RAID 10 (RAID 1+0)

Was ist RAID 10 (RAID 1+0)

Bei RAID 10 (RAID 1+0) handelt es sich um eine Konfiguration mehrerer Festplatten in einem Array. RAID-Schutz 10 ist eine Kombination aus RAID 1 und RAID 0, die die Festplattenspiegelung und Festplatten-Striping miteinander verbindet. Dafür sind wenigstens vier Festplatten notwendig, die in Paare geordnet werden. Über diese gespiegelten Paare werden die Daten gestriped. Fällt eine Festplatte in einem Pärchen aus, sind die Daten noch immer abrufbar. Bei einem Ausfall beider Platten kommt es zum vollständigen Datenverlust, da hier keine Parität für zusätzliche Sicherheit sorgt.

RAID steht für Redundant Array of Independent Disks (redundante Anordnung unabhängiger Festplatten) und wird in verschiedenen Konfigurationen angeboten. Bei einer RAID-1-Konfiguration werden die Daten von einem Laufwerk auf ein anderes kopiert, gespiegelt und dupliziert, um die Fehlertoleranz und die Data Protection zu verbessern. Die Daten sind vollständig geschützt, da die gespiegelte Kopie auch dann verfügbar ist, wenn das ursprüngliche Laufwerk deaktiviert oder nicht verfügbar ist. Da ein vollständiges Duplikat der Daten erstellt wird, erfordert RAID 1 doppelt so viel Speicherkapazität wie für die Originaldaten.

RAID 0 bietet keine Data Protection; sein einziger Zweck ist es, die Zugriffsleistung des Laufwerks zu verbessern. Dies geschieht, indem die Daten auf zwei oder mehr Laufwerke aufgeteilt werden. Auf diese Weise können mehrere Lese-/Schreibköpfe auf den Laufwerken gleichzeitig schreiben oder auf Teile der Daten zugreifen, wodurch die Gesamtverarbeitung beschleunigt wird.

RAID 10 bietet Datenredundanz und verbessert die Leistung. Es ist eine gute Option für I/O-intensive Anwendungen - einschließlich E-Mail, Webserver, Datenbanken und Operationen, die eine hohe Festplattenleistung erfordern. Es eignet sich auch für Unternehmen, die wenig bis keine Ausfallzeiten benötigen.

Aufgrund der hohen Leistung von RAID 10 und seiner Fähigkeit, sowohl Schreib- als auch Lesevorgänge zu beschleunigen, eignet es sich für häufig genutzte, unternehmenskritische Datenbankserver. Die Mindestanforderung von vier Festplatten macht RAID 10 jedoch zu einer kostspieligen Wahl für kleinere Computerumgebungen. Der Overhead von 100 Prozent Speicherkapazität kann für kleine Unternehmen und Privatanwender zu viel sein.

Verschiedene RAID-Formen im Vergleich

Das zweistufige Format von RAID 10/1+0 ist als verschachtelte RAID-Konfiguration bekannt (Nested RAID), da es zwei RAID-Levels kombiniert, um die Leistung zu verbessern. Andere verschachtelte RAID-Levels sind:

• 01/0+1
• 03/0+3
• 50/5+0
• 60/6+0
• 100/10+0

RAID 1+0 ähnelt zwar RAID 0+1, aber die umgekehrte Reihenfolge der Zahlen zeigt an, dass die beiden RAID-Levels in umgekehrter Reihenfolge geschichtet sind. RAID 1+0 spiegelt zwei Laufwerke zusammen und erstellt dann ein Stripe-Set mit dem Paar. RAID 0+1 erstellt zwei Stripe-Sets und spiegelt sie dann. Obwohl beide RAID-Level die gleiche Anzahl von Laufwerken verwenden, sind sie nicht gleichbedeutend.

Festplattenspiegelung: Vorteile für die Data Protection

Die Spiegelung ist die einfachste Möglichkeit, Data Protection zu gewährleisten. Sie erstellt eine vollständige, intakte Kopie aller aktiven Daten. Wenn ein Originallaufwerk oder ein Satz von Laufwerken ausfällt, schaltet der Benutzer einfach auf die gespiegelten Geräte um, um wieder vollen Zugriff auf die Daten zu erhalten. Die Umschaltung auf die gespiegelten Laufwerke erfolgt nahezu sofort, so dass Störungen des normalen Betriebs nur in geringem Maße auftreten.

Andere RAID-Levels verwenden ein paritätsbasiertes Schema zum Schutz der Daten. Bei der Parität wird ein ausgefallenes Laufwerk mit den Daten der funktionierenden Laufwerke im Satz zusammen mit den Paritätsinformationen wiederhergestellt. Wenn sich auf dem Laufwerks-Array, das Paritäts-RAID unterstützt, viele Daten befinden, kann der Wiederherstellungsprozess Stunden oder sogar Tage dauern. Während des Wiederherstellungsprozesses sind die Daten im RAID-System nicht verfügbar.

Laut Herstellerangaben und unabhängigen Benchmarks bietet RAID 10 im Vergleich zu allen anderen RAID-Levels, mit Ausnahme von RAID 0, geringere Latenzzeiten und einen höheren Durchsatz.

Der Overhead an Speicherkapazität von 100 Prozent, den die Spiegelung von Festplatten erfordert, bedeutet, dass bei einer Installation von 20 TB in einer RAID-10-Umgebung nur 10 TB Festplattenspeicher für Live-Daten zur Verfügung stehen, während die anderen 10 TB für die Spiegelung reserviert sind. Dieser Kapazitätsverlust ist wesentlich höher als bei RAID-Levels, die keine Spiegelung verwenden.

Aufgrund dieses Kapazitätsnachteils können Level wie RAID 5, 50 (5+0) und 6 als Alternative in Betracht gezogen werden. Beim Wiederaufbau mit RAID 10 wird jedoch nur die funktionierende Spiegelung aller Laufwerke gelesen, während bei nicht spiegelnden Levels alle übrigen Laufwerke gelesen werden müssen. Der höhere Aufwand, den RAID 5, 50 und 6 erfordern, kann daher zu einem höheren Ausfallrisiko und Datenverlust führen.

Bei RAID 6 werden Daten gestrippt und die Parität zweimal berechnet, wobei die Ergebnisse in verschiedenen Bereichen der Festplatte gespeichert werden. Dies kann zum Schutz vor zwei gleichzeitigen Festplattenausfällen beitragen, aber die für zwei Paritätsberechnungen bei jedem Schreibvorgang erforderliche Rechenleistung verlangsamt RAID 6 erheblich.

Ein JBOD (Just a Bunch Of Disks, ein Verbund mehrerer Festplatten) kann ebenfalls als Alternative zu RAID 10 in Betracht gezogen werden. JBODs verwenden weder Striping noch Parität, kann aber mehrere Festplatten als eine Einheit behandeln und deren Kapazität kombinieren. JBODs können zwar preiswerter sein als RAID, hat aber nur wenige andere Vorteile. Durch die fehlende Redundanz bei einer JBOD-Anordnung wird die gesamte verfügbare Festplattenkapazität genutzt, die Daten sind jedoch einem höheren Risiko der Beschädigung oder des Verlustes ausgesetzt.

Im Allgemeinen sind Lese-/Schreibvorgänge auf RAID-Arrays schneller, und Datenströme können geteilt und gleichzeitig gespeichert werden. Bei JBOD können Daten jeweils nur auf einer Festplatte gespeichert werden.

Erweiterte Datenspiegelung

Bei der Festplattenspiegelung werden Daten auf mehreren Festplatten dupliziert, die an einen einzigen Controller angeschlossen sind. Sie ist eine Form der Datensicherung, die in einigen RAID-Arrays verwendet wird und hardware- oder softwarebasiert sein kann.

Im Gegensatz zu RAID 0 und RAID 1 kombiniert RAID 1+0 Striping und Spiegelung, um Redundanz zu schaffen. Solange ein Array über eine gerade Anzahl von Festplattenlaufwerken verfügt, können diese beiden Maßnahmen zusammen verwendet werden. Die Spiegelung kann zwar die verfügbare Kapazität in einem RAID 1+0-Array verringern, schafft aber eine weitere Schutzschicht gegen Datenverlust.

Mit der Datenspiegelung können RAID 10-Arrays mehrere Kopien von Daten vorbehalten, was eine schnellere Wiederherstellung im Falle eines Ausfalls ermöglicht. Durch das Striping gespiegelter Daten kombiniert RAID 10 den Geschwindigkeitsschub des Striping mit der zusätzlichen Redundanz der Spiegelung.

Hardware-RAID und Software-RAID im Vergleich

RAID 10 kann, wie alle anderen RAID-Level, mit Hardware oder Software umgesetzt werden. Hardware-RAID erfordert einen RAID-Controller in einem Motherboard-Steckplatz, an den die Laufwerke angeschlossen werden. Software-RAID verwendet eine Dienstprogramm-Anwendung zur Verwaltung der RAID-Konfiguration.

Hardware-RAID kostet oft mehr als eine Software-Option, kann aber eine bessere Leistung bieten. Bei diesem Ansatz können Festplatten manchmal ausgetauscht werden, ohne dass der Server heruntergefahren werden muss, was als Hot Swapping bezeichnet wird. Mit Hardware-RAID wird ein höherer Schreibdurchsatz und eine schnellere Wiederherstellung verlorener Daten unterstützt. Aus diesem Grund ist Hardware-RAID die bevorzugte Option, wenn es um wichtige Server geht.

Software-RAID ist kostengünstiger und weniger komplex in der Implementierung. Die meisten Betriebssysteme bieten Software-RAID-Unterstützung. Während Hardware-RAID jedoch bei einem Stromausfall wahrscheinlich ein Batterie-Backup bietet, ist dies bei Software-RAID nicht der Fall. Kleine Unternehmen bevorzugen Software-RAID, weil es eine höhere Leistung in Standard-RAID-Levels bietet.

SSDs mit RAID 10

Obwohl RAID für Festplattenlaufwerke entwickelt wurde, gibt es einige RAID-Levels - wie RAID 5, 6 und 10 , die auf Solid-State-Laufwerken (SSDs) verwendet werden können. So kann beispielsweise die RAID-10-Methode des Striping gespiegelter Datensätze in einem Flash-System von Vorteil sein. Die meisten herkömmlichen RAID-Levels sind jedoch nicht für Flash-Umgebungen optimiert.

Schreibintensive RAID-Level wie 5 und 6 können bei der Verwendung mit SSDs zu Latenz- und Leistungsproblemen führen. Da jeder Schreibvorgang auf einem Flash-Laufwerk einen Löschvorgang erfordert und die Löschzyklen auf SSDs begrenzt sind, können die zusätzlichen Schreibvorgänge, die durch RAID 5 und 6 erzeugt werden, die Flash-Leistung ernsthaft beeinträchtigen.

Die höheren Kosten, die entstehen, wenn die Laufwerkskapazität zu 100 Prozent ausgelastet werden muss, gelten für Solid-State-Speicher im Vergleich zu magnetischen Medien und werden durch die höheren Kosten für Solid-State-Speicher noch verschärft. Die Kosten für die Verwendung von SSDs mit RAID 10, die ohnehin schon teurer sind als andere RAID-Formen, könnten Verbraucher abschrecken. Die Kosten für Flash-Speicher sind jedoch gesunken, so dass ein RAID-10-Schema mit Solid-State-Speicher zu einer attraktiveren Option werden könnte.

Die Vorteile von RAID 10

Zu den Vorteilen von RAID 10 gehören folgende

• Kostengünstig. RAID 10 ist ein wirtschaftlicher und technisch einfacher Ansatz zur Datensicherung, der mit einer Leistungssteigerung einhergeht.
• Vollständige Redundanz. Die Daten sind in einer RAID 10-Umgebung vollständig redundant.
• Schnelle Wiederherstellung. Da die Wiederherstellung von Daten, die bei einem Laufwerks- oder Festplattenausfall verlorengehen, nicht von der Parität abhängt, ist die Wiederherstellung von Daten in einem RAID-10-Array schnell und führt zu geringen Ausfallzeiten.
• Leistungssteigerung für einige Anwendungen. Das grundlegende Daten-Striping von RAID 10 ist eine effektive Möglichkeit, die Leistung von Anwendungen zu verbessern, die keine großen Datenmengen benötigen.

Die Nachteile von RAID 10

Zu den Nachteilen von RAID 10 gehören folgende:

• Hoher Kapazitätsverlust. Da RAID 10 einen Kapazitäts-Overhead von 100 Prozent erfordert, ist es keine ideale RAID-Implementierung für große Datenmengen. Die Kapazitätseinbußen bei anderen RAID-Formen - insbesondere bei paritätsbasierten - sind wesentlich geringer.
• Begrenzte Skalierbarkeit. RAID 10 ist eine effektive Alternative für kleinere Anwendungen, aber es ist nicht gut skalierbar.
• Zeitaufwändige Wiederherstellung. Wenn ein Disk-Array auf die Mirror-Laufwerke umgeschaltet werden muss, muss so schnell wie möglich ein neuer Mirror (Spiegel) erstellt werden, um eine kontinuierliche Datensicherung zu gewährleisten. Das Kopieren aller Originaldaten auf ein neues Laufwerk oder einen neuen Satz von Laufwerken kann zeitaufwändig sein und laufende Vorgänge, die auf die Daten angewiesen sind, behindern.

Was Sie beim Einsatz von RAID 10 beachten sollten

RAID 10 schreibt zwar auf zwei Festplatten gleichzeitig, sollte aber nicht als Ersatz für eine herkömmliche Datensicherung angesehen werden. Wenn das Betriebssystem beschädigt ist, besteht die Gefahr, dass die Daten auf beiden Festplatten beschädigt werden. Angesichts dieser Möglichkeit sollte RAID nicht als letzte Verteidigungslinie gegen Datenverlust angesehen werden. RAID 10 kann vor dem Ausfall eines einzelnen Laufwerks (oder Laufwerksatzes) schützen, aber es sollte auch ein sicherer Backup-Plan vorhanden sein.

Die schnelleren Wiederherstellungszeiten und Funktionen wie das Hot Swapping von Festplatten machen RAID 10 zu einer attraktiven Option. Die geringere Kapazität macht es jedoch wahrscheinlich nur für kleinere Anwendungen oder Umgebungen zu einer praktikablen Alternative.

Um zu entscheiden, ob RAID 10 verwendet werden soll, sollten Sie die folgenden vier Fragen berücksichtigen:

• Wie hoch ist mein Budget?
• Wie viel Speicherkapazität benötige ich?
• Wie hoch sind meine Anforderungen an die Lese-/Schreibleistung?
• Wie viel Rebuild- und Recovery-Zeit kann ich mir leisten?