Jede Serverkonfiguration kommt irgendwann an denselben entscheidenden Punkt: Es stehen mehrere Festplatten und ein Controller zur Verfügung, und es muss entschieden werden, wie diese Laufwerke zusammenarbeiten sollen.
Wird die richtige Entscheidung getroffen, kann ein Server den Ausfall einer Festplatte beispielsweise an einem Sonntagabend problemlos verkraften, ohne dass jemand etwas davon bemerkt. Wird hingegen die falsche RAID-Konfiguration gewählt, verliert man entweder die Hälfte der verfügbaren Speicherkapazität oder muss eine sehr schwierige Woche damit verbringen, Daten aus einem vorhandenen Backup wiederherzustellen.
RAID (Redundant Array of Independent Disks) bezeichnet einen Verbund aus mehreren physischen Festplatten, die zu einem einzigen logischen Laufwerk zusammengefasst werden.
Je nach gewählter RAID-Stufe bietet dieser Verbund eine höhere Geschwindigkeit, eine bessere Ausfallsicherheit, mehr nutzbare Speicherkapazität oder einen Kompromiss zwischen diesen Eigenschaften.
Was RAID jedoch niemals ersetzt, ist ein Backup. Dieses Missverständnis verursacht Unternehmen jedes Jahr erhebliche finanzielle Verluste.
Im Folgenden erfahren Sie, wie Sie die richtige Entscheidung treffen, ohne auf Vermutungen angewiesen zu sein.
Zunächst verstehen, was RAID eigentlich macht
Jede RAID-Stufe basiert auf drei grundlegenden Verfahren, die in unterschiedlichen Kombinationen eingesetzt werden.
Striping (Datenstreifung)
Beim Striping werden Daten in Blöcke aufgeteilt und auf mehrere Festplatten im Verbund verteilt. Dadurch können mehrere Festplatten gleichzeitig Daten lesen und schreiben, was die Übertragungsgeschwindigkeit erhöht.
Striping allein bietet jedoch keinerlei Schutz vor Datenverlust.
Mirroring (Festplattenspiegelung)
Beim Mirroring werden dieselben Daten gleichzeitig auf zwei Festplatten geschrieben. Dadurch geht die Hälfte der ursprünglichen Speicherkapazität verloren. Im Gegenzug entsteht eine vollständige zweite Datenkopie, auf die sofort zurückgegriffen werden kann, wenn die erste Festplatte ausfällt.
Parity (Paritätsinformationen)
Bei diesem Verfahren werden mathematische Zusatzinformationen gespeichert, mit deren Hilfe ein RAID-Verbund fehlende Daten aus den noch vorhandenen Informationen wiederherstellen kann.
Im Vergleich zum Mirroring wird die Speicherkapazität deutlich effizienter genutzt. Allerdings verlangsamt die Berechnung und Aktualisierung der Paritätsinformationen die Schreibgeschwindigkeit. Auch die Wiederherstellung der Daten nach einem Festplattenausfall ist ein langsamer und belastender Prozess für die verbleibenden Festplatten.
Wenn man RAID-Level als unterschiedliche Kombinationen dieser drei grundlegenden Verfahren betrachtet, werden die Unterschiede zwischen ihnen verständlicher und nachvollziehbarer.
Die RAID-Level, die Sie kennen sollten
RAID 0 – Striping ohne Ausfallsicherheit
Bei RAID 0 werden mindestens zwei Festplatten miteinander kombiniert. Dabei stehen 100 % der gesamten Speicherkapazität zur Verfügung. Außerdem werden die höchstmöglichen Lese- und Schreibgeschwindigkeiten erreicht, die mit den verwendeten Festplatten möglich sind.
Der entscheidende Nachteil ist jedoch erheblich: Fällt auch nur eine einzige Festplatte aus, ist das gesamte RAID-Array verloren.
Mit jeder zusätzlichen Festplatte steigt das Risiko, da mehr Komponenten vorhanden sind, deren Ausfall den gesamten Verbund zerstören kann.
RAID 0 sollte daher ausschließlich für temporäre Daten verwendet werden, die jederzeit wiederhergestellt oder neu erstellt werden können. Beispiele hierfür sind:
- Ausgabedaten beim Video-Transcoding
- Render-Caches
- Temporäre Speicherbereiche für Datenverarbeitung
RAID 1 – Spiegelung (Mirroring)
RAID 1 verwendet zwei Festplatten und stellt die Hälfte der gesamten Speicherkapazität zur Verfügung.
Der Vorteil ist einfach: Fällt eine Festplatte aus, arbeitet die andere weiterhin und stellt die Daten zur Verfügung.
Die Lesegeschwindigkeit kann höher sein, da beide Festplatten Leseanfragen bearbeiten können. Die Schreibgeschwindigkeit entspricht ungefähr der einer einzelnen Festplatte.
Auch die Wiederherstellung nach einem Ausfall ist unkompliziert, da die Daten direkt von der verbleibenden Festplatte kopiert werden können, ohne aufwendige Neuberechnungen durchführen zu müssen.
Für Systemlaufwerke, kleinere Anwendungsserver und einfache Serverkonfigurationen ist RAID 1 eine zuverlässige und unkomplizierte Lösung.
RAID 5 – Striping mit einfacher Parität
Für RAID 5 werden mindestens drei Festplatten benötigt.
Die Kapazität einer Festplatte wird für Paritätsinformationen verwendet. Bei einem Verbund aus vier Festplatten stehen somit drei Festplatten an nutzbarer Speicherkapazität zur Verfügung.
Die Vorteile sind eine hohe Lesegeschwindigkeit, eine gute Speicherausnutzung und die Möglichkeit, den Ausfall einer Festplatte zu verkraften.
Das eigentliche Problem entsteht während der Wiederherstellung (Rebuild).
Wenn bei einem modernen RAID-Verbund mit 12-TB- oder 16-TB-Festplatten ein Laufwerk ausfällt, kann der Wiederherstellungsprozess einen ganzen Tag oder sogar länger dauern.
Während dieser Zeit werden alle verbleibenden Festplatten durch kontinuierliche Lesezugriffe stark beansprucht. Gleichzeitig besteht keinerlei zusätzliche Redundanz mehr.
Genau in dieser Phase kann eine zweite, bereits gealterte Festplatte ausfallen.
RAID 5 ist bei SSDs und kleineren Speicherkapazitäten weiterhin sinnvoll. Bei großen mechanischen Festplatten wird es jedoch zunehmend weniger eingesetzt.
RAID 6 – Striping mit doppelter Parität
RAID 6 benötigt mindestens vier Festplatten. Die Speicherkapazität von zwei Festplatten wird für Paritätsinformationen verwendet.
Dafür kann das System den gleichzeitigen Ausfall von zwei Festplatten verkraften.
Die Schreibgeschwindigkeit ist aufgrund der zwei erforderlichen Paritätsberechnungen geringer. Der große Vorteil besteht jedoch darin, dass selbst während eines Wiederherstellungsprozesses noch eine weitere Festplatte ausfallen kann, ohne dass die Daten verloren gehen.
Für große Archivspeicher, Backup-Server und Dateiserver hat sich RAID 6 als eine sinnvolle Standardlösung etabliert.
RAID 10 – Kombination aus Spiegelung und Striping
RAID 10 kombiniert gespiegelte Festplattenpaare mit Striping.
Es werden mindestens vier Festplatten benötigt, und die Gesamtzahl der Festplatten muss gerade sein. Die Hälfte der gesamten Speicherkapazität steht zur Verfügung.
RAID 10 bietet eine sehr gute Kombination aus Leistung und Ausfallsicherheit und eignet sich besonders für anspruchsvolle Anwendungen.
Da keine Paritätsberechnungen erforderlich sind, ist die Leistung bei zufälligen Schreibzugriffen besonders hoch. Genau diese Eigenschaft ist für Datenbanken und Virtualisierungsserver wichtig.
Auch die Wiederherstellung nach einem Festplattenausfall ist weniger aufwendig, da die Daten direkt von der jeweils anderen Festplatte des Spiegelpaares kopiert werden können.
Der Ausfall einer einzelnen Festplatte kann immer verkraftet werden. Auch mehrere Festplattenausfälle sind möglich, solange nicht beide Festplatten desselben Spiegelpaares gleichzeitig ausfallen.
RAID 50 und RAID 60
Diese RAID-Level kombinieren mehrere RAID-5- beziehungsweise RAID-6-Gruppen miteinander und verteilen die Daten anschließend per Striping über diese Gruppen.
Sie werden vor allem bei großen Speicherverbünden eingesetzt, wenn eine effiziente Paritätsnutzung gewünscht ist, ohne die Nachteile einer einzigen sehr großen RAID-Gruppe in Kauf nehmen zu müssen.
Wenn Sie nicht mit zwölf oder mehr Festplatten arbeiten, können Sie diese RAID-Level in der Regel zunächst außer Acht lassen.
| Level | Min drives | Usable capacity | Survives | Best suited to |
|---|---|---|---|---|
| RAID 0 | 2 | 100% | Nothing | Scratch and cache volumes |
| RAID 1 | 2 | 50% | 1 drive | Boot disks, small servers |
| RAID 5 | 3 | (n-1)/n | 1 drive | Read-heavy SSD arrays |
| RAID 6 | 4 | (n-2)/n | 2 drives | Large HDD storage servers |
| RAID 10 | 4 | 50% | 1+ drives | Databases, VM hosts |
Hardware-RAID, Software-RAID oder ZFS
Die Wahl des RAID-Levels ist nur die eine Hälfte der Entscheidung. Ebenso wichtig ist die Art und Weise, wie RAID implementiert wird.
Ein Hardware-RAID-Controller mit integriertem Cache und batterie- oder flashgestütztem Schutz übernimmt die Paritätsberechnung direkt über seine Hardware. Gegenüber dem Betriebssystem wird das gesamte RAID-Array als eine einzige Festplatte dargestellt.
Diese Lösung bietet eine gleichbleibende Leistung und ist mit nahezu allen Betriebssystemen kompatibel. Allerdings wird der RAID-Controller selbst zu einer wichtigen Komponente, von der das gesamte System abhängig ist.
Fällt der Controller aus, benötigen Sie in der Regel einen kompatiblen Ersatzcontroller, bevor Sie wieder auf Ihre Daten zugreifen können.
Software-RAID, beispielsweise Linux mdadm oder Windows Storage Spaces, nutzt hingegen den Prozessor (CPU) des Hostsystems.
Moderne Prozessoren können Paritätsberechnungen problemlos bewältigen. Außerdem bleibt der RAID-Verbund an die Festplatten gebunden und nicht an einen bestimmten Controller. Dadurch ist die Wiederherstellung bei einem Hardwaredefekt deutlich flexibler.
ZFS geht noch einen Schritt weiter. Es verwendet Prüfsummen (Checksums) für jeden Datenblock, erkennt dadurch unbemerkte Datenbeschädigungen und kann beschädigte Daten mithilfe vorhandener redundanter Informationen reparieren.
ZFS benötigt direkten Zugriff auf die Festplatten über einen HBA-Controller im Pass-through-Modus. Wird stattdessen ein Hardware-RAID-Controller verwendet, geht ein wesentlicher Vorteil von ZFS verloren.
Außerdem sollten Sie ausreichend Arbeitsspeicher (RAM) einplanen und die Speicherstruktur (Pool-Layout) sorgfältig festlegen, bevor Sie den Speicherpool erstellen.
Ein wichtiger Hinweis zu modernen Systemen:
Bei NVMe-Festplatten kann ein Hardware-RAID-Controller häufig eher zum Leistungsengpass als zur Leistungssteigerung werden.
Bei Systemen mit NVMe-Laufwerken liefern Software-RAID oder ZFS daher in vielen Fällen bessere Ergebnisse.
Vier Fragen, die Ihnen bei der Entscheidung helfen
Was genau macht das System?
Zufällige Schreibzugriffe (Random Writes) sind hierbei der entscheidende Faktor.
Datenbanken, Mailserver und Virtualisierungsserver erzeugen besonders viele solcher Schreibzugriffe und leiden stark unter den Leistungseinbußen von Paritätsverfahren. Daher ist RAID 10 für diese Anwendungen häufig die bessere Wahl.
Bei leseintensiven Anwendungen wie Webservern, der Bereitstellung statischer Dateien und Archivsystemen funktionieren RAID 5 oder RAID 6 hingegen problemlos.
Wie viel nutzbare Speicherkapazität benötigen Sie?
Redundanz ist nicht kostenlos. Sie geht immer zulasten der verfügbaren Speicherkapazität.
Sechs Festplatten mit jeweils 4 TB bieten zusammen 24 TB Rohkapazität. Je nach RAID-Level ergibt sich folgende nutzbare Kapazität:
- RAID 10: 12 TB
- RAID 6: 16 TB
- RAID 5: 20 TB
Gehen Sie bei Ihrer Planung von dem tatsächlich benötigten Speicherplatz aus und nicht einfach von den Festplatten, die Ihnen gerade zur Verfügung stehen.
Wie lange darf die Wiederherstellung dauern?
Je größer die Festplatten sind, desto länger dauern Wiederherstellungsprozesse (Rebuilds).
Während dieser Zeit arbeitet das System mit eingeschränkter Leistung und ist einem erhöhten Risiko ausgesetzt.
Je größer die eingesetzten Festplatten sind, desto sinnvoller wird daher der Einsatz von doppelter Parität oder Spiegelung.
Was passiert, wenn das gesamte RAID-Array verloren geht?
RAID schützt vor dem Ausfall einzelner Festplatten. Es bietet jedoch keinen Schutz vor versehentlichem Löschen, Ransomware, einem defekten Controller, Feuer oder Diebstahl.
Jede RAID-Planung benötigt deshalb zusätzlich ein separates Backup-Konzept.
Fehler, die Sie vermeiden sollten
RAID als Ersatz für ein Backup zu betrachten, ist der größte Fehler. Daneben gibt es einige weitere häufige Probleme:
- Festplatten unterschiedlicher Kapazität mischen: Dadurch richtet sich die nutzbare Kapazität des Verbunds nach der kleinsten Festplatte.
- Batteriegestützten Cache vernachlässigen: Fehlt bei einem Hardware-RAID-Controller der Batterieschutz für den Cache, können noch nicht vollständig gespeicherte Schreibvorgänge bei einem Stromausfall verloren gehen.
- Auf Systemüberwachung verzichten: Ohne regelmäßige Überwachung kann ein Server monatelang in einem eingeschränkten RAID-Zustand laufen, bis schließlich eine zweite Festplatte ausfällt und der Fehler bemerkt wird.
- Keine Hot-Spare-Festplatte vorsehen: Bei Servern an entfernten Standorten oder in Colocation-Rechenzentren führt das Fehlen einer Hot-Spare-Festplatte dazu, dass ein normalerweise innerhalb weniger Minuten automatisch gestarteter Wiederherstellungsprozess einen zusätzlichen Besuch im Rechenzentrum erforderlich machen kann.
Häufig gestellte Fragen (FAQ)
Does RAID replace backups?
No. RAID keeps a server running through a drive failure, but it faithfully replicates deletions, ransomware encryption and file corruption across every disk in the array. Keep separate backups, ideally with one copy off-site.
RAID 5 or RAID 10 for a database server?
RAID 10. Databases produce heavy random writes, and the parity overhead in RAID 5 hits exactly that pattern hardest. You give up more capacity, but you gain write performance and much faster, safer rebuilds.
Can I change the RAID level later without losing data?
Sometimes. Many controllers and mdadm support online migration, but it runs for hours, stresses every drive, and leaves you exposed if something fails midway. Take a full backup first and treat it as a planned maintenance window.