RAID Server

Als RAID Server bezeichnet man umgangssprachlich einen Server, dessen Massenspeicher mit einer RAID Funktionalität ausgestattet ist.

Das RAID (redundant array of independent disks) in einem Server-System dient zur Gruppierung mehrerer physikalischer Festplatten zu einem oder mehreren logischen Laufwerken. Durch diese Gruppierung erreicht man je nach RAID-Level folgende Vorteile:

Ausfall- und Datensicherheit (Redundanz)
Erhöhung der Performance beim Lesen und Schreiben auf die Datenträger
Einfache Erweiterbarkeit der Festplattenkapazität
Erstellung von großen logischen Laufwerken
Einfacher Austausch von (defekten) Festplatten
Senkung der Kosten pro Gigabyte durch den Einsatz günstiger Festplatten
Hardware RAID
Unter Hardware RAID versteht man den Einsatz eines speziellen RAID-Controllers, der für die Bereitstellung und das Management des RAID zuständig ist. Öfter wird hierfür eine separate Steckkarte mit eigenem RAID-Prozessor und eigenem RAID-Cache benutzt. Viele RAID-Controller lassen sich auch mit einer optionalen Battery Backup Unit (BBU) erweitern, die im Falle eines Stromausfalls die Daten im Cache bereithält, so dass diese nicht verloren gehen. In den letzten Jahren haben sich zusätzlich zu den RAID-Controllern auch günstige Onboardcontroller durchgesetzt. Onboardcontroller können entweder über einen zusätzlichen Chip auf dem Mainboard oder direkt im Chipsatz des Mainboards eingebunden sein. Bei einem Onboardcontroller besteht der Nachteil, dass dieser keinen eigenen Prozessor und keinen eigenen Cache benutzt, sondern auf die Ressourcen auf dem Mainboard zugreift. Öfter haben auch Onboardcontroller eine schlechtere Linux Unterstützung als separate RAID-Karten.
Im professionellen Umfeld empfehlen wir unseren Kunden stets den Einsatz von separaten RAID-Controllern.

Software RAID
Beim Software RAID stellt das Betriebssystem die Funktionen des RAID-Controllers zur Verfügung. Bei vielen modernen Betriebssystemen kann das RAID somit von der Software verwaltet werden. Die Festplatten werden dabei einzeln an das System angebunden und sind somit unabhängig von RAID-Controllern. Da das Software RAID einen RAID-Controller im Betriebssystem emuliert, werden die Ressourcen des Mainboards, wie z.B. die CPU, für diese Leistung in Anspruch genommen. Ein Einsatz von BBUs ist bei einem Software RAID nicht möglich.

RAID-Level
Man unterscheidet folgende RAID-Levels:

RAID 0 (Striping):
Beim RAID 0 werden mehrere Festplatten zu einem großen logischen Laufwerk verbunden. Dabei werden die Daten in gleich großen Blöcken auf alle sich im RAID 0 befindlichen Festplatten verteilt, so dass ein gleichzeitiger Zugriff auf mehrere Festplatten erfolgen kann. Je mehr Festplatten sich im RAID 0 befinden umso höher ist die Performance. RAID 0 bietet allerdings keine Datenredundanz und somit keine Ausfallsicherheit. Fällt eine Festplatte aus, so sind die Daten des kompletten RAID 0 verloren.
RAID 1 (Mirroring):
Beim RAID 1 werden zwei Festplatten gespiegelt. Bei diesem RAID-Level erhält man somit nur die nutzbare Kapazität von einer Festplatte. Die Daten werden sofort auf beide Festplatten gespiegelt, wodurch ein Ausfall einer Festplatte keine Auswirkungen auf die Daten und die Lauffähigkeit des Systems hat. Ersetzt man die defekte Festplatte, kann ein Rebuild gestartet werden. Dabei wird die noch funktionierende Festplatte auf die ersetzte Festplatte gespiegelt, so dass die Datensicherheit und Redundanz wieder gegeben ist.
RAID 1E:
RAID 1E stellt eine Kombination aus RAID 0 und RAID 1 dar, wobei für ein RAID 1E nur 3 Festplatten benötigt werden. Ein RAID 1E ist demnach auch mit einer ungeraden Anzahl an Festplatten verwendbar. Wird eine gerade Anzahl an Festplatten verwendet, empfiehlt es sich, RAID 10 einzusetzen, da beim RAID 10 die Datensicherheit größer ist. Beim RAID 1E darf nur eine Festplatte ausfallen. Die nutzbare Kapazität beträgt die Hälfte der Größe aller Festplatten. Der Zugriff erfolgt dabei auf mehrere Festplatten gleichzeitig, wobei die Daten auf allen Festplatten doppelt und redundant abgespeichert werden.
RAID 5:
Im RAID 5-Verbund werden für die Datensicherheit zusätzliche Paritätsinformationen erzeugt und so abgespeichert, dass beim Ausfall einer Festplatte der gesamte Datenbestand wieder rekonstruiert werden kann. Die nutzbare Kapazität beim RAID 5 entspricht der Größe aller Festplatten abzüglich der Größe einer Festplatte. Um ein RAID 5 zu erstellen, benötigt man demnach mindestens 3 Festplatten. Sollte eine Festplatte ausfallen, können beim RAID 5 die Daten auf die ersetzte Festplatte aus den Paritätsinformationen zurückgerechnet werden, wodurch nach diesem Rebuild wieder die volle Datensicherheit zur Verfügung steht. Während des Ausfalls der Festplatte oder während des Rebuilds werden die Daten im laufenden Betrieb zurückgerechnet, wodurch der komplette Datenbestand weiterhin zur Verfügung steht. Fällt im RAID 5 mehr als eine Festplatte aus, so können die Daten nicht mehr rekonstruiert werden. Die Performance von RAID 5 steigt gegenüber einer reinen Spiegelung, da die Daten bei RAID 5 auf mehrere Festplatten gleichmäßig und gleichzeitig aufgeteilt werden.
RAID 5EE:
Ein RAID 5EE Verbund ersetzt ein RAID 5 inklusive einer hot-spare Festplatte. Dabei gibt es keine dedizierte Hot-Spare Festplatte mehr. Die Kapazität der Hot-Spare Festplatte wird auf alle Laufwerke gleichmäßig verteilt, so dass die Hot-Spare Festplatte ein aktives Mitglied des RAIDs ist und nicht nur mitläuft. Der Vorteil eines RAID 5EE ist dabei der Performancezuwachs gegenüber einem RAID 5 mit einer Hot-Spare Festplatte, da die sonst mitlaufende Hot-Spare Festplatte im RAID eingebunden ist.
RAID 6:
Beim RAID 6 werden, ähnlich wie bei RAID 5, zusätzliche Paritätsinformationen gespeichert. Im Gegensatz zum RAID 5 können beim RAID 6 bis zu 2 Festplatten ausfallen, da die Paritätsinformationen für 2 Festplatten berechnet werden. Man benötigt für RAID 6 mindestens 4 Festplatten und erhält als nutzbare Kapazität die Größe aller Festplatten abzüglich der Größe von 2 Festplatten. Auch beim RAID 6 wird der laufende Betrieb nicht durch den Ausfall von Festplatten unterbrochen. Während des Rebuilds werden anhand der Paritätsinformationen die Daten für die ausgefallenen Festplatten wieder zurückgerechnet. Fallen mehr als 2 Festplatten gleichzeitig oder während eines Rebuilds aus, so lassen sich die Daten nicht mehr rekonstruieren. Durch die Schreibzugriffe für die zusätzlichen Paritätsinformationen ist ein RAID 6 langsamer als ein RAID 5, da doppelt so viele Paritätsinformationen gespeichert werden müssen.
RAID 10:
RAID 10 ist eine Kombination aus RAID 0 und RAID 1. Daraus resultiert zusätzlich zu der Datensicherheit auch ein Performancegewinn. Je nach Verfahrensweise werden entweder immer zwei Festplatten gespiegelt und daraus dann ein RAID 0 (Stripe Set) erstellt oder zuerst ein RAID 0 erstellt und dann gespiegelt. Obwohl bei beiden Varianten die nutzbare Kapazität gleich ist, ist bei der ersten Variante die Datensicherheit größer. Wenn eine Festplatte bei der ersten Variante ausfällt, dann ist eine Spiegelung zwar nicht mehr im redundanten Modus, aber das komplette RAID 0 funktioniert weiterhin. Fallen dabei andere Festplatten aus anderen Spiegelungen aus, ist das System weiterhin funktionsfähig. Fällt bei der zweiten Variante eine Festplatte aus, ist ein RAID 0 unbrauchbar. Dessen Spiegelung funktioniert aber weiterhin, allerdings darf kein Laufwerk mehr aus dem zweiten gespiegelten RAID 0 ausfallen, da damit das gespiegelte logische Laufwerk auch unbrauchbar werden würde. Die zweite Variante wird auch öfters RAID 0+1 genannt. RAID 10 setzt den Einsatz von mindestens 4 Festplatten voraus und benötigt immer eine gerade Anzahl an Festplatten.
RAID 50:
Ähnlich wie bei RAID 10 lassen sich auch RAID 5 und RAID 0 kombinieren. Daraus resultiert dann ein RAID 50. Dabei werden zuerst mehrere RAID 5 Volumes erstellt, die dann zu einem RAID 0 verbunden werden. Dieses Verfahren bietet eine höhere Performance als RAID 5. Für RAID 50 werden mindestens 6 Festplatten benötigt. Die nutzbare Kapazität setzt sich dabei aus der Größe aller Festplatten abzüglich der Größe von zwei Festplatten zusammen. Pro RAID 5 darf dabei nur eine Festplatte ausfallen, um die Daten wieder rekonstruieren zu können.
RAID 60:
Ähnlich wie bei RAID 50 lassen sich auch RAID 6 und RAID 0 kombinieren. Daraus resultiert dann ein RAID 60. Zuerst werden mehrere RAID 6-Volumes erstellt, die dann zu einem RAID 0 verbunden werden. Pro RAID 6 dürfen bis zu 2 Festplatten ausfallen, um die Daten wieder zu rekonstruieren. Dieses Verfahren bietet eine höhere Performance als RAID 6. Es werden mindestens 8 Festplatten für RAID 60 benötigt.
JBOD:
Bei JBOD (just a bunch of disks) werden die Festplatten eins zu eins an das Betriebssystem weitergegeben. Es wird kein RAID erstellt. Jede Festplatte ist einzeln im Betriebssystem sichtbar, so dass man aus mehreren Festplatten ein Software RAID erstellen kann. JBOD Festplatten müssen dabei nicht unbedingt von einem einzigen Controller bereitgestellt werden. Man kann auch mehrere Festplatten an mehreren Controllern anschließen.