Aktuell werden von verschiedenen Herstellern Mainboards mit integriertem RAID angeboten. Sogar beim seit Jahren bekannten Hersteller Asus findet sich heute der Begriff RAID in seiner Angebotspalette. Wie ist dieses Angebot, speziell das Asus RAID, einzuordnen? Kann das preiswerte Asus RAID, das man heute für einen geringen Aufpreis im Mainboard integriert bekommt, mit den bekannten Systemen konkurrieren?
Im folgenden soll zunächst ein kurzer Überblick über die Entwicklung und die Einsatzgebiete eines RAID-Systems gegeben werden. Dann werden kurz verschiedene Realisierungen von RAID vorgestellt, um zum Schluß das Asus RAID richtig bewerten zu können.
Ein RAID System wurde ursprünglich definiert als Redundant Array of Inexpensive Disks, also ein Zusammenschluß von preiswerten Festplatten, wobei die Daten aus Gründen der Datensicherheit mehrfach vorkommen. Im Laufe der Zeit wurden mit den stetig zunehmenden Festplattenkapazitäten auch die Preise pro Megabyte Speicherplatz immer geringer. Dadurch bekam der Begriff RAID eine neue Bedeutung. Heute wird RAID als Redundant Array of Independent Disk definiert, der Schwerpunkt liegt jetzt mehr auf der Unabhängigkeit der Festplatten untereinander, als im Preis. Dies spiegelt auch die Änderung in der Verwendung von RAID wider.
Noch vor einigen Jahren hatten Platten nur geringe Kapazitäten von zehn bis zwanzig Megabyte zu bieten. Ein Festplatte im Gigabyte Bereich war fernab jeder Vorstellung, Kapazitäten im Megabyte Bereich waren da eher die Regel. Erst mit den Fortschritten und Ideen in der Elektronik konnte die Speicherdichte mit neuen Verfahren drastisch erhöht werden und lieferte schliesslich die heute gewohnten Dimensionen.
Im Bereich der PCs, die sich in den 80iger Jahren des zwanzigsten Jahrhunderts immer mehr verbreiteten waren große Plattenkapazitäten zunächst noch nicht notwendig. Grafische Benutzeroberflächen, wie Windows, waren damals erst langsam im entstehen.
Die großen Kapazitäten bei den Festplatten wurden damals eher bei den Großrechnern benötigt, um die Anwendungen zu beschleunigen. Mangels Direktzugriffspeicher, der Hauptspeicher bewegte sich damals im Kilo- bzw. Megabytebereich und Festplatten im Megabytebereich, wurden Sortierungen von Daten zum Beispiel laufzeitintensiv mit Hilfe von mehreren Bandlaufwerken durchgeführt. An einen direkten Zugriff auf die externen Daten war damals nicht zu denken, die Daten wurden sequentiell gelesen und geschrieben. Einfügungen waren besonders aufwändig, da die alten Daten zunächst durch die Neuen überschrieben wurden und dann am Ende die alten Daten angefügt werden mussten.
Aus dieser Problematik heraus überlegte man sich, wie man die verfügbaren Platten kostengünstig zu einer grösseren Kapazität erweitern kann. Der Punkt der Datensicherheit war damals nur zweitrangig. Platten haben gegenüber Bandlaufwerken den grossen Vorteil, daß der Zugriff auf die Daten zum einen deutlich schneller erfolgen kann und zum anderen im Direktzugriff und nicht unbedingt sequentiell erfolgen muss. Die notwendige Datensicherheit stellte man durch die regelmässigen Bandsicherungen her.
Fast zeitgleich mit dem Aufkommen der grafischen Benutzeroberflächen, machte man auch in der Festplattentechnik einen entscheidenden Quantensprung. In immer kürzeren Abständen nahmen nun die Kapazitäten der Festplatten zu. Mittlerweile bewegte man sich im Gigabyte Bereich. Auch im Bereich der Personal Computer kam es zu einer Wandlung. Anfangs sollte mit den PCs die Verarbeitung auf dem Großrechner abgelöst werden. An jedem Arbeitsplatz sollte ein ausreichend starker PC verfügbar sein, um die anfallenden Aufgaben zu lösen. Die am Großrechner angeschlossenen Terminals sollten jetzt ausgedient haben. Dafür hatte man jetzt das Problem, daß die Daten lokal auf einem PC lagen und mühsam per Datenträger auf einen anderen PC übertragen werden mussten. Dies wurde mit der Einführung von lokalen Netzwerken im Lauf der Zeit gelöst. Anfangs hatten Netzwerke nur den Zweck, daß jeder Berechtigte die Daten an einer zentralen Stelle, dem Netzwerkserver, speichern und von dort abholen kann. Der Netzwerkserver also vereinfacht ausgedrückt nur eine grosse Festplatte dar.
Durch die jetzt eingesetzten Netzwerkserver und Personal Computer hatte sich das ursprüngliche Problem gewandelt. Bei den Großrechnern benötigte man den Festplattenspeicher hauptsächlich als Hauptspeicherersatz, um nicht auf den völlig unhandlichen Speicher der Bandlaufwerke zugreifen zu müssen. Jetzt mit der zentralen Datenhaltung hatte man ein völlig neues Problem. Auf die zentral gespeicherten Daten sollte über das Netzwerk ein möglichst schneller Zugriff möglich sein. Das grösste Problem stellt nun aber die zuverlässige Verfügbarkeit der Daten dar. Die Daten können zwar regelmässig gesichert werden, aber eine Rücksicherung der heutigen Datenmengen würde einen längeren Ausfall des Systems bedeuten. Um den zu vermeiden, setzte man schließlich auf Redundanz, die normalerweise in der Informatik unerwünscht ist, weil sie die Aktualität der Daten gefährdet.
Diese Redundanz der Daten wird heute zum Beispiel bei Speichersystemen eingesetzt. Ein Hilfsmittel dazu sind RAID Systeme. Im Laufe der Zeit haben sich hier ein paar Varianten durchgesetzt.
Die gängigsten RAID-Level werden im folgenden in einem kurzen Überblick vorgestellt, um später das Asus RAID richtig einordnen und vor allem bewerten zu können.
RAID 0 Festplattenstriping, gesteigerte Kapazität ohne Datensicherheit
Bei diesem Level handelt es sich strenggenommen um kein RAID. Dieser Typ wird verwendet, wenn große Datenmengen gespeichert werden sollen und eine Platte dieser Kapazität sonst nicht verfügbar oder zu teuer ist. Da die Daten nicht wechselweise auf die verbundenen Platten geschrieben werden, sondern erst auf die erste und wenn diese voll ist, dann auf die zweite, gibt es keinen Vorteil bei den Zugriffszeiten. Dieser RAID Level ist bei den heutigen Festplattenpreisen nicht mehr zu empfehlen. Bei Ausfall einer Platte des Verbunds, ist durch die fehlende Redundanz, kein Zugriff mehr auf die Daten möglich. Auch wenn die letzte Platte im RAID ausfällt, kann normalerweise nicht mehr auf die Daten der anderen Platten zugegriffen werden.
RAID 1 Festplattenmirroring, Datensicherheit ohne Beschleunigung
Beim RAID-Level 1 werden mindestens zwei Festplatten zu einem Gesamtsystem verbunden. Unter Festplattenmirroring versteht man das Spiegeln bzw. Kopieren der Daten auf mindestens eine weitere Platte. Die Gesamtkapazität des Systems entspricht dabei der kleinsten Platte, weil die Daten gleichzeitig auf allen verbundenen Platten geschrieben werden. In der Praxis wird man daher Festplatten mit gleicher Kapazität zusammenschalten. Dadurch, daß bei diesem Level die Daten gleichzeitig auf allen Platten geschrieben werden, kommt es bei diesem RAID Level theoretisch weder zu einem Geschwindigkeitsvorteil, noch zu einem Nachteil. Je nach verwendetem Festplattenkontroller kann es in der Praxis dann doch zu Einbussen kommen. Wenn die Platten am gleichen IDE oder SATA Controller hängen, dann können die Daten nur hintereinander geschrieben werden. Bei SCSI und bei verschiedenen IDE oder SATA Controllern ist ein gleichzeitiger Zugriff möglich, so daß hier das System nicht ausgebremst wird. Der Lesezugriff erfolgt meistens auch auf allen Platten mit anschliessendem Vergleich der Daten. Durch den erhöhten Verwaltungsaufwand ist der Schreib- und Lesezugriff deutlich langsamer, als wie wenn der Zugriff nur auf eine Platte erfolgen würde. Dafür spart man sich im Ernstfall die Ausfallzeit und den Zeitaufwand für die Wiederherstellung der Daten. Auf die Daten kann, so lange eine Platte noch funktioniert, komplett zugegriffen werden. Durch den Vergleich der gelesenen Daten kann man frühzeitig den Ausfall einer Festplatte und des Festplattencontrollers feststellen.
RAID 5 Datensicherheit mit Beschleunigung
Mit dem RAID Level 5 erhält man erstmals erhöhte Sicherheit der Daten in Kombination mit beschleunigtem Zugriff auf die Daten. Allerdings muß man diese Vorteile mit dem Verlust an Gesamtkapazität bezahlen. Bei einem RAID Level 5 Verbund werden mindestens drei gleich grosse Festplatten verbunden. Die Gesamtkapazität des Systems entspricht dann der Kapazität einer Festplatte mal der Anzahl der verwendeten Festplatten minus eins. Für die notwendige Datensicherheit durch Redundanz wird hier also mindestens ein Drittel der Gesamtkapazität benötigt. Je mehr Festplatten zu einem RAID zusammengefasst werden, desto stärker sinkt allerdings der Verlust an Datenkapazität. Bei drei Platten hat man einen Verlust von 33 Prozent, bei fünf Platten sinkt der Verlust schon auf 20 Prozent.
Bei drei Platten mit je 100 GB Kapazität, erhält man so ein System mit 200 GB Gesamtkapazität.
Das Schreiben eines Datenblocks erfolgt abwechselnd auf allen angeschlossenen und aktivierten Festplatten des RAID. Bei jedem Schreiben wird auf einer anderen Platte der Paritätsblock mit den Informationen zur Wiederherstellung der Daten geschrieben. Durch die Bestimmung der Paritätsinformationen kommt es zu einer geringeren Schreibgeschwindigkeit, als bei den Einzelplatten. Da das Lesen der Daten aber von mehreren Platten erfolgt, kommt es zu einer Steigerung der Lesegeschwindigkeit im Gegensatz zu den einzelnen Platten.
Dieser RAID Level bietet die Möglichkeit mindestens eine Ersatzplatte gleich in das System einzubinden. Auf dieser Platte werden dann automatisch im Hintergrund die Daten und Paritätsinformationen aufgebaut, wenn eine Platte des ursprünglichen RAID Verbunds ausgefallen ist.
RAID 10 Kombination aus Festplattenstripping und Mirroring
Neben den reinen RAID Leveln, gibt es auch Kombinationen davon. Bei RAID 10 handelt es sich um die Kombination aus RAID 0 und RAID 1. Dieser Level kombiniert die Vorteile der Einzellevel. Der RAID Level 10 bietet gesteigerte Festplattenkapazität mit gleichzeitiger Erhöhung der Datensicherheit. Im Produktionsbetrieb wird dieser Level wohl nie eingesetzt werden. Dazu sind mittlerweile die Preise für Festplatten zu stark gefallen und die Kapazitäten zu stark gestiegen. Die Verwendung von alten Platten in so einem RAID Verbund verspricht auf den ersten Blick eine Ersparnis. Da Festplatten, wie alle technischen Geräte, einem Alterungsprozeß unterworfen sind, sollten sie in regelmässigen Abständen und schon bevor sie Probleme bereiten, ausgetauscht werden. Moderne Festplatten besitzen dazu SMART. Hierbei handelt es sich um einen Protokollspeicher den man auslesen kann. In diesem Protokoll wird zum Beispiel festgehalten, wenn defekte Speicherbereiche umgelagert werden.
Noch bis vor einigen Jahren musste man für die Nutzung dieser Vorteile eines RAID Systems eigene RAID Controller kaufen. An diesen RAID Controllern waren dann die einzelnen Platten angeschlossen. Vom Rechnersystem wurde dieser RAID Verbund dann völlig transparent als eine grosse Festplatte erkannt. Die Preise für diese Spezial-Festplattencontroller waren extrem hoch, so daß sie hauptsächlich in Firmen verwendet wurden.
Als Alternative gibt es seit einigen Jahren RAID auf Softwarebasis. Speziell unter Linux ist hier die Entwicklung weit fortgeschritten. Unter Linux wurden in der Vergangenheit viele Web- und Fileserver kostengünstig aufgesetzt. In diesem Zusammenhang bot sich die Nutzung des Software RAID geradezu an. Mit der heutigen Serverhardware ist Software RAID dem Hardware RAID sowohl von der Leistungsfähigkeit, wie auch von den Möglichkeiten weit überlegen.
RAID ist mittlerweile auch für den gewöhnlichen Windows PC interessant geworden. Die grafischen Benutzeroberflächen, wie Windows, sind mittlerweile auf jedem PC zu finden. Computerspiele kommen heute teilweise auf mehreren DVDs, die PC Anwender schneiden sich mittlerweile ihre Filme auf dem eigenen PC oder verbesseren die Aufnahmen ihrer Digitalkameras, statt in der Dunkelkammer, jetzt am heimischen PC. Alle diese Anwendungen verschlingen gewaltige Mengen an Festplattenplatz. Bei der Bearbeitung wartet der Anwender bis die Daten von den immer noch relativ langsamen Festplatten gelesen werden.
Das kostengünstige Software RAID von Linux kann hier leider nicht eingesetzt werden, die speziellen Hardwarecontroller für RAID sind immer noch sehr teuer und für den Privatmann unbezahlbar. Da ist es erfreulich, daß ein paar Mainboardhersteller, wie z.B. ASUS hier Hilfe anbieten.
Die Mainboards mit RAID kosten häufig nur ein paar Euro Aufpreis. Im BIOS kann man zwischen RAID und Normalbetrieb umschalten. Nach der Umschaltung auf RAID werden die am IDE oder SATA Bus angeschlossenen Festplatten als eine Platte angesprochen. Obwohl die Zusammenfassung der Platten bereits im BIOS vorgenommen wird und meist auch kein weiterer Treiber notwendig ist, kann es später bei der Installation von Betriebssystemen zu Problemen kommen. Speziell die Hardwareschicht der modernen Betriebssysteme versucht das BIOS zu umgehen. Dadurch kann es immer wieder zu unerwarteten Problemen kommen. Bei eigenständigen RAID Controllern hat man dieses Problem meistens nicht. Diese werden meist nur im Serverbetrieb verwendet und hier mit eigenen Treibern in das System eingebunden. Da auf einem Server in der Regel nicht so viele verschiedene Programme installiert werden, ist die Gefahr von Problemen deutlich eingeschränkter. Für den oft geringen Aufpreis, sollte man vom RAID auf dem Motherboard aber auch nicht viel erwarten. Häufig werden nur die RAID-Level 0 und 1 für maximal vier Platten angeboten. Damit kann man zwar die Datensicherheit erhöhen, aber den dringend erwünschten beschleunigten Zugriff auf seine Daten bekommt man nicht geboten.
Ein weiteres Problem sollte man bei diesem Angebot nicht aus den Augen verlieren. Die Daten werden durch den speziellen Controller des Mainboards auf die Festplatten geschrieben. Fällt dieser Controller aus, kommt man nicht mehr an die Daten auf seinen Platten. Da Mainboards relativ oft durch Nachfolger abgelöst werden bzw. durch BIOS-Updates manche Instabilitäten behoben werden, ist nicht sichergestellt, ob ein anderes Mainboard mit der gleichen Typenbezeichnung die Daten später lesen kann.
Dieses Manko teilen sie allerdings mit den deutlich teureren eigenständigen RAID Controllern. Hier besteht aber meistens die berechtigte Hoffnung, daß der Modellwechsel in der Regel nicht so häufig vonstatten geht, wie im Bereich der Mainboards.
Bei genauerer Betrachtung stellt sich RAID, als integrierter Bestandteil des Mainboards, als ein geschickt eingefädelter Schachzug des Marketing dar, um den Absatz weniger attraktiver Mainboards anzukurbeln.
Die Verwendung des Geschwindigkeit und Sicherheit suggerierenden Begriffs RAID führt beim unerfahrenen Anwender zu falschen Erwartungen, da in der Praxis meistens nur die weniger attraktiven Varianten angeboten werden. Gerade bei der Integration im Mainboard wäre auch der Level 5 wünschenswert. In Kombination mit mehreren Controllern für IDE und SATA, um parallele Zugriffe zu ermöglichen und damit die Gesamtperformance zu beschleunigen, hätte man ein brauchbares System geschaffen. Für so ein System wäre der Anwender dann sicher auch bereit einen grösseren Aufpreis zu bezahlen. Leider hat man bei Asus die Chance nicht richtig genutzt, das Mainboard mit integriertem Asus RAID kann so in der Mainboardwelt nicht richtig punkten.
Die professionellere Variante statt IDE und SATA, einen SCSI-Kontroller zu integrieren und über diesen ein RAID-System aufzubauen, kommt den privaten Anwender viel zu teuer, da SCSI-Festplatten deutlich teurer als die gängigen IDE und SATA-Festplatten sind.
Fazit: Die Integration von RAID im Motherboard ist prinzipiell eine gute Idee, zur wirklichen Praxisreife fehlen aber noch wichtige Punkte.
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