RAID-Systeme — Hardware-Architekturen, Vorteile, Auswahl

Was RAID-Systeme leisten, welche Bauformen es gibt und wann ein dedizierter Controller sinnvoll ist

Konzept · Vorteile · PC-basierende Disk-Arrays · Plattformunabhängige Disk-Arrays · Hardware-Auswahl

Inhalt dieser Seite

» Was sind RAID-Systeme?
» Geschichte & Begriff

» Vorteile im Überblick
» PC-basierende Disk-Arrays

» Plattformunabhängige Disk-Arrays
» RAID ≠ Backup
» Beratung & Shop

Was sind RAID-Systeme?

Ein RAID-System (ursprünglich redundant array of inexpensive disks, heute redundant array of independent disks) dient zur Organisation mehrerer physischer Festplatten eines Computers zu einem logischen Laufwerk, das eine höhere Datensicherheit bei Ausfall einzelner Festplatten und/oder einen größeren Datendurchsatz erlaubt als eine physische Festplatte.

Während die meisten in Computern verwendeten Techniken und Anwendungen darauf abzielen, Redundanzen (das Vorkommen doppelter Daten) zu vermeiden, werden bei RAID-Systemen redundante Informationen gezielt erzeugt — damit beim Ausfall einzelner Komponenten das RAID als Ganzes seine Funktionalität behält.

RAID-Festplatte — einzelner Datenträger im RAID-Verbund

Geschichte und Bedeutung des Begriffs

Der Begriff wurde von Patterson, Gibson und Katz an der University of California, Berkeley in ihrer Arbeit „A Case for Redundant Array of Inexpensive Disks (RAID)“ zum ersten Mal verwendet (frei übersetzt: Redundanter Verbund kostenungünstiger Festplatten). Darin wurde die Möglichkeit untersucht, kostengünstige Festplatten im Verbund als logisches Laufwerk zu betreiben, um die Kosten für eine große (zum damaligen Zeitpunkt teure) Festplatte einzusparen. Dem gestiegenen Ausfallrisiko im Verbund sollte durch die Speicherung redundanter Daten begegnet werden, die einzelnen Anordnungen wurden als RAID-Level diskutiert.

Die weitere Entwicklung des RAID-Konzepts führte zunehmend zum Einsatz in Serveranwendungen, die den erhöhten Datendurchsatz und die Ausfallsicherheit nutzen — der Aspekt der Kostenersparnis wurde dabei aufgegeben. Die Möglichkeit, in einem solchen System einzelne Festplatten im laufenden Betrieb zu wechseln, entspricht der heute gebräuchlichen Übersetzung: Redundant Array of Independent Disks (Redundante Anordnung unabhängiger Festplatten).

Der Betrieb eines RAID-Systems setzt mindestens zwei Festplatten voraus. Die Festplatten werden gemeinsam betrieben und bilden einen Verbund, der unter mindestens einem Aspekt betrachtet leistungsfähiger ist als die einzelnen Festplatten.

Vorteile von RAID-Systemen im Überblick

Mit einem RAID-System lassen sich mehrere Ziele zugleich erreichen:

Erhöhung der Ausfallsicherheit Redundante Datenhaltung ermöglicht den Weiterbetrieb auch bei Ausfall einzelner Disks — je nach RAID-Level können eine oder mehrere Festplatten gleichzeitig ausfallen.	Steigerung der Transferraten Paralleler Zugriff auf mehrere Disks erhöht den Datendurchsatz deutlich — besonders bei sequentiellen Lasten und genügend Nebenläufigkeit.
Aufbau großer logischer Laufwerke Mehrere physische Disks erscheinen dem Betriebssystem als ein einziges, deutlich größeres Volume.	Hot-Swap im laufenden Betrieb Austausch von Festplatten und Erweiterung der Speicherkapazität während des Systembetriebes — ohne Server-Shutdown, über Wechselrahmen.
Kostenreduktion durch Skalierung Einsatz mehrerer preiswerter Festplatten statt einer teuren Enterprise-Disk — bei vergleichbarer oder besserer Gesamtleistung.	Hohe Systemleistungsfähigkeit Kombiniert IO-Performance, Kapazität und Redundanz auf einer Stufe — die Grundvoraussetzung für jeden produktiven Server.

Die genaue Art des Zusammenwirkens der Festplatten wird durch den RAID-Level spezifiziert. Die gebräuchlichsten Level sind RAID 0, RAID 1, RAID 5 und RAID 10 — ausführlich erklärt im Beitrag RAID-Level und ihre Bedeutung. Aus Sicht des Benutzers oder eines Anwendungsprogramms unterscheidet sich ein logisches RAID-Laufwerk nicht von einer einzelnen Festplatte.

PC-basierende Disk-Arrays

DEDIZIERTER CONTROLLER SERVER-INTEGRIERT

Diese betriebssystemabhängigen RAID-Systeme benötigen einen externen RAID-Controller, der in den vorhandenen Server installiert wird. Die Leistungsfähigkeit des Arrays wird ausschließlich von dem eingesetzten Controller und den ausgewählten Festplatten bestimmt.

Hochwertige RAID-Controller haben einen namhaften Prozessor mit mindestens 8 MB Cache on Board, sind mit Echtzeit-I/O-Analyse mit einstellbaren Cache-Parametern und Flash-ROM für einfache Firmware-Upgrades ausgestattet. Schaltkreise auf dem Board überwachen die Temperatur und Spannung im RAID-Gehäuse, was mittels Softwarelösungen dem System-Operator angezeigt wird. Für aktuelle Setups sind SSD-SATA, SAS-SSDs und NVMe-PCIe-Disks Standard — moderne Tri-Mode-Controller unterstützen alle drei Bus-Typen parallel.

Plattformunabhängige Disk-Arrays

EXTERNES ARRAY PROFESSIONELLE LEISTUNG

RAID-Systeme mit SCSI-zu-SCSI-Anbindung (heute zunehmend SAS-zu-SAS oder Fibre-Channel) sind professionelle Lösungen für mittelgroße Netzwerkumgebungen. Das Array wird an den schon installierten Host-Adapter des Servers angeschlossen. Der im Array befindliche RAID-Controller übernimmt die kompletten RAID-Funktionen — das System wird unabhängig vom Betriebssystem des angeschlossenen Servers konfiguriert und betrieben.

Je nach Hersteller und Modell variieren Einsatzmöglichkeiten und Leistungsmerkmale. Aktuelle Systeme erreichen weitaus höhere Datentransferraten als das frühere SCSI-Limit von 20 MB/s pro Kanal — moderne SAS-12G-Verbünde liefern Multi-GB/s pro Pfad, NVMe-oF-Setups gehen in den 10-GB-Bereich. Die auf dem Controller integrierten Schaltkreise überwachen und melden Temperatur-Schwankungen und den Ausfall von Festplatten. Diese Daten werden optisch und protokolliert an den System-Operator gemeldet.

Klassische externe Bauformen sind Direct-Attached-Storage (DAS, einzelner Server), SAN (Storage Area Network, mehrere Server über Fibre Channel oder iSCSI) sowie NAS (Network-Attached Storage, Datei-Ebene über Ethernet). Plus die Spezialklasse der dedizierten Storage-Server für Backup- und Archiv-Aufgaben.

Brauche ich noch eine Datensicherung, wenn ich ein RAID besitze?

Ja, unbedingt. Obwohl ein RAID Ihnen erhöhte Sicherheit bietet, bedeutet das nicht, dass Sie auf eine Sicherung auf Tape verzichten sollten, und es macht weder Bandlaufwerke noch Tape-Libraries überflüssig.

Denn ein RAID ist keine Datensicherung. Ein RAID bietet mehr Datensicherheit als eine einzelne Festplatte, jedoch können Viren, Ransomware oder Bedienfehler die Daten schneller zerstören, als einem lieb ist — und werden vom RAID dabei konsequent mitgespiegelt. Eine versehentlich gelöschte Datei oder eine kompromittierte Datenbank ist auf allen RAID-Disks gleichzeitig weg.

Sinnvoll ist deshalb eine Kombination aus RAID (für Verfügbarkeit gegen Hardware-Defekt) und einem mehrstufigen Backup nach 3-2-1-Regel. Lesen Sie hierzu unsere ausführliche Artikelserie:

Welche RAID-Level gibt es?

Die Auswahl an RAID-Leveln reicht von einfachem Striping ohne Redundanz (RAID 0) über Mirroring (RAID 1), Paritäts-Verfahren (RAID 5/6) bis zu kombinierten Verbünden (RAID 10, 50, 60). Jedes Level löst einen anderen Kompromiss zwischen Performance, Nutzkapazität und Ausfallsicherheit. Eine vollständige Erklärung aller 14 RAID-Level inklusive Vergleichstabelle und konkreten Anwendungsempfehlungen finden Sie im separaten Beitrag:

» RAID-Level und ihre Bedeutung — Von RAID 0 über RAID 1, 5 und 6 bis zum Verbund

Beratung zu RAID-Systemen und Storage-Hardware

Sie planen einen neuen Server mit RAID-Verbund, eine Erweiterung um ein externes DAS/SAN oder die Aufrüstung eines bestehenden Systems? Wir helfen Ihnen bei der Auswahl von RAID-Controllern, Festplatten und SSDs sowie Wechselrahmen und Gehäusen — abgestimmt auf Ihre Performance- und Verfügbarkeitsanforderungen.

Telefon: +49 (0)7666 / 88499-0 · E-Mail: vertrieb@industry-electronics.de

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