{"id":633,"date":"2015-06-06T16:00:33","date_gmt":"2015-06-06T15:00:33","guid":{"rendered":"http:\/\/www.ionas.com\/wissen\/?p=633"},"modified":"2015-09-30T16:42:14","modified_gmt":"2015-09-30T15:42:14","slug":"hohe-datenverfuegbarkeit-und-sicherheit-durch-raid","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.ionas.com\/wissen\/hohe-datenverfuegbarkeit-und-sicherheit-durch-raid\/","title":{"rendered":"Hohe Datenverf\u00fcgbarkeit und -sicherheit durch RAID"},"content":{"rendered":"<p>Bei der Lekt\u00fcre von Computerzeitschriften und B\u00fcchern \u00fcber IT-Themen stolpert man fr\u00fcher oder sp\u00e4ter \u00fcber den Begriff RAID. F\u00fcr Computerinteressierte geh\u00f6rt dieser Begriff somit zum erweiterten Standardvokabular. Bei ionas \u2013 Ihr Online Assistent verwenden wir RAID f\u00fcr unsere <a href=\"https:\/\/www.ionas-server.com\">Small Business Server<\/a>. Zeit also, diesem Begriff und der dahinter stehenden Technik etwas mehr Aufmerksamkeit zu widmen.<\/p>\n<p>In diesem Artikel erl\u00e4utern wir den Hintergrund und die Bedeutung des Begriffs. Darauf aufbauend gehen wir auf einige der zahlreichen RAID-Typologien ein. Aus dieser Diskussion ergibt sich auch die Antwort auf die Frage, warum man RAIDs heute in zahlreichen Unternehmen antrifft, warum der ionas-Server auf ein solches System setzt und warum es auch f\u00fcr eine wachsende Anzahl an Privatpersonen interessant ist, ein RAID ihr Eigen zu nennen.<\/p>\n<p><!--more--><\/p>\n<h2>Definition und Bedeutung von RAID<\/h2>\n<p>RAID ist die Abk\u00fcrzung des englischen Begriffs \u201eredundant array of independent disks\u201c (deutsch: redundante Anordnung unabh\u00e4ngiger Festplatten) und bezeichnet das strukturierte Zusammenschalten mehrerer Festplatten zu einem logischen Laufwerk. Redundanz (von lateinisch redundantia) bedeutet \u201e\u00dcberfluss\u201c oder \u201eDopplung\u201c und bezeichnet eine Situation, in der etwas mehr als eigentlich n\u00f6tig vorkommt. Redundanz, welche man bei Texten und beim Sprechen zu vermeiden sucht, ist bei Daten gewollt und aus Datensicherheitsgr\u00fcnden unheimlich n\u00fctzlich.<\/p>\n<p>Datenredundanz ist unverzichtbar, wenn hohe Datenverf\u00fcgbarkeit ein Muss ist. In einem System mit Datenredundanz liegen die Daten nicht einfach, sondern auf mehreren, baulich getrennten Datentr\u00e4gern vor, so dass im Schadensfall eines Datentr\u00e4gers der Datenzugriff auf den anderen Datentr\u00e4ger nicht eingeschr\u00e4nkt ist. Einige RAIDs bieten sogar die M\u00f6glichkeit, defekte Festplatten im laufenden Betrieb zu wechseln.<\/p>\n<p>F\u00fcr Privatleute mag hohe Datenverf\u00fcgbarkeit von geringer Bedeutung sein, f\u00fcr viele Firmen ist sie jedoch unverzichtbar. Hier nur ein Beispiel: Eine Krankenkasse, die aufgrund eines Datentr\u00e4gerdefekts f\u00fcr mehrere Tage nicht auf die Kundendaten zugreifen, keine Kundenfragen bearbeiten und keine Auszahlungen t\u00e4tigen k\u00f6nnte \u2013 mit anderen Worten, wenn der ganze Betreib mehr oder weniger zum Stillstand kommen w\u00fcrde \u2013 w\u00fcrde einen enormen finanziellen und einen gro\u00dfen Imageschaden erleiden.<\/p>\n<p>RAIDs werden folglich zur Absicherung von produktiven Systeme verwendet. (Ein produktives System ist ein System, auf dem laufend Lese- und Schreibzugriffe get\u00e4tigt werden.) Das Ziel eines RAIDs ist die Sicherstellung voller Betriebsf\u00e4higkeit im Falle des Ausfalls eines einzelnen Datentr\u00e4gers. Dadurch unterscheidet sich ein RAID ganz grunds\u00e4tzlich von einem Backup. Ein Backup ist eine zeitpunktbezogene Kopie der gesicherten Dateien auf einem separaten Datentr\u00e4ger. Ein Backup, insbesondere auf einem ausgelagerten Datentr\u00e4ger, sichert andere Risiken ab. So sichert ein externes Backup gegen Schadensereignisse, bei denen die gesamte IT-Infrastruktur zugrunde geht (z.B. Feuer, \u00dcberschwemmung, Schadsoftware). Au\u00dferdem sch\u00fctzt ein Backup gegen gewollte oder ungewollte Fehlbedienung. Wenn der Befehl zur L\u00f6sung einer Datenbank gemacht wird, dann w\u00fcrde dieser in einem RAID-System auf allen Datentr\u00e4gern ausgef\u00fchrt werden. Die Daten w\u00e4ren verloren. \u00dcber ein separates Backup liessen sich die Daten wieder einspielen. Damit ist ein Backup eine Erg\u00e4nzung zu einem RAID-System und keine Alternative.<\/p>\n<p>Der Begriff RAID wurde im Jahr 1987 an der Berkeley Universit\u00e4t gepr\u00e4gt, als eine Methode gesucht wurde, um Daten auf mehreren kleinen und g\u00fcnstigen Festplatten statt auf gro\u00dfen, teuren abzulegen. In der damaligen Definition von RAID stand das \u201eI\u201c noch f\u00fcr \u201einexpensive\u201c (deutsch: kosteng\u00fcnstig). Erst sp\u00e4ter, als der Kostenaspekt in Folge des Preisverfalls bei Datentr\u00e4gern aller Art in den Hintergrund und die Rolle der Datensicherheit in den Vordergrund r\u00fcckte, bekam er seine heutige Bedeutung.<\/p>\n<p>Seit der Entstehung des Begriffs hat sich die RAID-Theorie und Praxis vor dem Hintergrund der raschen Entwicklung im Hard- und Software-Bereich rapide weiter entwickelt. Was vor rund 30 Jahren an einer Forschungseinrichtung anfing, ist heute ein Multimilliardenmarkt und gepr\u00e4gt von einer sehr umfangreichen Literatur und Theorie sowie zahlreichen miteinander konkurrierenden und sich erg\u00e4nzenden RAID-Typologien.<\/p>\n<p>Heute unterscheidet man aus der Perspektive der RAID-Steuerung zwischen Hard- und Software-RAIDs. Unterschiedliche RAID-Typologien, d.h. Arten des Zusammenwirkens einzelner Festplatten im Array, werden als RAID-Level bezeichnet und durch das RAID Advisory Board (RAB) standardisiert. Im Rahmen von diesem \u00dcbersichtsartikel skizzieren wir die Unterschiede der beiden RAID-Steuerungsarten und stellen wir die vier popul\u00e4rsten Level vor.<\/p>\n<h2>Hard- und Software-RAID<\/h2>\n<p>In einem <strong>Hardware-RAID<\/strong> werden die in zusammen geschalteten Datentr\u00e4ger \u00fcber einen physikalischen RAID-Controller angesteuert. Einen solchen Controller stellt man sich am besten als Steckkarte inklusive eigener Recheneinheit vor. Die Rechnereinheit \u00fcbernimmt s\u00e4mtliche Berechnungen, die f\u00fcr die Realisierung des gew\u00e4hlten RAID-Levels notwendigen sind.<\/p>\n<p><a href=\"\/wissen\/wp-content\/uploads\/2015\/06\/Hardware_RAID_Controller_Labbeled.png\"><img loading=\"lazy\" class=\"alignnone size-medium wp-image-636\" style=\"float: left; padding: 0px 20px 20px 0px;\" src=\"\/wissen\/wp-content\/uploads\/2015\/06\/Hardware_RAID_Controller_Labbeled-300x239.png\" alt=\"Hardware_RAID_Controller_Labbeled\" width=\"390\" height=\"311\" srcset=\"https:\/\/www.ionas.com\/wissen\/wp-content\/uploads\/2015\/06\/Hardware_RAID_Controller_Labbeled-300x239.png 300w, https:\/\/www.ionas.com\/wissen\/wp-content\/uploads\/2015\/06\/Hardware_RAID_Controller_Labbeled-1024x817.png 1024w, https:\/\/www.ionas.com\/wissen\/wp-content\/uploads\/2015\/06\/Hardware_RAID_Controller_Labbeled.png 1269w\" sizes=\"(max-width: 390px) 100vw, 390px\" \/><\/a><\/p>\n<p>Bei einem <strong>Software-RAID<\/strong> werden die Festplatten von einem virtuellen RAID-Controller gesteuert. Ein virtueller Controller ist ein Dienst des Betriebssystems und l\u00e4uft im Arbeitsspeicher des Rechners. In den meisten modernen Betriebssystemen (Windows 7 und 8, Mac OS, Linux) wird ein solcher Software-Controller mitgeliefert. Die Datentr\u00e4ger selber werden in der Regel direkt an den Festplattencontrollern des Mainboards angeschlossen.<\/p>\n<p>Der zentrale Unterschied zwischen Hard- und Software-RAID ist somit die verantwortliche Einheit f\u00fcr die Ausf\u00fchrung der relevanten Berechnungen. Da die Rechenoperationen abh\u00e4ngig vom gew\u00e4hlten RAID-System substantielle Systemressourcen beanspruchen, kann ein Software-RAID den Computer deutlich ausbremsen. Diesem Nachteil stehen die deutlich geringeren Kosten des Software-RAIDs als Vorteil gegen\u00fcber.<\/p>\n<h2>Die gebr\u00e4uchlichsten RAID-Level<\/h2>\n<p><strong>RAID 0: Das \u201efalsche\u201c RAID<\/strong><br \/>\nEin RAID 0 besteht aus mehreren physikalischen Festplatten, die zu einem logischen Datentr\u00e4ger verbunden werden. (Beispiel: Ein RAID 0 macht aus zwei 1TB-Festplatten ein logisches Laufwerk mit 2TB Speicherkapazit\u00e4t und das Betriebssystem behandelt die zwei separaten Datentr\u00e4ger als ein Laufwerk.) Die Daten werden Blockweise abwechselnd auf die Festplatten geschrieben. Da ein RAID 0 folglich keine Datenredundanz bietet, ist es streng genommen kein RAID im eigentlichen Sinne. Der Begriff hat sich dennoch eingeb\u00fcrgert.<\/p>\n<p>Der Vorteil dieses RAID-Levels ist seine h\u00f6here Daten\u00fcbertragungsrate gegen\u00fcber einem einzelnen Datentr\u00e4gers durch die Parallelisierung der Lese- und Schreibzugriffe, dem so-genannten Stripping. Der tats\u00e4chliche Geschwindigkeitszuwachs ist jedoch von vielen Faktoren abh\u00e4ngig, insbesondere der Gr\u00f6\u00dfe der behandelten Dateien. Durch die fehlende Datenredundanz sollte ein RAID 0 System nur f\u00fcr die Speicherung unkritischer Daten eingesetzt werden. Der Defekt einer einer einzelnen Festplatte im Verbund f\u00fchrt zum Verlust aller auf den Festplatten gespeicherten Daten.<\/p>\n<p><strong>RAID 1: Das \u201eeinfache\u201c RAID<\/strong><br \/>\nRAID 1 ist das technisch einfachste redundante Datentr\u00e4gersystem. In einem RAID 1 werden die Daten beim Schreibvorgang parallel auf alle zum RAID geh\u00f6renden Festplatten geschrieben. Jede Festplatte im Array ist somit ein perfektes Spiegelbild der \u00fcbrigen Festplatten im Verbund. Diese Spiegelung erm\u00f6glicht den uneingeschr\u00e4nkten Datenzugriff auch im Falle eines Defekts einer Festplatte.<\/p>\n<p>Die Wiederherstellung eines RAID 1 im Falle eines Defekts ist denkbar einfach: Die defekte Festplatte wird durch eine neue Festplatte ersetzt und der Inhalt der redundanten, nicht defekten auf die neue Festplatte kopiert. Typischerweise \u00fcbernimmt der RAID-Controller diese Aufgabe automatisch, unabh\u00e4ngig davon ob Hardware- oder Software-RAID. Da es sich bei diesem Prozess um einen \u201eeinfachen\u201c Kopiervorgang handelt, k\u00f6nnen die hohen Lese- und Schreibgeschwindigkeiten moderner Festplatten voll ausgenutzt werden und der sogenannte Rebuild ist auch bei sehr gro\u00dfen Datenmengen in wenigen Stunden abgeschlossen.<\/p>\n<p>Ein RAID 1 wei\u00dft keine h\u00f6here Schreibgeschwindigkeit gegen\u00fcber einen einzelnen Festplatte auf. Mit ihm lasen sich aber schnellere Lesezugriffe realisieren, da gleichzeitig von mehreren Festplatten gelesen werden kann.<\/p>\n<p><strong>RAID 5: Das \u201epopul\u00e4re\u201c RAID<\/strong><br \/>\nEin RAID 5 ist ein Verbund aus drei oder mehr Datentr\u00e4gern und ist aufgrund seiner hohen Lesegeschwindigkeit in Kombination mit Datenredundanz zu relativ geringen Kosten die beliebteste RAID-Variante. Ein RAID 5-System l\u00e4sst sich mit drei und mehr Datentr\u00e4gern umsetzen. Die h\u00e4ufigsten RAID 5-Festplattenkonstellationen sind drei und f\u00fcnf Festplatten.<\/p>\n<p>RAID 5 unterteilt die integrierten Festplatten in Bl\u00f6cke gleicher Gr\u00f6\u00dfe und betrachtet diese Festplatten \u2013 analog RAID 0 \u2013 als ein logisches Laufwerk. Der Unterschied zu RAID 0 ist die Speicherung zus\u00e4tzlicher Informationen, die aus den eigentlich zu speichernden Daten (also den Dokumenten, Bildern und Datenbankeintr\u00e4gen) ermittelt werden. Diese sogenannten Parit\u00e4ts-Informationen stellen sicher, dass die Daten im Falle eines Ausfalls reproduzierbar sind. Die Parit\u00e4tsinformationen werden blockweise erzeugt und einer klaren Struktur folgend auf alle Datentr\u00e4ger im Verbund verteilt. Auch wenn die R\u00fcckrechnung der verlorenen Daten aus den verbliebenen Daten und den Parit\u00e4tsinformationen sehr kompliziert klingt, ist in der Praxis aber einfach und damit eine relativ schnell Prozess.<\/p>\n<p><a href=\"\/wissen\/wp-content\/uploads\/2015\/06\/RAID5_Drei_Datentr\u00e4ger_Parit\u00e4tsinformationen.png\"><img loading=\"lazy\" class=\"alignnone size-large wp-image-637\" style=\"float: left; padding: 0px 20px 20px 0px;\" src=\"\/wissen\/wp-content\/uploads\/2015\/06\/RAID5_Drei_Datentr\u00e4ger_Parit\u00e4tsinformationen-1024x860.png\" alt=\"RAID5_Drei_Datentr\u00e4ger_Parit\u00e4tsinformationen\" width=\"500\" height=\"375\" \/><\/a><\/p>\n<p>Der Vergleich von RAID 1 und RAID 5 zeigt, dass Datenredundanz auf unterschiedlichem Wege erreicht werden kann: Bei RAID 1 wird Redundanz durch die Vervielfachung jedes einzelnen Bits und Bytes erreicht. Bei RAID 5 liegen die Daten nur einfach auf den Datentr\u00e4gern vor, werden aber durch die Parit\u00e4tsdaten als Fehlerkorrektur sinnvoll erg\u00e4nzt. RAID 5 geht dabei deutlich effizienter mit dem Festplattenspeicher zur Erreichung von Datenredundanz um. In Zahlen: Bei einem RAID 1 ist die effektive Speicherkapazit\u00e4t des Arrays die Speicherkapazit\u00e4t der kleinsten Festplatte. (Beispiel: Drei 1TB Festplatten ergeben eine nutzbare Speicherkapazit\u00e4t von 1TB.) Bei einem RAID 5 ist die effektive Speicherkapazit\u00e4t die Speicherkapazit\u00e4t der kleinen Festplatte multipliziert mit der um eins verringerten Anzahl an verbundenen Festplatten. (Gleiches Beispiel: Die nutzbare Speicherkapazit\u00e4t ist 2TB.) Bei RAID 5 nimmt die Effizienz der Speichernutzung zu, umso mehr Festplatten im Verbund sind.<\/p>\n<p>RAID 5 bietet sich insbesondere in Umgebungen an, wo viele Daten gelesen und nur vergleichsweise wenige Daten auf die Festplatten geschrieben werden. Obwohl Daten auf mehreren Festplatten gleichzeitig geschrieben werden, wird die Schreibgeschwindigkeit durch den zweiphasigen Schreibprozess \u2013 erst Nutzdaten, dann Parit\u00e4tsdaten \u2013 ausgebremst. Grunds\u00e4tzlich gilt: Umso mehr Festplatten im Verbund, desto schneller der Lese- und Schreibzugriff, wobei weitere Faktoren neben der Anzahl an Platten die Performance bestimmt.<\/p>\n<p><strong>RAID 10: Das RAID f\u00fcr hohe Anforderungen<\/strong><br \/>\nF\u00fcr Puristen ist ein RAID 10 kein eigenes RAID-Level, sondern eine Kombination aus Level 1 und 0. Konkret besteht ein RAID 10 aus zwei oder mehr RAID 1-Systemen, \u00fcber die ein RAID 0 gest\u00fclpt wird. Und so l\u00e4uft das ab: Eine zu schreibende Datei wird in so viele Fragmente zerlegt wie sich RAID 1-Systeme im RAID 10-Verbund befinden, diese an die RAID 1 aufgeteilt und von diesen auf die Festplatten geschrieben.<\/p>\n<p>Bei einem RAID 10 erzielt man hohe Datendurchsatzraten durch Stripping und volle Datenredundanz durch Datenspiegelung. Wie bei RAID 1 lassen sich defekte Datentr\u00e4ger auch \u201eon-the-fly\u201c auswechseln. Die St\u00e4rken dieser Typologie haben jedoch ihren Preis: Von der tats\u00e4chlich verf\u00fcgbaren Speicherkapazit\u00e4t auf den Datentr\u00e4gern nutzt man effektiv nur die H\u00e4lfte. Konkretes Beispiel: Bei dem RAID 10 des ionas-Server Small Business liefern die vier 3TB Festplatten \u201enur\u201c eine nutzbare Speicherkapazit\u00e4t von 6TB (Stand Mai 2015). Gerade f\u00fcr Datenbankanwendungen, die hohe Datentransferraten ben\u00f6tigen, kommt man an RAID 10 aber praktisch nicht vorbei, wenn man auf Solid-State Disks verzichten will.<\/p>\n<p>RAID 10 ist bei weitem nicht die einzige RAID-Kombination. RAID 15 ist eine andere popul\u00e4re Variante, zahlreiche weitere existieren, wobei die meisten nur in der Theorie und nicht in der Praxis vorkommen. Zur leichteren Interpretation hat man sich auf folgende Namenskonvention f\u00fcr die Bezeichnung von RAID-Kombinationen geeignet: Die erste Ziffer beschreibt das RAID-Level des Basissystems und die zweite Ziffer die Logik, die zur Zusammenfassung der Basissysteme genutzt wird.<\/p>\n\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Bei der Lekt\u00fcre von Computerzeitschriften und B\u00fcchern \u00fcber IT-Themen stolpert man fr\u00fcher oder sp\u00e4ter \u00fcber den Begriff RAID. F\u00fcr Computerinteressierte geh\u00f6rt dieser Begriff somit zum erweiterten Standardvokabular. 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