Was sind Raid-Speicher und wie funktioniert Raid eigentlich?

Montag, 28. März 2022 von Ontrack Datenrettung

 

Redundant Array of Independent Disks (RAID)  ist ein Begriff, der Computerspeichersysteme beschreibt, die Daten auf mehrere Laufwerke verteilen oder replizieren.

Es gibt zwei Hauptgründe, warum RAID-Speicher auf diese Weise funktionieren: Es erhöht die Zuverlässigkeit der Daten und verbessert die E/A-Leistung (Eingabe/Ausgabe). Dennoch ist die RAID-Speicherung keine perfekte Technologie. Es kann immer noch zu Datenverlusten kommen, wenn sie verwendet wird.

 

In diesem Artikel gehen wir auf die Funktionsweise von RAID ein und erläutern die Vorteile und Fallstricke, damit Sie die richtige Speicherlösung für Ihre Anforderungen wählen können.


Wie funktioniert ein RAID-Speicher?

Data recovery engineer checking raid drive


Hardware-RAID-Lösungen gibt es in verschiedenen Ausführungen. Einige sind z. B. auf Hauptplatinen oder Add-in-Karten integriert, während andere die Form von großen NAS- oder SAN-Servern in Unternehmen annehmen.

RAID wird traditionell auf Servern eingesetzt, kann aber auch auf Workstations verwendet werden. Letzteres ist typisch für Computeranwendungen, die hohe Speicherkapazitäten und Datenübertragungsgeschwindigkeiten erfordern, wie z.B. bei der Video- und Audiobearbeitung.

Das RAID Storage-Glossar: Häufig verwendete Begriffe

RAID-Speicher oder Raid Storage ist ein komplexes Gebiet mit vielen Fachbegriffen, mit denen Sie sich vertraut machen müssen. Wir werden jetzt die gebräuchlichsten Begriffe erklären, da wir einige von ihnen später in diesem Artikel verwenden werden.

  • Parität: Verteilte Informationen, die die Wiederherstellung der in einem RAID-Array gespeicherten Daten ermöglichen, selbst wenn eine Festplatte ausfällt.
  • Mirroring: wenn Daten von einer oder mehreren Festplatten auf eine oder mehrere andere physische Festplatten kopiert werden.
  • Striping: Eine Methode, bei der Daten über mehrere Festplatten geschrieben werden. Im folgenden Beispiel werden die Daten in sequentieller Reihenfolge auf die Laufwerke geschrieben, bis sie das letzte Laufwerk erreichen. Dann wird zum ersten Laufwerk zurückgesprungen und ein zweiter Stripe begonnen, bevor der Vorgang wiederholt wird.
  • Block: der logische Speicherplatz auf jeder Festplatte, in den die Daten geschrieben werden. Die Größe des Bereichs wird vom RAID-Controller festgelegt.
  • Links/Rechts-Symmetrie: Die Symmetrie in einem RAID-Array bestimmt die Art und Weise, wie die Daten und die Parität auf die Laufwerke verteilt werden. Es gibt vier Haupttypen von Symmetrie, die verwendet werden können (je nach RAID-Anbieter), und einige Unternehmen entwickeln eigene Symmetrietypen, um ihre eigenen Geschäftsanforderungen zu erfüllen.
  • Hot Spare: eine Ersatzplatte, die anstelle einer ausgefallenen Platte innerhalb eines RAID-Arrays verwendet werden kann.
  • Degraded Mode: Dies tritt ein, wenn ein Laufwerk im RAID unlesbar wird und aus dem Array herausgenommen wird. Die neuen Daten und die Parität werden dann auf die verbleibenden Laufwerke innerhalb des RAID-Verbunds geschrieben. Wenn Daten von dem ausgefallenen Laufwerk angefordert werden, werden sie mit der Parität auf den anderen Laufwerken verrechnet. Die Verringerung der Anzahl der Laufwerke verschlechtert die Leistung des RAID, daher der Degraded Mode.

RAID-Speicherebenen erklärt

Standard-RAID-Konfigurationen werden als Level bezeichnet. Ursprünglich gab es fünf von ihnen, aber inzwischen gibt es mehr, da sich Variationen entwickelt haben, die mehrere verschachtelte und viele nicht standardisierte (in der Regel proprietäre) Ebenen umfassen.

Wie bereits erwähnt, werden bei der Spiegelung Daten auf mehr als eine Festplatte kopiert, beim Striping werden die Daten auf mehr als eine Festplatte aufgeteilt, und bei der Fehlerkorrektur werden redundante Daten gespeichert, damit Probleme erkannt und möglicherweise behoben werden können (so genannte Fehlertoleranz). Je nach den Systemanforderungen können eine oder mehrere dieser Techniken in verschiedenen RAID-Konfigurationen verwendet werden.

Die verschiedenen Stufen haben ihre eigenen Redundanztypen, so dass je nach Anwendung in der Regel ein Kompromiss zwischen Fehlertoleranz und Leistung gefunden werden muss.

Zu den grundlegenden RAID-Levels gehören:

  • RAID 0 - Dieser oft als Striping bezeichnete RAID-Level gilt als der einfachste. Er bietet keine Redundanz, aber eine hervorragende Leistung. Die Daten werden auf mindestens zwei Festplatten verteilt, und mit jeder weiteren Festplatte werden die Lese-/Schreibleistung und die Speicherkapazität im Vergleich zu einer einzelnen Festplatte erhöht. Mehr über RAID 0 erfahren Sie hier.
  • RAID 1 - Diese Stufe wird auch als Spiegelung bezeichnet, da dieselben Daten auf zwei Festplatten gespiegelt werden, was die niedrigste Stufe der RAID-Redundanz darstellt. Es bietet bis zu doppelt so viel Leseleistung wie ein einzelnes Laufwerk, aber keine Erhöhung der Schreibgeschwindigkeit. Die gespeicherten Daten sind immer zugänglich, solange eine Festplatte noch funktioniert. Mehr über RAID 1 erfahren Sie hier.
  • RAID 5 - Dies ist eine gängige Konfiguration, die einen guten Kompromiss zwischen Sicherheit und Leistung darstellt. Sie erfordert mindestens drei Festplatten und bietet höhere Lesegeschwindigkeiten, aber keine Verbesserung der Schreibleistung. RAID 5 fügt dem Array eine Parität hinzu, die den Platz von insgesamt einer Festplatte beansprucht. Diese Stufe kann auch den Ausfall einer Festplatte verkraften. Mehr über RAID 5 erfahren Sie hier.
  • RAID 6 - Dieses Konzept geht noch einen Schritt weiter als RAID 5, da mindestens vier Festplatten erforderlich sind und eine doppelte Parität eingeführt wird, was bedeutet, dass die Daten auch dann wiederhergestellt werden können, wenn zwei Festplatten innerhalb des Arrays ausfallen.
  • RAID 10 - Dies ist eine Partnerschaft zwischen RAID 1 und RAID 0. Bei dieser auch als RAID 1 + 0 bezeichneten Konfiguration werden zwei oder mehr RAID 1-Geräte zu einem RAID 0-Array zusammengefügt.  Mehr über RAID 10 erfahren Sie hier.

Moderne RAID-Arrays: Vorteile und Herausforderungen

Es gibt viele Möglichkeiten, mehr aus Ihrem RAID-System herauszuholen, indem Sie Nicht-Standard-Konfigurationen (bis zu RAID 51 und darüber hinaus) verwenden, vor allem, weil diese in Verbindung mit anderen komplexen Systemen eingesetzt werden können, um erhebliche Effizienz- und Kostenvorteile zu erzielen.

Angesichts der hohen Komplexität moderner Arrays sind Fehler jedoch immer möglich und das Risiko eines Datenverlusts ist höher als bei herkömmlichen Konfigurationen. In diesen Fällen können die Kosten für Unternehmen beträchtlich sein, daher sollten Sie die Risiken abwägen.

Moderne RAID-Arrays können auch mehrere Dateisysteme verwenden, z. B. BTRFS oder ZFS auf der Hardware-Ebene, wobei NTFS oder HFS für die Anwendungsunterstützung durch Virtualisierung überlagert werden.

RAID-Datenwiederherstellung: Mögliche Herausforderungen

RAID-Arrays sind hochkomplex, und die Herausforderungen, die sie mit sich bringen, werden noch größer, wenn sie für geschäftskritische Funktionen innerhalb der IT-Infrastrukturen von Unternehmen eingesetzt werden, da Verfügbarkeit und Effizienz von entscheidender Bedeutung sind.

Auch wenn sie in einigen Szenarien nützlich sind, können Zusatztechnologien wie Virtualisierung und Datenbankanwendungen in einem ausfallenden System kostspielige Komplikationen verursachen.

Aus Sicht der Raid Datenwiederherstellung ist es in der Regel erforderlich, das RAID-Dateisystem zu rekonstruieren, physische Ausfälle zu umgehen und eine virtualisierte Architektur zu bewerten. Dies kann ein komplexer und zeitaufwändiger Prozess sein, aber mit dem richtigen Fachwissen ist eine Wiederherstellung häufig möglich.


Auf Laufwerksausfälle vorbereiten

Leider können alle Laufwerke irgendwann einmal ausfallen. Wenn einzelne Laufwerke ausfallen (vorausgesetzt, es handelt sich um eine RAID-1-Konfiguration oder höher), kann das fehlerhafte Laufwerk einfach durch ein neues ersetzt und die Datenspeicherkarte ohne Datenverlust wiederhergestellt werden.

Übersteigt der Ausfall eines Laufwerks jedoch die Redundanzkapazität des RAID-Systems, sollten Sie sich an einen professionellen RAID-Datenretter wie Ontrack wenden, um das Risiko eines vollständigen Datenverlusts zu minimieren. Stellen Sie unbedingt sicher, dass der von Ihnen gewählte Anbieter über die erforderlichen Tools und Fachkenntnisse verfügt, um jede Konfiguration oder jeden Datenverlust zu beheben. Außerdem sollten Sie prüfen, ob der Anbieter über direkte Partnerschaften mit Speicheranbietern und Entwicklungskapazitäten zur Anpassung neuer oder benutzerdefinierter Konfigurationen verfügt.

Raid Daten wiederherstellen

Möchten Sie mehr darüber erfahren, wie RAID funktioniert? Sehen Sie sich diesen Ontrack-Podcast aus dem Jahr 2015 an, in dem wir unseren Experten Robin England zu den Vor- und Nachteilen der Verwendung von RAID-Systemen befragt haben. Obwohl sich die Technologie seitdem weiterentwickelt hat, gelten auch für das Jahr 2022 ein paar wichtige Punkte, die Sie beachten sollten.

Wenn Sie bereits RAID-Speicher verwenden und einen RAID-Datenverlust erleiden, kontaktieren Sie unsere Experten für Raid Recovery. 
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