RAID (Redundant Array of Independent Disks)

Tobo · ‎11.03.2025

RAID (Redundant Array of Independent Disks)

Definition

Ein RAID-System (redundante Anordnung unabhängiger Festplatten) dient zur Organisation mehrerer physischer Massenspeicher (üblicherweise Festplattenlaufwerke oder Solid-State-Drives) zu einem logischen Laufwerk. Die Ziele sind, entweder eine höhere Ausfallsicherheit oder einen größeren Datendurchsatz gegenüber einem einzelnen physischen Speichermedium zu erhalten.

Die am häufigsten verwendeten RAID-Level sind:

RAID 0: Striping - Beschleunigung ohne Redundanz

RAID 0 bietet gesteigerte Transferraten, indem die beteiligten Festplatten in zusammenhängende Blöcke gleicher Größe aufgeteilt werden (englisch striping). Dazu sind mindestens zwei Massenspeicher notwendig. Die Datendurchsatzsteigerung beruht darauf, dass die notwendigen Festplattenzugriffe in höherem Maße parallel abgewickelt werden können.

Vorteil: Durch paralleles Schreiben und Lesen kann die Datenverarbeitung deutlich erhöht werden.

Nachteil: Fällt eines der Speichermedien durch einen Defekt aus, sind auch die Daten des anderen nicht mehr verwendbar, da die Teilinformationen des defekten Mediums fehlen.

RAID 0 ist daher nur in Anwendungen zu empfehlen, bei denen Ausfallsicherheit kaum von Bedeutung ist.

RAID 1: Mirroring – Spiegelung

RAID 1 ist ein Verbund von üblicherweise zwei Massenspeichern. Ein RAID 1 speichert auf allen Festplatten die gleichen Daten (Spiegelung) und bietet somit volle Redundanz. Die gesamte Kapazität des Arrays ist hierbei allerdings höchstens so groß, wie die kleinste beteiligte Festplatte.

Vorteil: Fällt einer der gespiegelten Massenspeicher aus, kann der andere weiterhin alle Daten liefern.

Nachteil: Durch die Spiegelung wird die tatsächliche Speicherkapazität verringert.

RAID 5: Leistung + Parität, Block-Level Striping mit verteilter Paritätsinformation

RAID 5 implementiert Striping mit auf Block-Level-verteilten Paritätsinformationen. Zur Berechnung der Parität wird durch die jeweils an gleicher Adresse anliegenden Datenblöcke der am RAID-Verbund beteiligten Festplatten eine logische Gruppe gebildet. Von allen Datenblöcken einer Gruppe enthält ein Datenblock die Paritätsdaten, während die anderen Datenblöcke Nutzdaten enthalten. Die Nutzdaten von RAID-5-Gruppen werden wie bei RAID 0 auf alle Festplatten verteilt. Die Paritätsinformationen werden ebenfalls verteilt. RAID 5 benötigt mindestens drei Massenspeicher.

Vorteil: RAID 5 bietet sowohl gesteigerten Datendurchsatz beim Lesen von Daten als auch Redundanz bei relativ geringen Kosten.

Nachteile RAID 5 hat langsamere Schreibleistung durch Paritätsberechnungen. Lange Recovery-Zeiten und Datenverlustrisiko bei zweitem Laufwerksausfall. Benötigt komplexeren Controller als andere RAID-Levels.

RAID 6: Festplatten-Striping mit doppelter Parität

RAID 6 verbessert die Datensicherheit gegenüber RAID 5 durch zwei Paritäts-Stripes, die den Ausfall von bis zu zwei Festplatten im Verbund tolerieren. Die Technik verteilt Paritätsdaten über mehrere Festplatten und optimiert I / O-Überlappungen. Bei Hochkapazitätslaufwerken mit langen Rekonstruktionszeiten bietet RAID 6 einen signifikanten Zuverlässigkeitsvorteil. Mindestens vier Laufwerke sind erforderlich.

Vorteile: RAID 6 bietet durch doppelte Paritätsstruktur Schutz bei gleichzeitigen Laufwerksstörungen. Die Speicherkapazität steigt mit zunehmender Festplattenanzahl, während der Ressourcenverbrauch im Vergleich zu Spiegelungs-RAID-Levels geringer ausfällt.

Nachteile: RAID 6 hat geringere Performance als RAID 5, besonders bei gleichzeitiger Laufwerksrekonstruktion. Die Implementierung ist kostenintensiv durch zusätzliche Paritätsfestplatten und spezielle Controller. RAID-Coprozessoren können die Paritätsberechnung und Schreibleistung optimieren.

RAID 10: Festplattenspiegelung und Striping

RAID 10, auch als RAID 1+0 bekannt, kombiniert Festplattenspiegelung und Striping durch Spiegelung gefolgt vom Striping. Diese verschachtelte RAID-Technik bietet eine alternative Redundanzstrategie mit geringerer Fehlertoleranz. Mindestens vier Festplatten sind erforderlich.

Vorteile: RAID 10 verteilt Daten über mehrere Laufwerke und nutzt parallele Lese- / Schreibköpfe für schnellere Verarbeitung. Die RAID-1-Komponente gewährleistet Datenschutz, wobei Spiegelkopien bei Ausfall sofort einspringen.

Nachteile: Laufwerksausfälle in Stripe-Sets beeinträchtigen die Failover-Performance. Vier Festplatten als Mindestanforderung erhöhen die Kosten. Die Redundanz reduziert die nutzbare Speicherkapazität um 50%.

RAID 7: Non-Standard mit Caching

RAID 7 stellt einen proprietären, nicht standardisierten RAID-Level dar, der auf den Konzepten von RAID 3 und RAID 4 aufbaut und durch Caching-Mechanismen erweitert wird. Die Technologie war exklusiv der ehemaligen Storage Computer Corp. zugehörig und erforderte spezifische Hardware-Implementierungen.