Speicherplatz ist angesichts der zunehmenden Datenmenge von entscheidender Bedeutung. Heutzutage können AAA-Spiele Hunderte von Gigabyte Speicherplatz erfordern, während ein Blu-ray-4K-HD-Film 70/80 Gigabyte erreichen kann. Sogar die HDR-Bilder und -Videos, die wir mit unseren Mobiltelefonen aufnehmen, beanspruchen viel Speicherplatz.

Normalerweise kaufen wir eine Festplatte, wenn unser Speicherplatz nicht ausreicht. Wenn jedoch mehr als eine Festplatte vorhanden ist, kann es zu Problemen mit der Festplattenpartitionierung kommen. Bei wichtigen Daten müssen wir möglicherweise manuell Dateisicherungen auf einer anderen Festplatte durchführen, um die Datensicherheit zu erhöhen.

Wie können wir also mehrere Festplatten nutzen? Durch die Verwendung von RAID können wir mehrere Festplatten verwenden, um die Speicherkapazität und Datensicherheit zu erhöhen.

Was ist RAID?

RAID (Redundant Array of Incognito Disks) wurde 1988 von Prof. DA Patterson aus Berkeley, Kalifornien, vorgeschlagen und ist als redundantes Array unabhängiger Festplatten bekannt.

RAID ist die Kombination mehrerer unabhängiger Festplatten zu einer Festplattengruppe mit großer Kapazität. Dabei werden auf einzelnen Festplatten durch den additiven Effekt generierte Daten bereitgestellt, um die Leistung des gesamten Festplattensystems zu verbessern, und redundante Daten gespeichert, um die Fehlertoleranz zu erhöhen.

Kurz gesagt bietet es viele Vorteile, da es mehrere unabhängige Festplatten zu einer Festplattengruppe mit großer Kapazität kombiniert, um die Lese- und Schreibgeschwindigkeiten mit Datenschutzfunktionen deutlich zu erhöhen.

RAID gibt es in verschiedenen Stufen und Varianten, darunter RAID 0, RAID 1, RAID 2, RAID 3, RAID 4, RAID 5, RAID 6, RAID F1, RAIDZ, JBOD, SHR, SHR2 und Hybrid-RAID.

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RAID-Typen ( physische RAID-Konfigurationen )

RAID kann in zwei Haupttypen unterteilt werden: Hardware-RAID und Software-RAID.

Hardware-RAID

Hardware-RAID gibt es in zwei Formen. Ein externes RAID-Gehäuse ist besonders teuer und wird normalerweise für Enterprise-Speicher verwendet. Eine andere Form ist das Hinzufügen einer RAID-Controllerkarte zum Computer.

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RAID-Controllerkarten bieten dank des Cache auf der Karte höhere Geschwindigkeiten und mehr Stabilität, was die Lese- und Schreibgeschwindigkeit verbessern kann. Die Stabilität wird verbessert, da die hochwertigen Controllerkarten mit Batterien ausgestattet sind. Die Batterie der Controllerkarte kann sicherstellen, dass die Daten auf die Festplatte geschrieben werden, bevor diese keinen Strom mehr hat, und sorgt so für Datensicherheit. Neue Controllerkarten sind teurer als alte Karten und eignen sich daher für preisbewusste Benutzer.

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Trotz der vielen Vorteile von Hardware-RAID gibt es eine potenzielle Falle, die wir vermeiden müssen: die RAID-Funktion, die mit einem Motherboard geliefert wird. Dies liegt daran, dass das Array im Falle eines Motherboard-Problems, wie z. B. fehlgeschlagener Übertaktung oder einer leeren Batterie, verloren gehen kann. Das RAID, das mit einem Motherboard geliefert wird, ist nicht einmal annähernd mit dem zweiten RAID-Typ – Software-RAID – vergleichbar.

Software-RAID

Software-RAID ist die Verwendung von Software zur Simulation von RAID. Frühe RAID-Versionen sind nicht sehr stabil und die Geschwindigkeit ist nicht so hoch wie bei Hardware-RAID. Mit der kontinuierlichen Optimierung der Technologie besteht jedoch kein großer Leistungsunterschied mehr zwischen Software-RAID und Hardware-RAID. Software-RAID ist eine gängige Wahl bei vielen NAS-Geräten für den Heimgebrauch.

RAID-Stufen

Der RAID-Level beginnt bei 0 und geht bis 7. Beginnen wir mit RAID 0. Stellen Sie sich Festplatten als Eimer vor und Lese-/Schreibvorgänge als den Vorgang, diese Eimer mit Wasser zu füllen. Diese Analogie erleichtert das Verständnis von RAID.

Was ist RAID 0

Kurze Fakten zu RAID 0
Vorteile : Schnelle Lese-/Schreibgeschwindigkeiten (keine zufälligen Lese-/Schreibgeschwindigkeiten); nutzt den gesamten Festplattenspeicher
Nachteile : Kein Datenschutz
Tipp : RAID 0 kann nicht zum Speichern wichtiger Daten verwendet werden

Die Lese-/Schreibgeschwindigkeit wird durch die Schnittstelle der Festplatte begrenzt, wenn nur eine Festplatte vorhanden ist. Ähnlich wie die Größe eines Eimers die Geschwindigkeit begrenzt, mit der Wasser eingefüllt wird. Sie können beide Eimer gleichzeitig mit Wasser füllen, und die Lese-/Schreibgeschwindigkeit ist doppelt so hoch wie bei einer einzelnen Festplatte. Dies ist die RAID 0-Speicherebene.

RAID 0 kombiniert zwei oder mehr Festplatten zu einer großen logischen Festplatte mit einer Gesamtkapazität, die der Kapazität aller Festplatten entspricht. Beim Schreiben von Daten werden diese segmentiert und auf separaten Festplatten gespeichert, sodass mehrere Festplatten gleichzeitig Lese- und Schreibvorgänge ausführen können.

RAID 0 hat trotz der höchsten Geschwindigkeit und der größten Kapazität einen großen Nachteil. Seine hervorragende Geschwindigkeit führt zu einem Mangel an Redundanz und Fehlertoleranz. Alle Daten gehen verloren und sind nicht wiederherstellbar, wenn eine der Festplatten im Array beschädigt wird. Da die Daten in Segmenten gespeichert werden, führt eine Beschädigung einer der Festplatten zu einer unvollständigen Datenwiederherstellung. Daher wird die Verwendung von RAID 0 zum Speichern wichtiger Daten nicht empfohlen.

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Was ist RAID 1

Kurze Fakten zu RAID 1
Vorteile : Hohe Sicherheit, kein Datenverlust, selbst wenn eine der Festplatten beschädigt ist
Nachteile : Geringe Festplattenauslastung, keine Erhöhung der Schreibgeschwindigkeit

Welches RAID eignet sich zum Speichern wichtiger Daten? Am sichersten ist RAID 1, bei dem zwei Festplatten gespiegelt werden, sodass auf jeder Platte die gleichen Daten gespeichert werden. Die gesamten Daten können gelesen werden, sofern eine der Festplatten im Verbund nicht beschädigt ist. RAID 1 hat die gleiche Lesegeschwindigkeit wie RAID 0, allerdings kann die Lesegeschwindigkeit erhöht werden, wenn mehrere Festplatten verwendet werden. Die Schreibgeschwindigkeit ist jedoch die gleiche wie bei einer einzelnen Festplatte und kann nicht erhöht werden.

Eine beschädigte Festplatte in RAID 1 kann ausgesteckt werden und das Array stellt die Daten automatisch auf der neu eingesetzten Festplatte wieder her. Dieser Vorgang wird als Neuerstellung des Arrays bezeichnet.

Das Problem bei RAID 1 ist das relativ niedrige Preis-Leistungs-Verhältnis . Selbst wenn Sie 100 Festplatten in RAID 1 verwenden, entspricht die endgültige Kapazität nur der Kapazität einer Festplatte. Wenn die Größe jeder Festplatte unterschiedlich ist, basiert die endgültige Kapazität auf der Kapazität der kleinsten Festplatte. Die Gesamtauslastungsrate von RAID 1 ist die niedrigste aller RAID-Stufen. RAID 0 und RAID 1 können als zwei Extreme betrachtet werden, wobei RAID 0 ultraschnelle Geschwindigkeiten bietet, während RAID 1 ultrasicher ist.

Sie können RAID 2, 3, 4, 5 oder 6 in Betracht ziehen, wenn Sie Ihre Kapazität und Sicherheit erhöhen möchten, aber nicht auf die Geschwindigkeit Wert legen.

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RAID 2/RAID 3/RAID 4 (selten verwendete RAID-Level)

RAID 2, 3 und 4 wurden für bestimmte Anwendungen entwickelt, werden jedoch selten verwendet und viele Controllerkarten unterstützen diese Level aufgrund verschiedener Mängel nicht.

Was ist RAID 2

RAID 2 erfordert mindestens drei Festplatten. Beim Lesen und Schreiben von Daten ist es notwendig, die Daten in Echtzeit zu kodieren und die segmentierten Daten auf verschiedene Festplatten zu schreiben. Die Gesamtmenge der erhaltenen Daten ist größer als die Originaldaten. Darüber hinaus erfordert RAID 2 Echtzeit-Datenprüfsummen während Lese-/Schreibvorgängen. Der Hardware-Overhead ist höher, da der verwendete Prüfsummenalgorithmus komplexer ist.

Was ist RAID 3

RAID 3 erfordert mindestens drei Festplatten und hat aufgrund einfacherer Algorithmen einen relativ geringen Hardware-Overhead. Bei Lese- und Schreibvorgängen werden Daten segmentweise auf verschiedene Festplatten geschrieben, während Prüfsummen separat auf einer anderen Festplatte gespeichert werden. Allerdings muss bei jedem Lese- und Schreibvorgang auf die Prüfsumme einer Festplatte zugegriffen werden, da sie bei hoher Belastung über einen längeren Zeitraum leicht beschädigt wird. Wenn die Prüfsumme einer Festplatte beschädigt ist, können Daten nicht wiederhergestellt werden.

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Was ist RAID 4

RAID 4 ähnelt RAID 3, die Daten werden jedoch anders segmentiert. RAID 4 speichert Paritätsdaten ebenfalls auf einer separaten Festplatte. Im Gegensatz zu RAID 3 ist RAID 4 in Datenblöcke segmentiert, deren Größe vom System bestimmt wird und normalerweise viel größer als ein Bit ist. Daher ist das Schreiben kleiner Dateien bei RAID 4 schneller als bei RAID 3. Die Wahrscheinlichkeit einer Datenwiederherstellung bei einer beschädigten Festplatte ohne Prüfsumme ist jedoch geringer als bei RAID 3. Weder RAID 3 noch RAID 4 können Daten wiederherstellen, wenn die Prüfsumme einer Festplatte beschädigt ist.

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Was ist RAID 5 (weit verbreitet)

RAID 5 ist RAID 3 ähnlich, außer dass RAID 3 Paritätsdaten auf einer einzigen Festplatte speichert, während RAID 5 Paritätsdaten auf mehrere Festplatten verteilt. Daten auf anderen Festplatten und Prüfsummen können bei der Datenwiederherstellung zusammenarbeiten, wenn eine Festplatte beschädigt ist, anders als bei RAID 3, wo eine beschädigte Prüfsumme den Ausfall des gesamten Arrays verursacht.

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RAID 5 erfordert mindestens drei Festplatten. Ein Drittel des Speicherplatzes wird zum Speichern redundanter Informationen oder Prüfsummen verwendet, während zwei Drittel zum Speichern von Rohdaten verwendet werden. Die Lesegeschwindigkeit von RAID 5 ist ähnlich wie die von RAID 0, aber die Schreibgeschwindigkeit ist möglicherweise nicht so hoch wie bei RAID 0. Daten und Prüfsummen auf den anderen Festplatten können jedoch verwendet werden, um eine vollständige Datenwiederherstellung zu erreichen, selbst wenn eine der Festplatten im Array beschädigt ist, da ein Drittel des Speicherplatzes zum Speichern von Prüfsummen verwendet wird. Daher ist RAID 5 sicherer als RAID 0.

RAID 5 bietet eine höhere Sicherheit, hat aber auch Nachteile. Erstens ist die Wahrscheinlichkeit, dass beim Lesen von Daten auf einer mechanischen Festplatte ein nicht behebbarer Lesefehler (URE) auftritt, sehr gering. Dies kann einmal alle 12 TB Daten passieren. RAID 5 erkennt schon bei einem URE-Fehler, dass mit den Daten etwas nicht stimmt, und beginnt mit dem Neuaufbau des Arrays.

Mehrere Wiederherstellungen können dazu führen, dass die Festplatten über längere Zeiträume unter hoher Belastung laufen. Wenn die Festplatten gleichzeitig gekauft wurden und eine Festplatte ausfällt, kann auch der Zustand der anderen Festplatten instabil werden, was zu weiteren Festplattenschäden führen kann.

Da bei RAID 5 nur die Beschädigung einer Festplatte zulässig ist, werden die Daten nicht gespeichert, wenn während des Wiederherstellungsprozesses eine andere Festplatte beschädigt wird. Die Verwendung von RAID 5 wird nicht empfohlen, da es im Vergleich zu RAID 6 eine niedrige Erfolgsquote beim Wiederherstellen von Arrays und eine schlechte Sicherheit aufweist.

Was ist RAID F1 (weniger verbreitet)

RAID F1 hat ein Array-Layout, das auf RAID 5 basiert, und ist für Solid-State-Laufwerke (SSDs) konzipiert. RAID F1 ist für SSD-Schreibverschleiß optimiert und speichert Prüfsummen in einer SSD, um die Anzahl der Schreibvorgänge auf anderen SSDs zu minimieren. Das System unterstützt die automatische Datenübertragung, wenn die SSD ihr Schreiblimit erreicht. Aufgrund der hohen SSD-Preise ist RAID F1 jedoch normalerweise nicht öffentlich zugänglich.

Was ist RAID 6 (weit verbreitet)

RAID 6 und RAID 5 sind zwei gängige RAID-Level. Im Vergleich zu RAID 5 fügt RAID 6 redundanten Festplattenspeicher für Paritätsdaten hinzu und erfordert mindestens vier Festplatten.

RAID 6 bietet eine hohe Datensicherheit, da zwei verschiedene Prüfsummenalgorithmen verwendet werden. Dadurch ist eine vollständige Datenwiederherstellung gewährleistet, selbst wenn zwei Festplatten beschädigt sind. Im Vergleich dazu ist RAID 5 weniger sicher. Allerdings ist die Anzahl der Prüfsummen bei RAID 6 doppelt so groß wie bei RAID 5, da RAID 6 zwei Prüfsummenalgorithmen verwendet, die rechenintensiver sind. Dies bedeutet, dass RAID 6 nicht so schnell lesen oder schreiben kann wie RAID 5.

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Hybrid-RAID

Wenn Sie mit RAID 0 bis 6 nicht zufrieden sind und wissen möchten, ob es RAID-Typen gibt, die die Vorteile aller Ebenen bieten, lesen Sie weiter, um mehr über Hybrid-RAID zu erfahren.

RAID 10

RAID 10 ist das am häufigsten verwendete Hybrid-RAID. Durch die Kombination der RAID 1- und RAID 0-Modi gewährleistet RAID 10 Datensicherheit und erhöht die Lese- und Schreibgeschwindigkeiten erheblich, die verfügbare Kapazität beträgt jedoch nur die Hälfte der Gesamtkapazität.

Für RAID 10 sind mindestens vier Festplatten erforderlich, von denen zwei zur Bildung von RAID 1 und zwei weitere zur Bildung von RAID 0 verwendet werden.

RAID 50 und RAID 60

Neben RAID 10 gibt es RAID 50- und RAID 60-Arrays. RAID 50 ist eine Kombination aus RAID 5 und RAID 0, wobei RAID 5 zum Speichern von Daten und Paritätsinformationen auf mehreren Festplatten verwendet wird und diese Festplatten mithilfe von RAID 0 zu einem großen gestreiften Speicherplatz kombiniert werden, wodurch Speicherkapazität und Lese-/Schreibleistung erhöht werden. RAID 60 ist eine Kombination aus RAID 6 und RAID 0 und verfolgt einen ähnlichen Ansatz zur Erhöhung der Speicherkapazität und Lese-/Schreibleistung bei gleichzeitig besserer Datenredundanz und -sicherheit.

JBOD (Ungewöhnlich)

JBOD steht für „a Bunch of Disks“ und verwendet ein spezielles Datenspeichermodell. Bei JBOD werden Daten sequenziell auf Festplatten gespeichert, beginnend mit der ersten Festplatte. Im System ist nur eine riesige Partition sichtbar, die die Kapazität aller Festplatten enthält. Wenn jedoch eine der Festplatten ausfällt, sind die Daten nicht mehr zugänglich. Schlimmer noch: Wenn die erste Festplatte beschädigt wird, fällt das gesamte Array aus, da dies der einzige Speicherort für die Datensegmentierung ist.

Der Vorteil von JBOD besteht darin, dass mehrere Festplatten als Ganzes behandelt werden und die gesamte Kapazität der Festplatten zur Verfügung steht. Darüber hinaus wird pro Schreibvorgang nur ein Laufwerk verwendet. Dies bedeutet, dass die anderen Laufwerke während Lese- und Schreibvorgängen im Leerlauf sind und eine Überbeanspruchung keinen Schaden verursacht. JBOD hat jedoch erhebliche Nachteile. Die Datensicherheit ist relativ gering, da der Ausfall einer Festplatte zu Datenverlust führen kann. Zweitens müssen sich die Lese- und Schreibgeschwindigkeiten noch verbessern und bleiben die gleichen wie bei einer einzelnen Festplatte. Daher wird JBOD nicht für Anwendungen empfohlen, die eine hohe Datensicherheit und Lese-/Schreibleistung erfordern.

Unraid (Ungewöhnlich)

Unraid ist ein Linux-basiertes Betriebssystem ähnlich JBOD und unterstützt Datenredundanz. In Unraid können eine oder zwei Festplatten zur Datenüberprüfung eingerichtet werden. Eine größere Kapazität ist erforderlich, um Daten wiederherzustellen, wenn eine oder zwei Festplatten ausfallen.

Unraid bietet eine praktische Kapazitätserweiterung, da Benutzer nur eine neue Festplatte in das System einlegen müssen, um den Speicherplatz zu erweitern. Selbst wenn mehr als eine Festplatte defekt ist, gehen nur die Daten auf der beschädigten Festplatte verloren. Die anderen Festplatten im Array können weiterhin normal funktionieren.

Unraid hat jedoch zwei große Nachteile, die seine Verwendung einschränken. Erstens ist es kostenpflichtig, die Preise liegen zwischen 59 und 129, was relativ günstig ist. Ähnlich wie JBOD hat Unraid langsamere Schreibgeschwindigkeiten, da die zusätzliche Prüfsummenoperation die Schreibzeit erhöht. Tatsächlich können die Schreibgeschwindigkeiten von Unraid sogar langsamer sein als die von JBOD, dem langsamsten aller Arrays.

Dennoch bietet Unraid viel Speicherplatz und ist daher ideal für Benutzer, die keine hohe Leistung benötigen.

SHR (Synology Hybrid RAID)

Synology Hybrid RAID (SHR) ist ein einzigartiger Array-Modus, der sich vor allem an neue Benutzer richtet, die sich noch nicht mit Arrays auskennen. SHR kann den geeigneten RAID-Modus automatisch anhand der Anzahl und Kapazität der Festplattenlaufwerke bestimmen und verwenden.

Bei SHR wird standardmäßig die Kapazität einer Festplatte zum Speichern von Prüfdaten verwendet. Wenn jede Festplatte die gleiche Kapazität hat und nur eine Festplatte verwendet wird, entspricht SHR einer normalen Festplatte ohne Datenschutz. Bei Verwendung von zwei Festplatten verwendet SHR einen RAID 1-ähnlichen Modus. Bei Verwendung von drei Festplatten ähnelt SHR RAID 5. SHR 2 speichert Prüfsummen auf zwei Festplatten und erfordert vier Festplatten, ähnlich wie RAID 6.

SHR erleichtert das Upgrade von einem auf zwei redundante Festplatten-Arrays und bietet mehr Flexibilität als herkömmliches RAID. Die Datenwiederherstellung kann jedoch nur in GroupHi durchgeführt werden, da SHR ein dedizierter Modus für GroupHi ist. Für die Datenwiederherstellung ist spezielle Software erforderlich, da Festplatten, die in anderen Computern verwendet werden, möglicherweise nicht in der Lage sind, Daten direkt zu lesen. Diese Software weist jedoch gewisse Einschränkungen bei der Datenwiederherstellung auf.

RAID Z

RAID Z ist ein Software-RAID, das auf dem ZFS-System basiert. ZFS ist ein 128-Bit-Dateisystem, das erweiterte Funktionen unterstützt, darunter:

• Die Möglichkeit, Speicher auf mehreren Festplatten zu erstellen
• Überschriebene Dateien können immer noch wiederhergestellt werden
• Snapshots bewahren die ursprünglichen Systemdateien auf und verfolgen gleichzeitig Änderungen (leistungsstarke Snapshot-Funktion)
• Prüfsummen beheben automatisch Fehler beim Lesen von Daten

RAID Z ist eine der Funktionen von ZFS, bei der keine zusätzliche Software oder Hardware zur Realisierung von RAID erforderlich ist. Es gibt drei Arten von RAID Z: RAID Z1, RAID Z2 und RAID Z3.

• RAID Z1 : Ähnlich wie RAID 5, jedoch werden zwei Festplatten zur Datenspeicherung und eine Festplatte zur Durchführung einer Festplattenprüfung verwendet.
• RAID Z2 : Ähnlich wie RAID 6 werden zwei Festplatten zum Speichern von Daten und zwei Paritätslaufwerke verwendet;
• RAID Z3 : Bietet höchste Sicherheit mit zwei Festplatten zur Datenspeicherung und drei Paritätslaufwerken.

In Verbindung mit den Funktionen von ZFS ist RAID Z eine hervorragende Option. RAID Z hat jedoch auch einige Nachteile, darunter einen hohen Speicherverbrauch. ZFS muss viel Speicher für die Zwischenspeicherung verwenden. Jedes T Speicherplatz entspricht am besten 1 G Speicher, da sonst die Leistung beeinträchtigt wird. Es wird empfohlen, mit mindestens 8 G zu beginnen. Es ist auch wichtig, Fehlerkorrekturcodespeicher zu verwenden, da dies die Wahrscheinlichkeit von Datenfehlern verringert.

Der zweite Nachteil ist die Kapazitätserweiterung. Wenn eine dritte Festplatte zu RAID Z1 gebildet wurde, muss eine weitere Gruppe von bis zu sechs Festplatten hinzugefügt werden. Dies ist nicht so praktisch wie RAID 5 und RAID 6, bei denen eine neue Festplatte zur Kapazitätserweiterung verwendet werden kann.

Letzte Worte

In diesem Artikel haben wir das RAID-Konzept sowie die Vor- und Nachteile von 15 verschiedenen RAID-Leveln erläutert. Wenn Benutzer die Merkmale der verschiedenen RAID-Level verstehen, können sie eine Speicherlösung auswählen, die ihren Anforderungen entspricht und die Datensicherheit und -zuverlässigkeit verbessert.