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Raid-System: Festplatten für mehr Tempo verbinden

14.05.2016 | 09:33 Uhr |

Einen schnellen und sicheren Festplattenverbund gibt es so günstig wie nie: Ein Gigabyte Plattenplatz kostet keine drei Cent – und einen Raid-Controller haben die meisten Hauptplatinen schon an Bord.

Viele Hauptplatinen besitzen heutzutage einen integrierten Raid-Controller. Raid steht für „Redundant Array of Independent Disks“ und bezeichnet einen Verbund aus mehreren Festplatten, die zusammenarbeiten. Hat Ihr Mainboard keinen Onboard-Controller, können Sie ihn sehr kostengünstig nachrüsten. Eine PCI-Express-Karte zum Anschluss von bis zu vier SATA-Laufwerken bekommen Sie schon für rund 20 Euro. Die Festplatten selber sind preiswert wie nie. In der 2,5-Zoll-Klasse gibt‘s das Gigabyte schon ab 4 Cent und im 3,5-Zoll-Bereich bereits zu Tiefstpreisen ab 2,5 Cent. Wollen Sie Solid State Drives im Raid betreiben, lesen Sie zuerst den Kasten „SSDs im Raid: Nur als Komplettlösung sinnvoll“ am Ende des Artikels.

Auch interessant: Festplatte und SSD korrekt einrichten

So arbeiten die wichtigsten Raid-Modi

In der Regel unterstützen die Onboard-Controller die gängigsten Raid-Modi, die entweder mehr Tempo (Raid 0), mehr Datensicherheit (Raid 1) oder eine Kombination aus beiden Eigenschaften (Raid 5 oder Raid 10) erlauben. Für die ersten beiden Modi benötigen Sie mindestens zwei baugleiche Festplatten, Raid 5 setzt drei und Raid 10 mindestens vier Laufwerke voraus.

Im Folgenden stellen wir diese vier Modi vor (siehe die Abbildungen unten) und erklären Vor-und Nachteile.

Mit Raid 0 gibt’s mehr Tempo, während Raid 1 im Dienste der Datensicherheit steht. Mit Hilfe der Modi Raid 5 und Raid 10 kombinieren Sie beide Eigenschaften.
Vergrößern Mit Raid 0 gibt’s mehr Tempo, während Raid 1 im Dienste der Datensicherheit steht. Mit Hilfe der Modi Raid 5 und Raid 10 kombinieren Sie beide Eigenschaften.

Raid 0 beschleunigt den Datentransfer, da der Raid-Controller hier zwei oder mehr gleich große Festplatten zu einem logischen Laufwerk vereint. Auf dieses gemeinsame Laufwerk verteilt der Controller die Daten dann gleichmäßig in aufeinander folgenden Blöcken (in der Abbildung A1 bis A8) auf alle Laufwerke. Im Idealfall addieren sich im Raid 0 die Datenraten der angeschlossenen Festplatten; in der Praxis beträgt der Tempozuwachs 60 bis 90 Prozent. Der große Nachteil von Raid 0: Fällt nur eine einzige Platte im Verbund aus, sind alle Daten des Festplattenverbundes verloren.

Raid 1 steht ausschließlich im Dienste der Datensicherheit. Hier schreibt der Raid-Controller die Daten simultan auf zwei Platten, so dass beim Ausfall einer Platte jederzeit eine 1:1-Kopie Ihrer Daten auf der zweiten Platte zur Verfügung stehen. Der Nachteil von Raid 1: Von der Gesamtkapazität der beiden Laufwerke stehen nur 50 Prozent für Ihre Daten zur Verfügung.

Raid 5 setzt mindestens drei Laufwerke voraus und ist eine Kombination aus viel Tempo und etwas Sicherheit. Wie bei Raid 0 verteilt der Controller die Daten blockweise auf alle angeschlossenen Laufwerke des Verbundes, in der Abbildung sind das die Bereiche A1 bis A3, B1 bis B3 und so weiter. Gleichzeitig sind auf jeder Platte alle notwenigen Informationen zur Wiederherstellung der Daten (Paritätsdaten) eines anderen Laufwerks gespeichert, in der Abbildung als „Ap“ bis „Dp“ bezeichnet. Der Nachteil: Es darf nur eines der Laufwerke ausfallen – die Wahrscheinlichkeit, dass dies passiert, ist aber schon recht gering.

Raid 10 ist eine Kombination von Raid 1 sowie Raid 0 und verbindet die Vorteile beider Verfahren, nämlich mehr Tempo und eine sehr hohe Sicherheit, setzt aber mindestens vier Laufwerke voraus – ist also mit höheren Kosten verbunden. Raid 10 besteht aus zwei Sets von Festplatten, die jeweils im Raid-1-Modus arbeiten. Diese beiden Festplattenverbunde sind dann noch zusätzlich als Raid 0 zusammengefasst. Raid 10 ist sehr sicher, da in jedem Set eine Platte ausfallen kann, ohne dass Daten verloren gehen. Der Nachteil: Wie bei Raid 1 stehen von der Gesamtkapazität aller angeschlossenen Laufwerke nur 50 Prozent für die Datenspeicherung zur Verfügung.

Vorbereitungen für einen Raid-Festplattenverbund

Sie löschen alle Daten einer einzelnen Festplatte, wenn Sie sie zum Teil eines Raids machen. Wollen Sie Ihr Betriebssystem auf einen Festplattenverbund packen, müssen Sie also in jedem Fall eine Neuinstallation durchführen. Sie benötigen in diesem Fall meist auch noch einen USB-Stick oder einen optischen Datenträger, über den Sie zu Beginn der Betriebssystem-Installation den passenden Raid-Treiber einspielen müssen.

Den Treiber bietet in der Regel der Hauptplatinen-respektive Controller-Karten-Hersteller zum Download an – sofern sich der Raid-Treiber nicht bereits im Lieferumfang auf der Installations-CD/DVD befindet. Wir raten Ihnen aber in jedem Fall, auf der jeweiligen Website die Aktualität des Raid-Treibers prüfen, damit Sie auch die neueste Version verweden.

Soll Ihre Betriebssystem-Installation auf einer separaten Festplatte beziehungsweise SSD bleiben, können Sie selbstverständlich den neuen Raid jederzeit in ein bestehendes System einbinden.

Siehe auch: Festplatten- und SSD-Tools für Windows

Schalten Sie den PC aus und öffnen Sie ihn. Montieren Sie die für den Festplattenverbund vorgesehenen Festplatten im Laufwerkskäfig. Bei mehreren Festplatten, die direkt übereinander sitzen, ist eine zusätzliche Kühlung nicht verkehrt. Montieren Sie daher – falls möglich – an der Frontblende direkt vor dem Laufwerkskäfig einen zusätzlichen Lüfter. Die Strömungsrichtung ist im Idealfall von vorne nach hinten, das heißt der Lüfter saugt kalte Luft von außen an und bläst sie durch den Laufwerkskäfig hindurch.

Verbinden Sie dann alle Festplatten des geplanten Verbunds über SATA-Kabel mit dem Raid-fähigen SATA-Controller des Mainboards respektive der separaten Controller-Karte. Bei Onboard-Lösungen ist das in der Regel der Haupt-Controller mit sechs oder acht gleichfarbigen SATA-Buchsen. Sollten Sie sich unsicher sein, konsultieren Sie das Hauptplatinen-Handbuch. Verbinden Sie abschließend alle Festplatten mit einem SATA-Stromstecker des Netzteils.

Informieren Sie sich zuerst im Hauptplatinen-Handbuch, welcher Raid-Controller welche SATA-Buchsen steuert, bevor Sie die Funktion im Bios aktivieren und die Platten anschließen.
Vergrößern Informieren Sie sich zuerst im Hauptplatinen-Handbuch, welcher Raid-Controller welche SATA-Buchsen steuert, bevor Sie die Funktion im Bios aktivieren und die Platten anschließen.

Raid konfigurieren und aktivieren

Je nachdem, ob Sie eine Onboard-Lösung oder eine dezidierte Controller-Karte verwenden, ist die Vorgehensweise ganz am Anfang unterschiedlich, die Konfiguration des Raid-Controllers selber aber in der Regel sehr ähnlich.

Starten Sie den PC und gehen Sie bei der Verwendung eines Onboard-Controllers sofort ins Bios-respektive Uefi-Setup, indem Sie gleich zu Beginn des Bootvorgangs die Entf-Taste (englisch: „Del“) oder die Taste F2 drücken. Suchen Sie als Erstes im Menü „Advanced“ oder „IDE Configuration“ nach dem Unterpunkt „SATA Mode“, „SATA Configuration“ oder „On Chip SATA (Type)“.

Wollen Sie den Raid-Controller der Hauptplatine nutzen, müssen Sie als Erstes im Bios respektive Uefi die Option „Raid“ einschalten.
Vergrößern Wollen Sie den Raid-Controller der Hauptplatine nutzen, müssen Sie als Erstes im Bios respektive Uefi die Option „Raid“ einschalten.

Hier stehen Ihnen dann die Einstellungen „IDE“, „Raid“ oder „AHCI“ zur Verfügung. Wählen Sie „Raid“ aus. Steht auch eine Neuinstallation des Betriebssystems an, rufen Sie gleich noch im Bios das „Boot“-Menü auf, um die passende Reihenfolge der Bootdatenträger festzulegen. Wenn Sie Windows von der Installations-DVD aufspielen wollen, setzen Sie Ihr DVD-Laufwerk an die erste Stelle. Wollen Sie stattdessen einen USB-Stick nutzen, wählen Sie die entsprechende Bootoption aus. Speichern Sie dann alle Änderungen im Bios und starten Sie den PC neu.

Während des Boot-Vorgangs meldet sich jetzt der Raid-Controller und fordert Sie auf, zur Konfiguration des Festplattenverbundes eine bestimmte Tastenkombination zu drücken –meist ist das eine F-Taste oder die Steuerungstaste (Strg bzw. Ctrl) und ein Buchstabe. Dasselbe passiert auch bei einer eigenständigen Controller-Karte, die bringt nämlich ihr eigenes Bios mit. Auch sie meldet sich beim Bootvorgang und zeigt eine Tastenkombination an, mit der Sie ins Setup-Menü wechseln können.

Die Konfiguration des Raid-Controllers läuft immer gleich ab, lediglich die Menübezeichnungen unterscheiden sich je nach Controller-Karten-beziehungsweise Hauptplatinen-Modell. An dieser Stelle schadet es also nicht, sich zuerst im Mainboard-respektive Raid-Karten-Handbuch über die verfügbaren Menüpunkte und -bezeichnungen zu informieren. Im Folgenden erklären wir alle Konfigurationsschritte beispielhaft anhand des Raid-Dienstprogramms „Intel Rapid Storage Technology Option ROM“, das Hauptplatinen mit Intel-Chipsätzen sehr häufig verwenden.

Die Konfiguration eines Raid-Controllers läuft immer gleich ab, lediglich die Menübezeichnungen – hier im Bild die „Intel Rapid Storage“-Lösung – können sich geringfügig unterscheiden.
Vergrößern Die Konfiguration eines Raid-Controllers läuft immer gleich ab, lediglich die Menübezeichnungen – hier im Bild die „Intel Rapid Storage“-Lösung – können sich geringfügig unterscheiden.

Beim Bootvorgang kommen Sie mit der Tastenkombination Strg-I ins Setup-Menü. Die Navigation innerhalb des Menüs erfolgt über die Pfeiltasten, Mit der Eingabe-Taste bestätigen Sie jeweils Ihre Auswahl. Wählen Sie im Hauptmenü „Erstellen eines Raid-Volumen“, um die Konfiguration zu starten. Unter „Name“ benennen Sie den Festplattenverbund. Bei „Raid Level“ wählen Sie den gewünschten Raid-Modus aus. Unter „Disks“ definieren Sie alle Festplatten, die dem Verbund angehören sollen. Die Auswahl jeder Festplatte bestätigen Sie hier ausnahmsweise nicht mit der Eingabe-, sondern der Leertaste.

Stellen Sie nun die Blockgröße („Strip Size“) ein, die der Festplattenverbund nutzen soll; empfehlenswert sind 128 KB. Unter „Capacity“ können Sie auf Wunsch den Raid in mehrere logische Laufwerke aufteilen, ansonsten lassen Sie hier den Standardwert (der maximal mögliche Speicherplatz) unverändert. Abschließend legen Sie mit „Volumen erstellen“ den Raid an; den Warnhinweis bestätigen Sie mit der Y-Taste. Soll der Festplattenverbund das Betriebssystem beherbergen, aktivieren Sie für die Option „Bootable“ ein „Yes“ . Nach einem Neustart ist Ihr Raid betriebsbereit.

Raid in Betrieb nehmen

Falls sich auf Ihrem neu angelegten Raid nicht das Betriebssystem befindet, können Sie den Verbund wie eine einzelne Festplatte ins System mit Hilfe einer Raid-Software des Controller-Herstellers einbinden und dann sofort nutzen.

Wollen Sie das Betriebssystem auf dem Festplattenverbund installieren, brauchen Sie jetzt den USB-Stick beziehungsweise die Mainboard-Installations-CD/DVD mit dem Raid-Treiber. Legen Sie zuerst die Windows-Installations-DVD ein oder schließen Sie den USB-Stick mit dem Betriebssystem an. Starten Sie dann den PC neu.

Bei einer Neuinstallation des Betriebssystems auf dem Raid müssen Sie meist per USB-Stick oder Treiber-CD/DVD per Hand den Raid-Treiber einbinden.
Vergrößern Bei einer Neuinstallation des Betriebssystems auf dem Raid müssen Sie meist per USB-Stick oder Treiber-CD/DVD per Hand den Raid-Treiber einbinden.

Sobald Sie die Windows-Installationsroutine auffordert, die Festplatte auszuwählen, auf die das Betriebssystem kommen soll, wählen Sie den Festplattenverbund aus. Meist müssen Sie jetzt den passenden Raid-Treiber des Onboard-Controllers zusätzlich über das vorbereitete Speichermedium einspielen, indem Sie den USB-Stick anschließen oder die Mainboard-Installations-CD/DVD einlegen und dann das Treiber-Verzeichnis manuell auswählen. Haben Sie den richtigen Treiber für die korrekte Windows-Version ausgewählt, fährt die Windows-Installationsroutine nach dem Laden des Raid-Treiber wie gewohnt mit dem Aufspielen des Betriebssystems auf dem Raid fort.

Bei einem Festplattenverbund, den Sie selber aus mehreren SDDs zusammenschließen, haben Sie mehr Nachteile als Vorteile. Das liegt an der grundsätzlich anderen Arbeitsweise einer Solid State Drive. Eine SSD braucht keine mechanischen Schreib-und Leseköpfe, die Daten auf rotierende Magnetscheiben schreibt – sie speichert Daten in elektrisch geladenen Zellen. Dadurch ergibt sich eine wesentlich geringere Zugriffszeit als bei herkömmlichen HDDs. Der schnellere Zugriff verliert aber spürbar an Tempo, wenn Sie mehrere SSDs in einem Raid-Verbund bündeln. Zudem organisiert und verwaltet eine SSD ihre Daten ganz anders als eine herkömmliche Festplatte: Die Speicherzellen einer Solid State können nur eine begrenzte Zahl von Schreibzyklen durchführen. Denn mit der Zeit verlieren sie die Fähigkeit, Ladung zu speichern. Deshalb versucht der SSD-Controller, mit Hilfe der „Wear Leveling“-Technik die Daten gleichmäßig auf alle Speicherzellen zu verteilen – um alle Zellen gleichmäßig abzunutzen. Dabei fasst er für Schreibvorgänge Speicherzellen in 4-KB-Blöcken zusammen. Schreibt der Controller beispielsweise nacheinander eine 1 KB, 2 KB und 5 KB große Datei, belegen diese insgesamt vier 4-KB-Blöcke, also 16 KB, obwohl sie an sich nur halb so viel Speicherplatz benötigen. Dies führt zu einer Blockfragmentierung der SSD: Am Anfang kann der Controller mit vollem Tempo in freie Blöcke schreiben. Sind jedoch alle Blöcke belegt, muss er bereits beschriebene Blöcke einlesen, zwischenspeichern, umgruppieren und neu schreiben. Das kostet erheblich mehr Zeit, als die Daten einfach in leere Blöcke zu schreiben.

Das Betriebssystem verschärft das Problem der Blockfragmentierung, da es permanent nicht mehr gebrauchte Daten löscht, etwa temporäre Dateien, ohne dies dem SSD-Controller mitzuteilen. Dieses Problem löst zwar der „Trim“-Befehl, den Microsoft seit Windows 7 automatisch unterstützt. Er teilt dem SSD-Controller mit, welche Blöcke Datenmüll enthalten, die er löschen kann. Allerdings unterstützen meist nur SSDs für den Unternehmenseinsatz den Trim-Befehl im Raid, so dass sich bei vielen Consumer-SSDs insbesondere die Schreibleistung verschlechtern kann. Hinzu kommt, dass viele SSDs im Raid-Betrieb auch nicht die Smart-Funktion unterstützen, mit der sich der Gesundheitszustand der Festplatte automatisch überwachen lässt. Wenn Sie also an einem SSD-Raid interessiert sind, kaufen Sie sich gleich eine PCI-Express-SSD, die mit einem internen Raid 0 arbeitet. PCI-Express-SSDs wie beispielsweise die Revo-Drives von OCZ oder die Scorpion-Modelle von Mushkin können Sie in jedem PC einsetzen – sofern Sie zumindest einen x4-Steckplatz frei haben. Stand der Technik sind SSDs mit NVM-Express (NVMe) wie etwa die Samsung 950 Pro, allerdings unterstützen bisher nur wenige Hauptplatinen wie etwa Modelle mit X99-und Z97-Chipsatz den Standard.

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