Erklärung der verschiedenen RAID-Controller-Typen

RAID-Systeme sind eine praktische Sache, um dem Hardware-Ausfall bei Festplatten vorzubeugen und die Geschwindigkeit sowie die Speicherkapazität zu erhöhen. Je nach Typ und verwendeten Festplatten, können hier Kapazitäten von mehreren Terrabyte entstehen.

Wie so oft gibt es mehrere unterschiedliche Arten der RAID-Systeme. Welche genau hatte ich bereits in einem vorherigen Artikel beschrieben. Das allein kann schon zu Verwirrungen sorgen.

Um nun aber die Verwirrung um das Thema komplett zu machen, gehe ich in diesem Artikel auf die drei gebräuchlichsten Controller-Typen und deren Eigenschaften ein.

Hardware-RAID

Dieses System wird meistens in professionellen Umgebungen aber auch teils in privaten Haushalten von Hobbybastler mit eigenen Server(n) eingesetzt.

Meistens wird eine PCI-E-Erweiterungskarte in den Server eingebaut, auf der ein kleiner Prozessor sitzt. In einigen Komplettsystemen von bekannten Herstellern sitzt diese kleine CPU sogar bereits auf dem Mainboard.
Sie übernimmt sämtliche Aufgaben, die von einem RAID gefordert werden. Zur Seite steht ihr meist ein eigener Cache-Speicher, um die Schreib-/Lese-Vorgänge zu beschleunigen. Dabei nimmt der Controller beim Schreiben die Daten vom Host entgegen, speichert sie im Cache und schreibt sie nach und nach auf die Festplatten. Beim Lesen erfolgt das Ganze umgekehrt. Es wird von den Festplatten gelesen, in den Cache geschrieben und gleichzeitig an den Host geliefert. Fordert der Server nun die selben Sektoren nochmals an, kann der Controller diese aus seinem Cache bedienen und muss nicht auf die langsamen Festplatten zurückgreifen.
Was im Normalbetrieb ein großer Vorteil sein kann, ist bei einem Stromausfall zu einem großer Nachteil werden. Sind die neuen Daten im Cache noch nicht auf die Festplatte geschrieben und der Strom fällt aus, sind die Daten weg bzw. korrupt.
Für diesen Fall wird dem Controller häufig eine Pufferbatterie beiseite gestellt, die den Cache “am Leben” hält, wenn der Server nicht mehr mit Strom versorgt wird. So kann bei der Rückkehr des Netzstroms der Inhalt des Zwischenspeichers in Ruhe auf die Festplatten übertragen werden und es entsteht kein Datenverlust.

Vorteile:

  • Geringe Belastung des Hostsystems, da sämtliche Berechnungen auf dem Controller stattfinden
  • Schnellere Geschwindigkeit / Datenrate

Nachteile:

  • Meist inkompatibel zu RAID-Controllern anderer Hersteller.
    Bei Ausfall muss der Controller durch einen gleichen ersetzt werden.
  • Teuer

Software-RAID

Meist von NAS-Systemen oder Homeservern Marke Eigenbau verwendet, überlässt dieser RAID-Typ sämtliche Berechnungen dem Hauptprozessor des Hosts. Dabei sind alle Festplatten i. d. R. über normale SATA/SAS-Anschlüsse an das Mainboard angeschlossen und für das Betriebssystem einzeln sichtbar.

Erst die Software fasst letztendendes die Festplatten zu dem gewählten RAID zusammen und sorgt für die gewünschte Ausfallsicherheit.

Dieser Typ kann je nach eingesetztem Betriebssystem direkt über das Dateisystem (z. B. Btrfs, ZFS) oder über nachinstallierte Software wie beispielsweise “md” (Multiple Device driver aka Linux Software RAID) realisiert werden.

Vorteile:

  • Kein spezieller RAID-Controller
  • Bei Ausfall eine Servers kann das Volume ohne großen Aufwand wieder in anderen Systemen übernommen werden
  • Auslesen der einzelnen Festplatten im Fehlerfall je nach RAID-Typ auch ohne spezielle Software möglich
  • Günstig, da keine zusätzlichen Hardware notwendig ist

Nachteile:

  • Belastet das allgemeine System mehr, da alle Berechnungen auf der CPU stattfinden und das interne Bussystem mehr ausgelastet wird
  • Meist Cache nicht sinnvoll nutzbar, da keine Pufferbatterie angeschlossen werden kann (Schutz möglich über externe USV-Systeme)
  • Im Fehlerfall kann es u. U. passieren, dass nur noch eine Festplatte aktiv genutzt. Die andere(n) driften damit zur Aktiven mit der Zeit auseinander. Somit ist dann kein Ausfallschutz mehr gewährleistet.

Host-RAID (aka Fake-RAID)

Eine Untergruppe der beiden oberen Systeme ist das Host-RAID, oder auch Fake-RAID. Hierbei handelt es sich um ein Software-RAID, welches sich als das Hardware-Pendant ausgibt und durch die zum Chipsatz passenden Treiber realisiert und ggf. in Teilen durch Hardware unterstützt wird.

Diesen Typ findet man oft im unteren Preissegment wie in Consumer-Mainboards oder auf Steckkarten und implementieren meist RAID 0, 1 oder 10.

Vorteile:

  • Gleich zu Software-RAID

Nachteile:

  • Gleich zu Software-RAID
  • Bindung an den auf dem Mainboard aufgebrachten Controller und damit ggf. Datenverlust bei einem Ausfall


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