Verschiedene RAID-Level bieten unterschiedliche Vorteile. Einige bieten Leistungssteigerungen durch die Bündelung von Speicherkapazität und Lese-/Schreib-E/A, während andere durch Datenredundanz vor Hardwareausfällen schützen.
Unter diesen Ebenen gehören RAID 5 und 6 in letzter Zeit zu den beliebtesten, da sie eine Kombination aus Leistung und Sicherheit bieten. Aufgrund ihrer verschiedenen Ähnlichkeiten kann es verwirrend sein, zu wissen, wann RAID 5 oder RAID 6 am besten verwendet werden sollte.
Daher werden wir in diesem Artikel besprechen, was genau diese beiden RAID-Level sind, welche wesentlichen Gemeinsamkeiten und Unterschiede sie haben und wann man sie verwenden sollte.
Was ist RAID 5?
Wie bereits erwähnt, konzentrieren sich verschiedene RAID-Level in unterschiedlichem Maße auf Datenschutz und Leistungsverbesserung. RAID 5 bietet beides durch blockverschachtelte verteilte Parität.
Dies bedeutet, dass die Segmentierung auf Blockebene erfolgt. Die Größe dieser Blöcke, auch Chunk-Size genannt, hängt vom Benutzer ab, liegt jedoch typischerweise zwischen 64 KB und 1 MB.
Zusätzlich wird für jeden Stripe ein Teil der Paritätsdaten geschrieben. Diese Paritätsblöcke werden über das Array verteilt und nicht auf einer dedizierten Paritätsfestplatte gespeichert.
Wir werden später in diesem Artikel erläutern, warum RAID 5 die Parität auf diese Weise handhabt. Letztendlich führt dies jedoch dazu, dass der Speicherplatz auf einer Festplatte für Paritätsdaten reserviert wird.
Vorteile:
- Fehlertoleranz gegenüber Ausfällen einzelner Festplatten
- Hohe nutzbare Speicherkapazität
- Hohe Lesegeschwindigkeit
- Kann mit einem Hardware-Controller konfiguriert oder über Software implementiert werden
Nachteile:
- Schreiben Sie Leistungseinbußen
- Es kann nur ein Festplattenausfall behandelt werden. Mehr führt zum Matrixversagen
- Riskanter Wiederaufbauprozess
Was ist RAID 6?
RAID 6 ist RAID 5 sehr ähnlich, verwendet jedoch zwei über einen Streifen verteilte Paritätsblöcke anstelle eines. Dieses Detail ändert alles, von der Fehlertoleranz des Arrays bis hin zur Leistung und dem nutzbaren Speicher.
Das zweimalige Schreiben der Parität macht das Array viel zuverlässiger, aber aus dem gleichen Grund wird auch die Schreibleistung doppelt beeinträchtigt. Allerdings ist die Leseleistung, wie bei RAID 5, hervorragend.
Vorteile:
- Fehlertoleranz gegen zwei Festplattenausfälle
- Tolle Leseleistung
- Die Wiederherstellung nach einem Festplattenausfall ist sicherer
Nachteile:
- Erhöhter Schreibleistungsaufwand
- Für die Parität sind zwei Festplatten mit Speicherplatz erforderlich
RAID 5 vs. RAID 6: Hauptunterschiede
RAID 5 und 6 unterscheiden sich vor allem dadurch, dass RAID 6 zwei Paritätsblöcke pro Stripe verwendet, während RAID 5 nur einen verwendet. Wie bereits erwähnt, führt dies jedoch auch zu einer Reihe weiterer Unterschiede, auf die wir in den folgenden Abschnitten eingehen werden.
Fehlertoleranz
Der erste Faktor, der die Anzahl der Paritätsblöcke beeinflusst, ist der Grad der Fehlertoleranz. In einem RAID 5-Array wird ein blockgroßer Teil der Paritätsdaten auf jeden Stripe geschrieben. Im Falle eines Festplattenausfalls können die verlorenen Daten anhand der Paritätsdaten und der Daten der anderen Festplatten im Array neu berechnet werden.
Im Wesentlichen bedeutet dies, dass ein RAID 5-Array einen Festplattenausfall ohne Datenverlust bewältigen kann. Normalerweise jedenfalls. Diese Fehlertoleranz war der Grund dafür, dass RAID 5 bis in die 2010er Jahre sehr beliebt war. Heutzutage wird RAID 5 jedoch nur noch selten verwendet, da seine Zuverlässigkeit nicht mehr auf dem neuesten Stand ist. Dies liegt an der Art und Weise, wie die meisten Hardware-RAID-Controller mit Neuerstellungen umgehen.
Wenn der Treiber während der Neuerstellung auf einen nicht behebbaren Lesefehler (URE) stößt, markiert er normalerweise das gesamte Array als fehlgeschlagen, um eine weitere Datenbeschädigung zu verhindern. Sofern Sie keine Backups haben oder planen, Daten von einzelnen Festplatten wiederherzustellen, gehen die Daten verloren.
Die Festplattengrößen sind in den letzten zwei Jahrzehnten exponentiell gewachsen, die Verbesserungen bei den Lese-/Schreibgeschwindigkeiten fielen jedoch deutlich bescheidener aus. Im Wesentlichen stiegen die Array-Größen viel schneller als die Datenübertragungsgeschwindigkeiten, was dazu führte, dass die Wiederherstellungszeiten sehr lang wurden.
Abhängig von der Konfiguration kann die Wiederherstellung des Arrays nach einem Festplattenausfall Stunden bis Tage dauern. Solche Wiederherstellungszeiten führten zu einer höheren Wahrscheinlichkeit, während der Wiederherstellung auf UREs zu stoßen, was wiederum zu einer höheren Wahrscheinlichkeit führte, dass das gesamte Array ausfällt.
In den letzten Jahren sind die URE-Vorkommensraten in Festplatten dank technologischer Verbesserungen deutlich zurückgegangen. Aus diesem Grund wird hier und da immer noch RAID 5 verwendet. Der allgemeine Branchenkonsens besteht jedoch darin, sich weiterhin für RAID 6 oder andere Level zu entscheiden, und das aus gutem Grund.
Bei RAID 6 werden Paritätsdaten zweimal pro Stripe geschrieben. Das bedeutet, dass ein RAID 6-Array bis zu zwei Festplattenausfälle ohne Datenverlust überstehen kann. Dadurch ist RAID 6 wesentlich zuverlässiger und daher besser für größere Arrays mit wichtigen Daten geeignet.
Leistung schreiben
Ein RAID 5-Array muss die Daten lesen, die Parität berechnen, die Daten schreiben und dann die Parität ermitteln. Aus diesem Grund erleidet RAID 5 einen Nachteil bei Workloads, die Schreibvorgänge beinhalten.
Bei RAID 6 wird die Parität zweimal berechnet und geschrieben, was sich positiv auf die Zuverlässigkeit auswirkt, aber auch bedeutet, dass Sie bei Schreibvorgängen doppelt so viel Overhead haben.
Bei kleineren I/O-Größen (normalerweise 256 KB oder weniger) weisen RAID 5 und 6 eine sehr vergleichbare Schreibleistung auf. Aber bei größeren I/O-Größen ist RAID 5 definitiv überlegen.
Anzahl der Festplatten
RAID 5 erfordert zwei Festplatten für das Striping und den Speicherplatz einer Festplatte zum Speichern von Paritätsdaten. Das bedeutet, dass ein RAID 5-Array mindestens 3 Laufwerke benötigt.
RAID 6 ist ähnlich, erfordert jedoch mindestens 4 Festplatten, da Paritätsdaten zwei Festplatten Speicherplatz beanspruchen.
Nutzbarer Speicher
In einem RAID 5-Array kann der nutzbare Speicher mit (N – 1) x (kleinste Festplattengröße) berechnet werden, wobei N die Anzahl der Festplattenlaufwerke ist. Im Folgenden zeigen wir beispielsweise ein RAID 5-Array mit drei 1-TB-Laufwerken. Ein Speicherplatz wird zum Speichern von Paritätsdaten verwendet. Da die kleinste Festplattengröße 1 TB beträgt, beträgt der nutzbare Speicherplatz 2 TB.
Es ist wichtig, dass Sie versuchen, Festplatten gleicher Größe zu verwenden, da sonst die kleinere Festplatte einen Engpass verursachen würde, der zu viel ungenutztem Speicherplatz führen würde. Das folgende Beispiel zeigt das gleiche Szenario, bei dem die 500-GB-Festplatte dazu führte, dass 1,5 TB unbrauchbar waren.
In einem RAID 6-Array wird der nutzbare Speicher durch (N – 2) x (Kleinste Festplattengröße) berechnet. Auch hier ist es wichtig, Festplatten gleicher Größe zu verwenden, um sicherzustellen, dass im Array kein ungenutzter Platz vorhanden ist.
Paritätsberechnung
In RAID 5 ist ein
A1-11010101
A2-10001100
A3-10101100
Wenn wir eine XOR-Operation an den ersten beiden Streifen (A1 und A2) durchführen und dann dasselbe mit der Ausgabe und dem dritten Streifen (A3) machen, ist die Ausgabe die Paritätsinformation (Ap). In diesem Fall ist der Wert 11110101.
Wenn eine Festplatte (z. B. Festplatte 1) ausfällt, passiert Folgendes. Zuerst gibt uns A2 XOR A3 die Ausgabe 00100000. Wenn wir diese Ausgabe in einem verwenden
00100000
11110101
11010101
Auf diese Weise werden im Grunde Paritätsdaten berechnet und zur Neuberechnung verlorener Daten in RAID 5 verwendet.
RAID 6 ist viel komplexer, da die Parität zweimal berechnet wird. Abhängig von der Konfiguration wird dies auf verschiedene Arten implementiert, beispielsweise durch die Berechnung von Dual-Check-Daten (Parität und Reed-Solomon), orthogonalen Dual-Parity-Check-Daten, diagonaler Parität usw.
RAID-Controller
RAID 5 kann durch Hardware- und Softwaremittel implementiert werden. Die erste beinhaltet offensichtlich die Verwendung eines dedizierten Hardware-RAID-Controllers. Da RAID 5 eine Paritätsberechnung erfordert, ist dies der empfohlene Pfad.
Dies ist in bestimmten Fällen besonders wichtig, beispielsweise bei einem NAS, wo der Prozessor nicht leistungsstark genug ist, um die Berechnungen durchzuführen, ohne dass es zu einem erheblichen Engpass kommt.
Obwohl aus Leistungsgründen nicht ideal, kann RAID 5 auch über Softwarelösungen konfiguriert werden. Beispielsweise können Sie in Windows Ihre Festplatten mit der Funktion „Speicherplätze“ gruppieren. Sie können auch über die Datenträgerverwaltung ein RAID 5-Volume erstellen.
RAID 6 hingegen erfordert einen Hardware-RAID-Controller. Dies liegt daran, dass die zur Berechnung der zweiten Paritätsschicht durchgeführten Polynomberechnungen sehr prozessorintensiv sind.
Sind RAID 5 und RAID 6 ähnlich?
An dieser Stelle sollte klar sein, dass RAID 5 und 6 zwar einige wesentliche Unterschiede aufweisen, sich aber auch in vielerlei Hinsicht ähneln. Zunächst einmal bieten RAID 5 und 6 im Gegensatz zu RAID 1 Fehlertoleranz durch Parität statt Spiegelung.
Insbesondere verwenden sie verteilte Parität, was sich von dedizierten Paritätsfestplatten unterscheidet, die RAID 2, 3 und 4 verwenden. Bei verteilter Parität müssen Sie sich keine Sorgen über Engpässe wie bei einer einzelnen Paritätsfestplatte machen.
Sowohl RAID 5 als auch 6 verfügen dank der Datenverteilung über eine hervorragende Leseleistung. Aber aus dem gleichen Grund erleiden beide auch Einbußen bei der Schreibleistung, wenn auch in unterschiedlichem Ausmaß.
Was ist so gut an RAID 5?
RAID 5 bietet eine gute Kombination aus nutzbarem Speicher, Datenschutz und Leistung. Sie können es auch mit weniger Festplatten konfigurieren, was es zu einer budgetfreundlichen Option macht.
Wenn Sie in Bezug auf die Leistung denken möchten, eignet sich RAID 5 am besten für Arbeitslasten, bei denen es hauptsächlich um Lesevorgänge geht, wie z. B. E-Mail-Server.
Was die Fehlertoleranz betrifft, haben wir bereits erläutert, wie RAID 5 im Laufe der Jahre an Zuverlässigkeit verloren hat. Für kleine Arrays ist es immer noch in Ordnung, aber bei größeren Arrays, bei denen die Wahrscheinlichkeit fehlgeschlagener Wiederherstellungen höher ist, würden wir RAID 5 nicht empfehlen.
Wann ist RAID 6 am besten?
Die Zuverlässigkeit von RAID 6 geht zu Lasten der Schreibleistung und des nutzbaren Speichers. Allerdings lohnt sich dieser kleine Unterschied auf jeden Fall, wenn die Daten auf den Datenträgern wichtig sind.
RAID 6 eignet sich nicht für kleinere Arrays (z. B. 4 Laufwerke), da ein erheblicher Teil des Speichers aufgrund von Redundanz verloren geht. Wenn in kleinen Arrays Redundanz erforderlich ist, wäre RAID 5 oder etwas wie RAID 10 besser.
Stattdessen eignet sich RAID 6 besser für größere Arrays, bei denen die Gefahr besteht, dass viel mehr Daten verloren gehen, wenn die Konfiguration unzuverlässig ist.
Endgültiges Urteil: RAID 5 vs. RAID 6
RAID 5 ist nicht völlig unzuverlässig und kann dennoch für kleinere Arrays verwendet werden. Aber bei wirklich kritischen Daten sollten Sie dem Schutz Vorrang vor geringfügigen Leistungsunterschieden einräumen, und hier ist RAID 6 genau das Richtige.
Unabhängig davon, welches RAID-Level Sie wählen, ist es jedoch wichtig zu verstehen, dass es sich bei RAID nicht um ein Backup handelt. RAID-Redundanz schützt nur vor Festplattenausfällen. Sogar ein RAID 6-Array kann bei Neuerstellungen ausfallen.
Wenn die Daten auf den Festplatten wichtig genug sind, um RAID 6 oder andere „vertrauenswürdige“ Versionen zu verwenden, sollten Sie Backups und Überwachungsvorgänge auch nicht auf die leichte Schulter nehmen. Um es noch einmal zusammenzufassen: Hier sind die wichtigsten Unterschiede zwischen RAID 5 und RAID 6:
| RAID 5 | RAID 6 | |
| Paritätsschichten | Paritätsdaten werden einmal berechnet. | Paritätsdaten werden zweimal berechnet. |
| Fehlertoleranz | Kann einen Festplattenausfall tolerieren. | Es kann zwei Festplattenausfälle tolerieren. |
| Leistung schreiben | Die Schreibleistung leidet darunter. | Die Schreibleistung leidet unter einem vergleichsweise höheren Overhead. |
| Mindestanzahl an Festplatten | Es sind mindestens 3 Datenträger erforderlich. | Es sind mindestens 4 Festplatten erforderlich. |
| Nutzbarer Speicher | Bietet mehr nutzbaren Speicherplatz. | Der nutzbare Speicher ist vergleichsweise geringer. |
| Paritätsberechnung | Die Parität wird mithilfe einer einfachen XOR-Operation berechnet. | Die Parität wird mithilfe von XOR zusammen mit anderen komplexen Algorithmen berechnet. |
| Implementierung | Die Umsetzung kann über Hardware- oder Softwarelösungen erfolgen. | Erfordert einen dedizierten Hardware-RAID-Controller. |
