Storage. Backup. Virtualisierung.
RAID-Level und Hot-Spare · Version 1.25 · © Stor IT Back
RAID fasst mehrere HDDs oder SSDs zu einem logischen Speicherverbund zusammen. Je nach RAID-Level stehen Ausfallsicherheit, Performance oder Kapazitätsausnutzung im Vordergrund. Ein kompatibles Hot-Spare-Laufwerk kann nach einem Laufwerksausfall automatisch den Rebuild starten. RAID schützt jedoch nicht vor versehentlichem Löschen, Ransomware oder Standortschäden und ersetzt deshalb kein Backup.
RAID (Redundant Array of Independent Disks) fasst mehrere physische Laufwerke zu einem logischen Speicherverbund zusammen.
Je nach RAID-Level werden Daten gestriped, gespiegelt oder durch verteilte Paritätsinformationen geschützt.
Diese Redundanz-Informationen können die Daten selbst sein (Spiegeln)
oder Paritätsdaten, die aus mehreren Datenblöcken berechnet werden (RAID 3, 4,
5 oder 6).
Wichtig: RAID 0 erhöht Performance und nutzbare Kapazität, besitzt jedoch keine Redundanz.
RAID 1, RAID 5, RAID 6 und RAID 10 kombinieren Kapazität, Leistung und Ausfallschutz auf unterschiedliche Weise.
Neben den RAID-Leveln 0 bis 6 wurden auch Kombinationen entwickelt.
Kombinierte Verfahren werden als Nested RAID bezeichnet. RAID 10 beziehungsweise RAID 1+0 verteilt Daten über gespiegelte Laufwerkspaare.
RAID 50 verteilt Daten über mehrere RAID-5-Gruppen. Mehrere Laufwerksausfälle sind bei RAID 50 nur dann tolerierbar, wenn sie unterschiedliche RAID-5-Gruppen betreffen.
Bezeichnungen wie RAID n stehen je nach Hersteller für flexible oder virtualisierte Redundanzverfahren.
RAID n ist kein einheitlich definierter RAID-Standard; für eine Bewertung ist deshalb immer die konkrete Herstellerdokumentation erforderlich.
RAID 5E und RAID 5EE integrieren reservierte beziehungsweise verteilte Spare-Kapazität in den Verbund.
Ob und wie diese Verfahren unterstützt werden, hängt vom RAID-Controller und dessen Implementierung ab.
Das Betriebssystem greift in der Regel auf ein logisches Volume oder eine LUN zu und nicht unmittelbar auf die einzelnen physischen Laufwerke.
Das eigentliche Ziel von RAID ist es, die Verfügbarkeit aller Daten zu erhöhen.
Ein redundantes RAID kann den Betrieb bei einem Laufwerksausfall fortsetzen.
Ob (nicht bei RAID 0) und mit welcher Performance dies gelingt, hängt vom RAID-Level, Controller, Workload und Zustand des Arrays ab.
Auch die Performance wird durch ein RAID gesteigert. Große oder parallele Lesezugriffe können auf mehrere Laufwerke verteilt werden
und dadurch einen höheren Durchsatz als ein einzelnes Laufwerk erreichen. Der tatsächliche Vorteil hängt jedoch von Zugriffsmuster,
Stripe-Größe, Controller und Cache ab.
Beispiele für RAID-Systeme finden Sie in unseren
Angeboten Storage- und RAID-Systeme.
Allerdings kann ein RAID-Controller keine Daten restaurieren, die von den Benutzern
gelöscht oder durch ein Ereignis wie Diebstahl oder Feuer zerstört wurden. Deshalb
benötigt man immer ein Backup, um das System vor diesen Ereignissen
zu schützen, auch dann, wenn ein RAID-System installiert ist.
Ein Hardware-RAID wird von einem RAID-Controller verwaltet; ein Software-RAID vom Betriebssystem oder Storage-Stack.
Beide Varianten haben eigene Anforderungen an Kompatibilität, Dokumentation und Wiederherstellung.
Egal ob das Hardware-RAID als PCI-Express-Steckkarte in einem
Server, oder als externer RAID-Controller in einem Storage. Nehmen wir einmal an, wir legen ein einfaches RAID 5 mit einem PCI-Express-RAID-Controller von Hersteller A an und
nutzen es einige Zeit. Jetzt fällt der Controller des Herstellers A aus. Es ist ja ein Standard-RAID 5, können wir einfach einen RAID-Controller von Hersteller B nehmen? Für das
Betriebssystem ist ein Treiber verfügbar, das ist kein Problem.
Ein einfaches Nein, in den meisten Fällen ist es nicht möglich, weil jeder Hersteller ein RAID unterschiedlich anlegt. Metadatenformat, Stripe-Größe, Laufwerksreihenfolge
und weitere Parameter können sich zwischen Controllern unterscheiden. Der SNIA-Standard DDF schafft zwar eine Grundlage für Interoperabilität,
garantiert aber keine problemlose Migration zwischen allen Herstellern, Controllerfamilien und Firmwareständen.
Es ist meist noch komplexer: Nicht einmal die unterschiedlichen Typen der Controller eines Herstellers müssen untereinander kompatibel sein, sogar innerhalb von Controller-Familien
und innerhalb von Firmware-Ständen können Unterschiede auftreten.
Beim Austausch sollten die Kompatibilitätsmatrix und die Wiederherstellungsanweisungen des Herstellers maßgeblich sein.
Controller-Modell, Firmwarestand, RAID-Konfiguration und Laufwerksreihenfolge sollten unabhängig vom betroffenen System dokumentiert werden.
Ein Software-RAID vermeidet die Abhängigkeit von einem separaten RAID-Controller, bleibt jedoch an seine jeweilige Implementierung gebunden.
Vor einem Betriebssystem- oder Plattformwechsel sollte geprüft werden, ob der Verbund importiert und zuverlässig wiederhergestellt werden kann.
Was ist beim RAID mit SSDs zu beachten? Verhalten sich SSDs genauso wie drehende Festplatten?
SSDs liefern deutlich geringere Latenzen und höhere IOPS als HDDs. Ein RAID-Controller oder Software-Stack kann zusätzliche Latenz verursachen,
zugleich aber durch Parallelisierung, Caching und Queueing den Durchsatz erhöhen.
Das Ergebnis hängt stark von Controller, RAID-Level, Schreibanteil, Queue-Tiefe und SSD-Typ ab.
RAID 1 liegt die Schreibleistung je nach Implementierung häufig in der Größenordnung eines einzelnen Laufwerks.
Lesezugriffe können teilweise auf beide Spiegel verteilt werden. Pauschal ist RAID 1 deshalb weder grundsätzlich schneller noch grundsätzlich langsamer als eine einzelne SSD.
Ist also ein RAID 1 bei SSDs nicht sinnvoll? Na ja, der zusätzliche Schutz wird erreicht, also soweit sinnvoll beziehungsweise wichtig.
Ein RAID 1 wird meist bei Betriebssystemen eingesetzt, also die Boot-Platten. Da fällt die höhere Latenzzeit nicht so sehr ins Gewicht. Vom Durchsatz wird also ein RAID 1 etwas schlechter als
eine einzelne SSD, aber die Sicherheit steigt deutlich.
RAID 5 und RAID 6 können den Durchsatz durch parallele Laufwerke erhöhen, verursachen bei Schreibzugriffen jedoch zusätzliche Paritätsoperationen.
Feste Leistungsfaktoren sind ohne konkrete Hardware-, Blockgrößen- und Workload-Angaben nicht belastbar. Es kommt also
mal wieder auf den Einsatzzweck an. Aber eines ist wichtig: Auch bei SSDs muss die gewünschte Verfügbarkeit geplant werden.
RAID ist dafür eine mögliche Maßnahme, ersetzt jedoch weder ein Backup noch eine Betrachtung von Endurance, Controllerredundanz und Fehlerdomänen.
Was machen die großen Hersteller in der Praxis, also wie sehen die Storage-Systeme aus? Zum Beispiel nutzt Dell EMC für die Unity die Standard-RAIDs 5, 6 und 10.
Bei XtremIO kommt XDP (XtremIO Data Protection), ein modifiziertes RAID 6 zum Einsatz. Andere Hersteller, wie Fujitsu und IBM setzen mehr auf RAID 5. NetApp nutzt auf den
FAS-Systemen RAID-DP (RAID 6) und RAID-TEC (Triple Erasure Coding). TEC ist eine Funktion von ONTAP 9, die ein drittes Paritätslaufwerk für Sicherheit und Geschwindigkeit
beim Rebuild nutzt. Nimble (aufgekauft von HPE) verwendet Triple-Parity RAID in den Systemen.
Es macht also jeder Hersteller anders, aber auf RAID verzichtet keiner.
Redundante RAID-Level schützen vor dem Ausfall einzelner Laufwerke, nicht vor Datenverlust insgesamt.
Wird eine Datei gelöscht, überschrieben oder durch Ransomware verschlüsselt, übernimmt das RAID diese Änderung im gesamten Verbund.
RAID bewertet sie als regulären Schreibvorgang.
Ein Backup speichert getrennte und versionierte Kopien, aus denen sich frühere Datenstände wiederherstellen lassen.
Es schützt – abhängig vom Konzept – auch bei logischen Fehlern, Malware, Diebstahl, Brand oder Ausfall des gesamten Systems.
RAID erhöht die Verfügbarkeit; Backup ermöglicht die Wiederherstellung. Beide Maßnahmen ergänzen sich und sollten regelmäßig getestet werden.
Ein Hot-Spare-Laufwerk ist ein eingebautes, kompatibles Ersatzlaufwerk, das zunächst nicht zum aktiven Datenbestand des RAID gehört.
Fällt in einem redundanten RAID ein Laufwerk aus, kann der Controller das Hot Spare automatisch übernehmen und den Rebuild starten.
Die Daten werden je nach RAID-Level aus einer Spiegelkopie oder aus Paritätsinformationen rekonstruiert.
Ein Hot-Spare-Laufwerk kann also nur für eine Festplatte oder SSD aus einem RAID einspringen, wenn die Daten noch rekonstruiert werden können.
Ist bei einem RAID 5 aber schon eine Festplatte ausgefallen, so kann für eine weitere Platte die Hot-Spare nicht einspringen. Aber warum ist die Hot-Spare nicht
schon beim ersten Ausfall eingesprungen? Im ersten Moment total unlogisch, aber wenn man genauer darüber nachdenkt, so könnte es ja sein,
dass die erste Hot-Spare noch nicht vollständig eingesprungen ist und es fällt eine zweite Platte aus dem gleichen RAID aus. Jetzt können die Daten nicht mehr
rekonstruiert werden (bei RAID 5 darf ja nur eine Platte oder SSD ausfallen). In diesem Beispiel ist es aber viel schlimmer: Die Daten sind jetzt nicht
mehr verfügbar, in diesem Fall, wenn keine funktionsfähige Datensicherung vorhanden ist, also der vollständige Datenverlust. Da helfen also auch nicht 2 oder mehr Hot-Spare-Platten.
Was hilft aber in diesem Fall? Wann tritt dieser Fall auf? Je größer eine Festplatte ist, desto länger dauert es, bis ein Hot-Spare-Laufwerk komplett eingesprungen ist.
Bei großen NL-SAS-Platten und RAID-Systemen unter großer Last kann es schon mal viele Stunden dauern, bis ein Hot-Spare-Laufwerk komplett eingesprungen ist. In dieser
Zeit darf dann bei RAID 5 keine weitere Platte ausfallen. Eine einfache Lösung ist da das RAID 6, dort dürfen zwei Festplatten ausfallen. Also eine deutlich
geringere Wahrscheinlichkeit von Datenverlust.
Mit zunehmender Laufwerksgröße und Rebuild-Dauer können RAID 6, RAID 7, kleinere RAID-Gruppen oder herstellerspezifische Triple-Parity-Verfahren sinnvoll sein.
Die Wahl hängt vom Workload und der unterstützten Storage-Architektur ab..
Kann jede Festplatte als Hot-Spare genutzt werden? Ein Hot Spare muss die vom System geforderten Kapazitäts-, Schnittstellen-, Sektorformat- und Leistungsvorgaben erfüllen.
Ob exakt dasselbe Laufwerksmodell notwendig ist, hängt vom Hersteller und Controller ab.
In gemischten Systemen sind häufig getrennte Spares für SSDs, SAS- und Nearline-SAS-Laufwerke sinnvoll.
Die meisten Hersteller schreiben aber exakt die gleiche Festplatte als Hot-Spare vor. Ist das RAID-Storage also
mit SSD, SAS und NL-SAS-Platten bestückt, so müssen auch für jeden Typ die passenden Hot-Spare-Platten bzw. SSDs vorhanden sein.
Warum nicht einfach die größte Festplatte als universelle Hot-Spare? Nehmen wir einmal an, eine SSD fällt aus. Jetzt akzeptiert der RAID-Controller die große NL-SAS als
Ersatz für die SSD (was nicht immer der Fall ist). Damit ist die Performance für das SSD-RAID am Boden. Während des Rebuild ist die NL-SAS ja sowieso schon
unter Hochlast, kann also die eigentlichen Nutzdaten kaum noch verarbeiten. Aber auch hinterher ist die NL-SAS-Platte immer die Bremse in dem RAID, weil sich
alles nach der langsamsten Platte richtet. Also keine gute Idee, auch wenn einige Controller das akzeptieren würden.
Ein Global Hot Spare kann mehreren passenden RAID-Gruppen dienen. Ein Dedicated Hot Spare ist einer bestimmten Gruppe zugeordnet;
ein Enclosure Spare ist auf ein Gehäuse beschränkt. Die Bezeichnungen und das genaue Verhalten sind herstellerabhängig.
Monitoring bleibt unverzichtbar, weil auch ein automatisch gestarteter Rebuild überwacht werden muss.
Ein RAID kann aus vollständigen Laufwerken oder – je nach Storage-System – aus Bereichen eines Speicherpools aufgebaut werden.
Acht gleich große Laufwerke mit jeweils 1 TB ergeben bei RAID 5 theoretisch rund 7 TB nutzbare Bruttokapazität.
Dateisystem, Metadaten und die Umrechnung zwischen TB und TiB reduzieren den später angezeigten Wert.
Moderne Storage-Systeme fassen Laufwerke häufig zu Disk-Gruppen oder Pools zusammen
und stellen daraus logische Volumes beziehungsweise LUNs bereit. Manche Systeme erlauben unterschiedliche
Schutzklassen innerhalb eines Pools, andere binden ein RAID-Level fest an eine Disk-Gruppe.
Die geeignete Variante hängt von Workload, Ausfallsicherheitsziel, Kapazität und Herstellerarchitektur ab.
Je nachdem was Sie benötigen,
wählen wir das passende System für Sie aus.
RAIN steht üblicherweise für „Reliable Array of Independent Nodes“ beziehungsweise „Redundant Array of Independent Nodes“.
Gemeint ist eine verteilte Architektur, in der Daten oder Dienste über mehrere unabhängige Knoten repliziert oder durch Erasure Coding geschützt werden.
Es ist also ähnlich zu RAID, allerdings auf Nodes bezogen und nicht für Festplatten.
Aber was bedeutet dies für die Praxis? RAIN ist kein fest definierter RAID-Level. Bezeichnungen wie „RAIN 1“ sollten deshalb nur verwendet werden,
wenn die konkrete Implementierung erläutert wird. Verteilte Storage-Cluster können Daten über mehrere Hosts oder Fehlerdomänen spiegeln oder durch Erasure Coding schützen.
Ein RAIN 1 wird zum Beispiel beim vSAN von VMware eingesetzt.
Der Begriff RAID wurde 1988 durch die Berkeley-Veröffentlichung „A Case for Redundant Arrays of Inexpensive Disks (RAID)“ bekannt.
Die Grundidee war, mehrere vergleichsweise günstige Laufwerke zu einem logischen Verbund zusammenzufassen und damit Kapazität,
Leistung und – bei redundanten RAID-Leveln – Verfügbarkeit zu verbessern.
Ursprünglich stand das „I“ für „Inexpensive“; heute wird meist „Independent“ verwendet.
Fällt in einem redundanten RAID ein Laufwerk aus, bleiben die Daten je nach RAID-Level über Spiegel- oder Paritätsinformationen verfügbar.
Ein passend konfiguriertes Hot-Spare-Laufwerk kann den Rebuild automatisch starten.
RAID 0 besitzt keine Redundanz und kann deshalb nicht aus einem Hot Spare rekonstruiert werden.
Sie planen ein RAID- oder Storage-System und benötigen Unterstützung bei RAID-Level, Hot-Spare-Strategie, Rebuild-Zeiten oder Backup-Abgrenzung? Nutzen Sie unser Kontaktformular. Wir beraten herstellerunabhängig und passend zu Workload, Kapazität und Verfügbarkeitsziel.
RAID kombiniert mehrere HDDs oder SSDs zu einem logischen Speicherverbund. Je nach RAID-Level verbessert es Ausfallsicherheit, Performance oder Kapazitätsausnutzung. Redundante RAID-Level können den Betrieb nach dem Ausfall einzelner Laufwerke fortsetzen; RAID 0 bietet dagegen keine Ausfallsicherheit. RAID schützt nicht vor versehentlichem Löschen, Ransomware oder dem Ausfall des gesamten Standorts.
Nein. RAID übernimmt Löschungen, Überschreibungen und verschlüsselte Daten als normale Schreibvorgänge im gesamten Verbund. Ein Backup hält getrennte und versionierte Kopien bereit, aus denen frühere Datenstände wiederhergestellt werden können. RAID dient der Verfügbarkeit, Backup der Wiederherstellung.
Ein Hot-Spare-Laufwerk ist ein eingebautes, kompatibles Ersatzlaufwerk, das zunächst nicht zum aktiven Datenbestand des RAID gehört. Fällt in einem redundanten RAID ein Laufwerk aus, kann der Controller das Hot Spare automatisch übernehmen und den Rebuild starten. Die Daten werden je nach RAID-Level aus einer Spiegelkopie oder aus Paritätsinformationen rekonstruiert.
Häufig eingesetzt werden RAID 1, RAID 5, RAID 6 und RAID 10. RAID 1 eignet sich für einfache Spiegelungen. RAID 5 bietet eine gute Kapazitätsausnutzung und toleriert einen Laufwerksausfall. RAID 6 toleriert zwei Laufwerksausfälle. RAID 10 kombiniert hohe Performance mit vergleichsweise schnellen Rebuilds, benötigt bei einer üblichen Zweifachspiegelung jedoch rund 50 Prozent der Rohkapazität für die Redundanz. Die passende Wahl hängt von Workload, Laufwerksgröße, RPO, RTO und Herstellerfreigabe ab.
Beim Rebuild stellt das RAID die fehlenden Daten auf einem Ersatz- oder Hot-Spare-Laufwerk wieder her. Währenddessen können Performance und Latenz schlechter sein, und die verbleibende Fehlertoleranz ist reduziert. Die Dauer hängt unter anderem von Kapazität, Laufwerkstyp, Controller, Systemlast und Rebuild-Priorität ab. Monitoring und eine passende Rebuild-Konfiguration sind deshalb wichtig.
Ein Hot-Spare-Laufwerk kann den Rebuild automatisch starten und spart damit Reaktionszeit – besonders nachts, am Wochenende oder an Außenstandorten. Wenig Nutzen bringt es, wenn der Rebuild selbst sehr lange dauert oder der gewählte RAID-Level für das Ausfallrisiko zu wenig Reserve bietet. Ein Hot Spare ersetzt weder Monitoring noch ein Backup.
Ein Global Hot Spare kann mehreren kompatiblen RAID-Gruppen dienen. Ein Dedicated Hot Spare ist fest einer bestimmten RAID-Gruppe zugeordnet. Manche Hersteller kennen zusätzlich Enclosure Spares für ein bestimmtes Gehäuse. Entscheidend sind Kompatibilität, Kapazität, Leistungsklasse und Fehlerdomänen; die genaue Funktionsweise ist herstellerabhängig.
RAID 10 bietet häufig hohe IOPS und stabile Latenzen, weil es ohne Paritätsberechnung arbeitet. RAID 5 und RAID 6 benötigen bei Schreibzugriffen zusätzliche Paritätsoperationen. Wie groß der Unterschied ausfällt, hängt von Controller, Cache, SSD oder HDD, Blockgröße, Queue-Tiefe und Schreibanteil ab. Für Datenbanken und Virtualisierung sollten reale Workloads oder belastbare Herstellerwerte zugrunde gelegt werden.
Mit wachsender Laufwerkskapazität kann ein Rebuild länger dauern. Dadurch bleibt das Array länger in einem degradierten Zustand. Bei großen RAID-Gruppen können RAID 6, RAID 10, kleinere Gruppen oder herstellerspezifische Triple-Parity-Verfahren sinnvoll sein. Maßgeblich sind Workload, Fehlertoleranz, Rebuild-Ziel und die Vorgaben des Storage-Herstellers.
Typische Fehler sind ein fehlendes oder ungeprüftes Backup, unzureichendes Monitoring, inkompatible Hot-Spare-Laufwerke, nicht dokumentierte Controller- und Firmwarestände sowie zu große oder falsch dimensionierte RAID-Gruppen. RAID-Konfiguration, Laufwerksreihenfolge, Spare-Strategie, Alarmwege und Wiederherstellungsabläufe sollten dokumentiert und regelmäßig getestet werden.
Empfohlen sind kontinuierliches Monitoring mit klaren Alarmwegen, eine dokumentierte und kompatible Spare-Strategie, regelmäßige Health-Checks, kontrollierte Firmware-Updates nach Herstellerfreigabe sowie ein getrenntes Backup mit wiederkehrenden Restore-Tests. RAID erhöht die Verfügbarkeit; nur ein getestetes Backup stellt Daten nach logischen Fehlern oder Totalausfällen wieder her.
