03 - RAID

1. Was ist ein RAID?

RAID (Redundant Array of Independent Disks) fasst mehrere physische Laufwerke zu einem logischen Volume zusammen, um Ausfallsicherheit, Performance und/oder Kapazität zu erhöhen. Wichtig: RAID ersetzt kein Backup – es schützt gegen Hardwareausfall, nicht gegen versehentliches Löschen, Ransomware oder Datenkorruption.

Ziele:

Ausfallsicherheit: Spiegelung oder Parität ermöglicht Plattenausfall ohne Datenverlust.
Performance: Paralleles Lesen/Schreiben steigert Durchsatz.
Kapazität: Mehrere Platten bilden ein großes Volume; nutzbare Kapazität lässt sich je nach Level berechnen.

2. Hardware-RAID vs. Software-RAID

Hardware-RAID

Dedizierte Controller (PCIe-Karten oder integrierte Smart-Array-Controller) organisieren Striping, Parität und Rebuilds. Vorteile: Entlastung der CPU, Cache mit Batterie/SuperCap, Monitoring-Funktionen. Ohne intakten Cache-Schutz fällt der Controller in Write-Through.

Software-RAID

Das Betriebssystem (z. B. Linux mdadm, Windows Storage Spaces) verwaltet Spiegelung/Parität. Vorteile: Kostengünstig, flexibel, hohe Performance mit modernen CPUs. Nachteil: CPU-Last und ggf. weniger Hardware-Features.

Firmware-/Host-RAID ("FakeRAID")

Mischung aus BIOS/UEFI-Unterstützung und Treibern. Kaum portabel/robust, lohnt nur in Spezialfällen.

Entscheidungskriterien: Performance-Anforderungen, Monitoring/Hot-Spare-Funktionen, Budget und Support.

3. Wichtige RAID-Level

RAID 0 – Striping ohne Redundanz

Daten werden blockweise verteilt (striped). Maximale Performance und Kapazität, aber kein Schutz. Fällt eine Platte aus, ist das komplette Array verloren. Typische Nutzung: temporäre Daten, Tests, Videoschnitt-Cache.

RAID 1 – Mirroring

Spiegelt Daten auf zwei (oder mehr) Platten. Ausfallsicherheit hoch, nutzbare Kapazität = Kapazität der kleinsten Platte (bei zwei Laufwerken 50 % der Rohkapazität). Lesen kann beschleunigt werden.

RAID 5 – Striping mit einfacher Parität

Mindestens drei Platten, Parität schützt gegen Ausfall einer Platte. Nutzbar: (n − 1) × Size der kleinsten Platte. Lesen schnell, Schreiben langsamer wegen Parität. Bei großen HDDs steigt das Risiko eines zweiten Fehlers (URE) während des Rebuilds.

RAID 6 – Striping mit doppelter Parität

Mindestens vier Platten, verkraftet zwei Ausfälle. Nutzbar: (n − 2) × Size. Mehr Schreib-Overhead, dafür deutlich sicherer bei großen Arrays.

RAID 10 (1+0)

Kombiniert Spiegelung und Striping. Mindestens vier Platten (zwei Spiegelpaare). Hohe Performance und Ausfallsicherheit, solange nicht beide Platten desselben Spiegelpaares ausfallen. Nutzbare Kapazität 50 %.

Kurzvergleich

RAID 0: min. 2 Platten, Kapazität = n, Performance hoch, keine Redundanz.
RAID 1: min. 2, Kapazität = 1 × Size, 1 Platte darf ausfallen.
RAID 5: min. 3, Kapazität = (n − 1), 1 Platte darf ausfallen.
RAID 6: min. 4, Kapazität = (n − 2), 2 Platten dürfen ausfallen.
RAID 10: min. 4, Kapazität = n/2, sehr hohe Performance & Redundanz.

4. Rebuilds – Wiederherstellung in der Praxis

Rebuilds schreiben Daten nach Austausch einer defekten Platte zurück.

RAID 1: Schneller Kopiervorgang, aber währenddessen keine Redundanz.
RAID 5: Controller liest alle verbliebenen Platten + Parität. Hohe Last und Risiko eines weiteren Fehlers (URE). Kann Stunden bis Tage dauern.
Hot Spares: Vorhandene Ersatzplatten starten Rebuild automatisch, reduzieren Zeit ohne Redundanz.
URE-Risiko: Gerade bei großen HDDs kann ein nicht korrigierbarer Lesefehler den Rebuild scheitern lassen → RAID 6/10 bevorzugen.

Herstellerhinweise:

HPE Smart Array: Rebuild-Geschwindigkeit hängt stark von Cache/SuperCap ab.
QNAP NAS: Rebuilds laufen mit niedriger Priorität, um Dienste nicht zu stören; Priorität kann angepasst werden.

5. Cache-Module & Absicherung

Viele Hardware-Controller nutzen Write-Back-Caches, um Schreibzugriffe zu beschleunigen. Damit Daten bei Stromverlust nicht verloren gehen, braucht es Absicherung:

BBWC: Battery-Backed Write Cache hält Daten im DRAM, bis sie auf die Platten geschrieben wurden.
FBWC / SuperCap: Cache wird bei Ausfall blitzschnell in Flash geschrieben, gespeist durch Superkondensator.

Fällt die Absicherung aus, schalten Controller in Write-Through → drastisch geringere Schreibperformance und längere Rebuilds.

6. Praxis-Tipps & Checkliste

Backups: RAID ≠ Backup. Regelmäßig sichern und Restore testen.
Hot Spare: Wenn möglich bereitstellen.
SMART-Monitoring: Kritische Werte beobachten (Reallocated/Pending Sectors).
Firmware: Controller- und Laufwerks-Firmware aktuell halten, aber Updates vorher testen.
Rebuild-Priorität: Balance zwischen Performance und Wiederherstellung anpassen.
Scrubbing: Periodisch Datenintegrität prüfen.
Level-Wahl: Bei großen HDDs lieber RAID 6 oder 10 statt RAID 5.
Dateisysteme: ZFS/Btrfs bieten Checksumming & Copy-on-Write als zusätzliche Schutzschicht.

7. Moderne Alternativen / Begriffe

RAIDZ (ZFS): RAIDZ1 ≈ RAID5, RAIDZ2 ≈ RAID6 – plus Checksummen, Copy-On-Write, Resilvering.
Scrubbing/Resilvering: Regelmäßiges Prüfen und Wiederherstellen reduziert latente Fehler.

8. Fazit

Die Wahl des RAID-Levels hängt von Performance- und Sicherheitszielen ab. Plane Rebuild-Risiken, Festplattengrößen, Hot-Spare-Strategien und Backups mit ein. Dokumentation und Monitoring helfen, Ausfälle planbar zu machen.