Hardware-RAID vs. Software-RAID

Wie Sie Ihre Daten mit ZFS schützen

Eine Frage, die in der Serverbranche oft gestellt wird, lautet: „Was ist besser – Software-RAID oder Hardware-RAID? Wenn Sie zu diesem Thema recherchieren, deuten viele Informationen über RAID darauf hin, dass eine Hardware-RAID-Karte der Verwendung eines Software-RAID vorzuziehen ist. Dem stimme ich jedoch nicht zu. Meiner Meinung nach ist Software-RAID für die meisten Anwendungen weitaus besser als Hardware-RAID. Hardware-RAID hat seinen Platz unter bestimmten Betriebssystemen, aber ich werde Ihnen sagen, warum Software im Allgemeinen weit überlegen ist.

Die Bevorzugung von Hardware-RAID gegenüber Software-RAID stammt aus einer Zeit, als die Hardware einfach nicht leistungsfähig genug war, um die Verarbeitung von Software-RAID zusammen mit all den anderen Aufgaben zu bewältigen, für die sie verwendet wurde. Damals bestand die Lösung darin, eine Hardware-RAID-Karte mit einem eingebauten Prozessor zu verwenden, der die RAID-Berechnungen „offline“ durchführte. Sie stellte sich dem Betriebssystem des Computers als ein einziges Laufwerk dar und verarbeitete intern die Daten, die von den verschiedenen Speichergeräten (Festplatten) ein- und ausgelagert wurden. Auf diese Weise lief alles reibungslos und profitierte gleichzeitig von der Sicherheit von RAID.

Hardware-RAID ist immer noch bei einigen Leuten beliebt und viele der heutigen Hardware-RAID-Karten bieten eine hervorragende Leistung und entlasten die CPU, aber es gibt immer noch einige ernsthafte Probleme und Nachteile:

• Herausforderungen bei der Wiederherstellung von Daten, wenn größere Ausfälle auftreten

• Eigene/nicht standardisierte Protokolle, die bedeuten, dass Ihr Array nur mit derselben Hardware-Raid-Karte funktioniert. Sie können Ihre Festplatten nicht an eine beliebige RAID-Karte anschließen und erwarten, dass diese Ihre Daten liest.

• Hardware-RAID hat die Fähigkeit, eine Gruppe von Laufwerken als ein einziges Laufwerk erscheinen zu lassen. Diese Architektur ist in ihrer Einfachheit elegant. Sie schließt jedoch auch die Integration von Funktionen in das Betriebssystem und das Dateisystem aus. Diese Integration ist es, die es Software-RAID ermöglicht hat, Hardware-RAID dramatisch zu überholen.

Wo ich glaube, dass wir heute sind

Zwei Dinge sind passiert, die Software-RAID gegenüber Hardware-RAID begünstigt haben und es ihm ermöglichten, die Führung zu übernehmen. Die Rechenleistung hat so stark zugenommen, dass die durch RAID verursachte Rechenlast nicht mehr signifikant ist. Zweitens haben Stärke, Funktionen und Integration von RAID-Software dramatisch zugenommen.

Hardware-RAID bietet weiterhin solide und einfache architektonische Lösungen, um mehrere Laufwerke in RAID-Arrays zu kombinieren und sie dem Betriebssystem als ein einziges Gerät zu präsentieren. Dies ist besonders nützlich bei MS Windows, das eine schmerzhaft langsame Implementierung von Software-RAID hat. Es stellt jedoch nach wie vor ein Datensicherheitsrisiko dar, da Sie einen identischen (oder kompatiblen) Controller verwenden müssen, um Daten im Falle eines Hardwareausfalls wiederherzustellen.

Auf der Softwareseite ist das heutige Software-RAID superschnell (zumindest bei Linux und BSD), extrem flexibel und hochgradig in Betriebssysteme integriert. Außerdem ist es in Wiederherstellungssituationen viel leistungsfähiger als Hardware-RAID. Um Ihre Daten wiederherzustellen, benötigen Sie nur einen weiteren Speicherserver mit demselben Betriebssystem. Danach sind die Schritte einfach, schließen Sie einfach die Laufwerke an und machen Sie sich an die Arbeit – Sie sollten in der Lage sein, sich von fast jeder Situation zu erholen, in der Ihr Datenverlust nicht die grundlegenden Grenzen überschritten hat.

Es ist klar, dass Computer und Software einen langen Weg zurückgelegt haben, und es wird immer deutlicher, dass softwaredefiniertes RAID im Laufe der Zeit immer weiter verbreitet sein wird.

ZFS Dateisystem und Volume Manager

Nun werden wir uns mit einem unserer beliebtesten Dateisysteme und Volume Manager beschäftigen, ZFS. Wir werden über einige der Funktionen sprechen, die ZFS einzigartig machen, und Ihnen dann ein Beispiel von einem unserer Kunden geben, der eine Menge Geld gespart hat, weil er ZFS mit Software-RAID verwendet hat.

Wir lieben ZFS, weil es viele der Probleme umgehen kann, die bei der Verwendung herkömmlicher RAID-Karten auftreten können. Anstelle einer Hardware-RAID-Karte, die den ersten Zugriff auf die Laufwerke erhält, verwendet ZFS beispielsweise eine JBOD-Karte, die die Laufwerke nimmt und sie mit dem integrierten Volume Manager und Dateisystem verarbeitet. Dies gibt ZFS eine größere Kontrolle, um einige der Herausforderungen zu umgehen, die Hardware-RAID-Karten normalerweise haben. Aufgrund dieser Kontrolle und seiner funktionalen Eigenschaften kann ZFS mit Fehlern extrem gut umgehen. Diese Funktionen, darunter Copy on Write, Snapshots, praktisch unendliche Skalierung, Selbstheilung mit Prüfsummen und eingebaute Virtualisierung für Ihren Speicherpool, verleihen ZFS ein zusätzliches Maß an Robustheit.

ZFS hat seine eigene Art, neue Schreibvorgänge zu strukturieren, genannt Copy on Write. Dies unterscheidet sich von der Art und Weise, wie die meisten Volume Manager neue Schreibvorgänge strukturieren. Wenn eine Änderung oder neue Daten geschrieben werden, werden sie normalerweise über die alten Daten geschrieben. Kommt es jedoch während dieses Schreibvorgangs zu einem Stromausfall, können die Daten verloren gehen. Anstatt die alten Daten zu überschreiben, schreibt ZFS die Daten an einen neuen Ort und kopiert den Pfad hinüber. Das bedeutet, dass Ihre Daten nicht verloren gehen, wenn Sie während des Schreibvorgangs den Strom verlieren. Es gibt ZFS auch die Möglichkeit für eine weitere seiner nützlichsten Funktionen: Snapshots.

Snapshots sind im Wesentlichen Zeitstempel, die zeigen, was der Pfad für Daten zu einem bestimmten Zeitpunkt in der Vergangenheit war, diese werden in einer eigenen Tabelle getrennt von Daten gespeichert. Da ZFS die Daten nicht überschreibt, sondern an einen neuen Ort schreibt, kann man zu einem früheren Zeitstempel zurückkehren, es funktioniert quasi wie ein Backup. Schnappschüsse haben jedoch einen weitaus geringeren Overhead als ein echtes Backup, da bei einem vollständigen Backup die Daten kopiert werden müssen. Schnappschüsse können im Vergleich dazu schnell und einfach erstellt werden.

ZFS hat auch eine unglaubliche Fähigkeit, sich selbst gegen Schreibfehler, Datenkorruption oder Bitfäule zu heilen. Es analysiert Daten, die an redundanten Stellen gespeichert sind, mithilfe von Prüfsummen und repariert sich selbst auf der Grundlage von Inkonsistenzen. Es verfügt auch über traditionelle RAID-Funktionen – Spiegelung, Striping und Paritätsprüfungen. Bei der Verwendung einer Hardware-RAID-Karte wird der Festplattenintegritätsprüfer maskiert, wenn die Festplatten angeschlossen sind. Dies ist ein Problem, da Sie nicht erkennen können, ob eine Ihrer Festplatten bald den Geist aufgibt. ZFS umgeht dieses Problem, da keine Operationen auf die Festplatten geschrieben werden, bevor sie dem Betriebssystem präsentiert werden.

Kundenbeispiel

Wir alle machen Fehler, einige können teurer sein als andere. Einer unserer Kunden, der ZFS auf seinem Storinator einsetzt, musste umziehen und hatte die Festplatten vor dem Umzug nicht ausgebaut, so dass sie während des Umzugs irgendwie beschädigt wurden.

Als der Kunde versuchte, den Storinator hochzufahren und den ZFS-Pool zu importieren, waren einige der Laufwerke beschädigt und einige waren falsch platziert – es gab sogar beschädigte Metadaten. Da der Kunde jedoch ZFS verwendet hat, konnte er den Pool relativ einfach wiederherstellen.

Unser Support-Team hier bei 45Drives konnte den Pool manuell als beschädigt importieren. Nach dem Import des Pools konnten wir neue Laufwerke hinzufügen, den Pool säubern und die Dinge liefen wieder normal.

Wir konnten dies nur aufgrund der Widerstandsfähigkeit von ZFS erreichen, aber dies wäre nicht möglich gewesen, wenn unser Kunde Hardware-RAID verwendet hätte, da dieses viel empfindlicher auf Komponentenausfälle reagiert. Hätte er Hardware-RAID verwendet, wäre es sehr wahrscheinlich gewesen, dass seine Daten verloren gegangen wären – ohne eine teure Wiederherstellung.

Zusammenfassung
Wenn Sie ein Höchstmaß an Sicherheit, Funktionen und Leistung benötigen, ist Software-RAID die Lösung. Beachten Sie, dass Sie ein leistungsfähiges Betriebssystem wie Linux oder BSD verwenden müssen; und wenn Sie dies tun, sollten Sie ZFS in Betracht ziehen. Seine Leistung ist auf den heutigen Rechnern hervorragend, es hebt die Datensicherheit auf ein noch nie dagewesenes Niveau, und als Bonus ist es wirklich einfach zu bedienen, sobald man die Lernkurve hinter sich gebracht hat.