Um das beliebte Prüfungsthema RAID geht es in der
einhundertneunundsiebzigsten Episode des IT-Berufe-Podcasts. TL;DR
Mit RAID fasst du mehrere Festplatten oder SSDs zu einem Verbund
zusammen, dessen Eigenschaften vom RAID-Level abhängen. Redundante
Daten sorgen dafür, dass dein System bei einem Festplattenausfall
weiterlaufen kann; für Schäden am gesamten Verbund oder durch
Ransomware brauchst du zusätzlich ein Backup. Für Teil 1 deiner
Abschlussprüfung empfehle ich dir besonders RAID 0, 1 und 5 sowie
RAID 01 und 10: Dazu gehören die verfügbare Kapazität und die
Frage, welche Festplatten ausfallen dürfen. Auch wie schnell der
Verbund liest und schreibt sowie der Aufwand beim Rebuild gehören
zum Prüfungswissen. Kapitelmarken [00:00:00] Einführung und RAID
als Prüfungsthema [00:02:11] Begriff und Grundprinzip von RAID
[00:03:14] Verfügbarkeit und zusätzliche Datensicherung [00:07:20]
Rebuild und Belastung der Festplatten [00:08:32] JBOD und einzeln
angeschlossene Festplatten [00:09:26] Hardware-RAID und
Software-RAID [00:11:42] Kriterien für die Prüfung und
Nettokapazität [00:15:20] RAID 0: Striping und fehlende Redundanz
[00:19:13] RAID 0: Lese- und Schreibgeschwindigkeit [00:20:29] RAID
0: Ausfallwahrscheinlichkeit und Einsatzgebiete [00:24:41] RAID 1:
Mirroring und verfügbare Kapazität [00:27:11] RAID 1: Lesen und
Schreiben [00:29:05] RAID 1 und Schutz durch Backups [00:30:52]
RAID 5: Daten verteilen und Paritäten berechnen [00:34:21] RAID 5:
Verteilte Paritäten [00:36:00] RAID 5: Geschwindigkeit und
Nettokapazität [00:37:55] RAID 5: Ein Festplattenausfall und
häufige Schreibzugriffe [00:41:13] RAID 2, 3 und 4 [00:44:07] RAID
6: Zwei Paritäten und Sicherheit beim Rebuild [00:47:41] RAID-Level
kombinieren [00:49:02] Hierarchischer Aufbau und Legs [00:52:18]
RAID 01 und RAID 10: Mindestanzahl und Kapazität [00:53:40] RAID
01: Aufbau und verkraftbare Ausfälle [00:56:09] RAID 01: Defekte
erkennen und Rebuild [00:57:40] RAID 10: Aufbau und verkraftbare
Ausfälle [00:59:07] RAID 10: Rebuild und Controller-Ausfälle
[01:00:31] Diagramme und ergänzende Materialien [01:01:27]
Prüfungswissen zu RAID [01:02:55] Newsletter zur IT-Ausbildung
Inhalt RAID: Redundant Array of Independent Disks (bzw. früher
"inexpensive" statt "independent) Idee: Mehrere Festplatten zu
einem Verbund ("array") zusammenschließen Ziel: Ausfallsicherheit
und höhere Verfügbarkeit (durch Einführung von Redundanz) Bei
Ausfall einer Festplatte kann sie getauscht und das RAID-Array
wiederhergestellt werden ("Rebuild"), in dieser Phase ist das RAID
durch die hohe Belastung aber anfälliger für einen weiteren
Festplattenausfall. RAID ersetzt nicht die Datensicherung. Lösung:
Hardware- oder Software-RAID Hardware mit speziellen
RAID-Controllern Software meist schon ins Betriebssystem eingebaut
(z.B. in Linux) Alternative: JBOD (just a bunch of disks) Es gibt
verschiedene RAID-Level Kriterien: Mindestanzahl Festplatten,
Ausfallwahrscheinlichkeit, maximal verkraftbare ausgefallene
Festplatten, Lese-/Schreibgeschwindigkeit, Nettokapazität RAID 0:
Striping keine Redundanz, Merksatz: "0 Redundanz", "0 Sicherheit"
mindestens 2 Festplatten nötig teilt Festplatten in gleich große
Blöcke auf und verteilt die Daten darauf (stripes) Kapazität kann
komplett genutzt werden dadurch kann schneller gelesen werden, da
von mehreren Festplatten parallel gelesen wird auch das Schreiben
geht schneller, da Daten parallel auf mehrere Festplatten
geschrieben werden (aufgeteilt) fällt eine Festplatte aus, ist der
gesamte Verbund defekt Ausfallwahrscheinlichkeit steigt, da
Einzelwahrscheinlichkeiten multipliziert werden (z.B. bei 1%
Ausfallwahrscheinlichkeit 2,97% gesamt) Einsatz: Streaming (viel
Lesen, wenig Schreiben, Datenverlust verkraftbar bzw. anderweitig
abgesichert), mehrere kleine zu einem großen Datenträger
zusammenbauen Nachteil: hohe Ausfallwahrscheinlichkeit RAID 1:
Mirroring komplette Redundanz, Merksatz: "1-zu-1-Kopie" mindestens
2 Festplatten nötig Daten werden auf allen Festplatten identisch
abgelegt Kapazität wird halbiert oder gedrittelt usw.
Lesegeschwindigkeit kann erhöht werden, indem Daten parallel von
mehreren Festplatten gelesen werden Schreiben dauert länger, weil
Daten auf mehrere Platten geschrieben werden müssen (Redundanz)
Verbund fällt erst aus, wenn alle Festplatten ausfallen
Ausfallwahrscheinlichkeit sinkt deutlich, z.B. bei 1% je Platte auf
0,0001% auch Mirroring ist keine Datensicherung, Viren werden
sofort auf alle Platten geschrieben Einsatz:
Hochverfügbarkeitssysteme Nachteil: geringe Nettokapazität RAID 5:
Paritäten Teilredundanz durch Ablage von Paritätsinformationen
mindestens 3 Festplatten nötig zusätzlich zu den auf mehrere
Festplatten verteilten Daten werden auf allen Festplatten
Paritätsinformationen (z.B. XOR) je Datenblock abgelegt Kapazität
wird reduziert (z.B. 2/3 bei drei Festplatten) Lesegeschwindigkeit
kann erhöht werden, indem Daten parallel von mehreren Festplatten
gelesen werden Schreiben dauert durch Berechnung der Parität länger
Verbund fällt erst aus, wenn zwei Festplatten defekt sind
Ausfallwahrscheinlichkeit sinkt, z.B. bei 1% je Platte auf 0,0298%
Nachteil: bei häufigen Schreibzugriffen durch Berechnung der
Parität langsamer Irrelevante RAID-Level RAID 2: Striping mit
Fehlerkorrektur, nur bei Großrechnern eingesetzt RAID 3/4: wie RAID
5 nur mit dedizierter Paritätsfestplatte (die dadurch stark
belastet und zum Flaschenhals wird), bei RAID 3 wird auf Byte-Ebene
und bei RAID 4 auf Block-Ebene gestript RAID 6: wie 5 nur mit
doppelter Parität Kombinationen von RAID-Levels best of both worlds
aus anderen RAID-Leveln immer von links nach rechts lesen und im
Diagramm von unten nach oben: 01 -> zuerst werden zwei RAID 0
erstellt und dann zu einem RAID 1 zusammengebaut ein Leg ist das
RAID-Array "unten" im Bild, aus dem das übergeordnete
zusammengesetzt wird es werden mind. 4 Festplatten benötigt
Kapazität wird halbiert Verbund verträgt zwei Festplattenausfälle,
aber es ist wichtig, welche Platten ausfallen RAID 01 zwei
Festplatten im gleichen Leg dürfen ausfallen es kann nicht erkannt
werden, welche Festplatte im RAID 0 ausgefallen ist, da dann das
gesamte Array defekt ist bei Ausfall einer Festplatte muss das
gesamte Stripeset des Legs neu aufgebaut werden RAID 10 zwei
Festplatten in unterschiedlichen Legs dürfen ausfallen bei Ausfall
weniger Aufwand für Rebuild, weil nur im Leg gemirrort werden muss
Achtung: auch der RAID-Controller kann ausfallen Links Permalink zu
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Zusammenfassung Was RAID bedeutet Mehrere unabhängige Festplatten
oder SSDs lassen sich zu einem gemeinsamen Verbund
zusammenschalten. RAID steht für Redundant Array of Independent
Disks. Je nach RAID-Level verteilt der Verbund die Daten auf seine
Datenträger und hält zusätzliche Informationen vor, mit denen Daten
bei einem Festplattenausfall erhalten bleiben. Wenn beispielsweise
ein Webshop rund um die Uhr läuft, sollen seine Daten auch nach
einem Festplattenausfall verfügbar bleiben. Du tauschst die defekte
Festplatte aus, während das System weiterarbeitet. Der Verbund baut
anschließend die Daten auf dem neuen Datenträger wieder auf. Für
den Fall, dass ein Blitzeinschlag alle Festplatten beschädigt,
brauchst du ein Backup. Dasselbe gilt bei Ransomware:
Verschlüsselte Daten werden bei einer Spiegelung auf allen
beteiligten Festplatten abgelegt. RAID und Backup gehören deshalb
gemeinsam zum Schutz deiner Daten. Rebuild nach einem
Festplattenausfall Nachdem du eine defekte Festplatte ersetzt hast,
muss der Verbund die fehlenden Daten erneut aufbauen. Dieser
Vorgang heißt Rebuild und kann Stunden oder Tage dauern. Dabei
werden die verbliebenen Festplatten stark beansprucht, weil sie
ihre Daten für den neuen Datenträger bereitstellen müssen.
Gleichzeitig können weitere Lese- und Schreibzugriffe stattfinden.
Fällt währenddessen eine weitere Festplatte aus, hängt es vom
RAID-Level ab, ob die Daten weiterhin verfügbar bleiben. JBOD,
Hardware-RAID und Software-RAID Wenn du mehrere Festplatten einzeln
an einen Rechner anschließt, bezeichnet JBOD, also Just a Bunch of
Disks, diese Zusammenstellung. Das Betriebssystem bindet die
Datenträger unabhängig voneinander ein, etwa über
Laufwerksbuchstaben unter Windows oder im Dateibaum unter Linux.
Für einen RAID-Verbund gibt es zwei Wege: Hardware-RAID: Du
schließt die Festplatten an einen RAID-Controller an und stellst
dort das RAID-Level ein. Der Controller kann Berechnungen
übernehmen und die CPU entlasten. Du musst ihn zusätzlich kaufen
und bei möglichen Hardwareausfällen berücksichtigen, weil auch er
ausfallen kann. Software-RAID: Software verwaltet den Verbund und
führt die nötigen Berechnungen auf der CPU des Rechners aus. Dafür
brauchst du keinen zusätzlichen RAID-Controller. Die CPU wird
entsprechend belastet. Viele Betriebssysteme bringen passende
Software bereits mit. Welche Eigenschaften du für die Prüfung
kennen solltest Aus meinen Prüfungskorrekturen kenne ich
Schwierigkeiten beim Thema RAID. Für deine Vorbereitung empfehle
ich dir, jedes relevante Level anhand dieser Fragen durchzugehen:
Wie viele Festplatten brauchst du mindestens? Wie verändert sich
die Wahrscheinlichkeit, dass der Verbund ausfällt? Welche und wie
viele Festplatten dürfen ausfallen, während die Daten verfügbar
bleiben? Wie wirkt sich das Level auf die Lesegeschwindigkeit aus?
Wie schnell kann der Verbund schreiben? Wie viel Speicherplatz
steht dir als Nettokapazität zur Verfügung? Die Nettokapazität
lässt sich in schriftlichen Prüfungen berechnen. Speicherplatz, auf
dem redundante Informationen liegen, steht für weitere Daten
entsprechend nicht zur Verfügung. RAID 0: Striping Bei RAID 0
werden Daten blockweise über mindestens zwei Festplatten verteilt.
Zusammengehörige Blöcke bilden einen Stripe, also einen Streifen
über die beteiligten Datenträger. Eine größere Datei liegt dadurch
in Teilen auf mehreren Festplatten. ...
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