöscht, werden die Daten automatisch auch auf allen anderen RAID Laufwerken gelöscht. Fazit: Trotz RAID wären die Daten in diesem Fall verloren.

Ein RAID System kann als Backup betrachtet werden, bei dem jede Änderung der Originaldaten Daten automatisch auf die Sicherungskopie übertragen wird. Werden die Originaldaten beschädigt wird somit automatisch auch die Sicherung beschädigt. Dies ist natürlich nicht der Sinn eines Backups. Da die Daten auf verschiedenen Festplatten verteilt  sind und verschiedene Ablage-Algorithmen haben, ist es in der Regel schwierig, die Daten zu retten und dabei die innere Beschaffenheit jeder Datei und jedes Ordners zu bewahren.

Informationen zu Software RAID Systemen folgen in einem separaten Beitrag.

In der Stellar Expertendatenbank finden Sie im Fall R&D 1 und RAID R&D 2 (Forschung und Entwicklung) interessante Praxisbeispiele.

Hintergrund Technologie: Stellar Datenrettung ist das weltweit einzige ISO-zertifizierte Unternehmen, das zum einen professionelle Datenrettungsservices in eigenen Reinraumlaboren und zum anderen eigene Recovery-Softwares anbietet. Für viele Spezialbereiche gibt es eigene Laboreinheiten, so gibt es auch für die RAID Services eine eigene Expertenunit. Diese kann mit allen typischen RAID-Fehlern umgehen, d.h. mit logischen, Firmware- und elektronischen Fehlern – auch mit mechanischen; dabei hat das Team verschiedene erfolgreiche Tools und Techniken zur RAID-Datenrettung entwickelt.

Informationen zu Software RAID Systemen folgen in einem seperaten Beitrag.

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