Server-RAID-Konfigurationen für den Datenschutz

Die InMotion Hosting Server InMotion Hosting nutzen standardmäßig mdadm Software-RAID 1 (Spiegelung) über zwei NVMe . Hier wird erklärt, was das bedeutet, wovor es schützt, wovor es nicht schützt und wann verschiedene RAID-Konfigurationen für unterschiedliche Workloads sinnvoll sind.

RAID-Grundlagen

Was RAID kann und was nicht

RAID verteilt Daten auf mehrere physische Laufwerke, um eins oder beide dieser Ziele zu erreichen: bessere Leistung durch Parallelität und Ausfallsicherheit durch Redundanz. Die RAID-Stufe entscheidet, welches Ziel wichtiger ist.

Was RAID nicht macht: Es schützt nicht vor versehentlichem Löschen, Softwarefehlern, Ransomware oder Hardwareproblemen, die mehrere Laufwerke gleichzeitig treffen (wie Feuer, Überschwemmung oder ein Stromstoß, der beide Laufwerke kaputt macht). Für solche Ausfälle braucht man Backups, nicht RAID.

RAID-Levels auf zwei NVMe

RAID 0: Striping

RAID 0 verteilt die Daten in abwechselnden Blöcken auf beide Laufwerke. Ein Schreibvorgang von 100 MB wird gleichzeitig zu 50 MB auf Laufwerk 1 und 50 MB auf Laufwerk 2, was ungefähr halb so lange dauert wie ein Schreibvorgang auf ein einzelnes Laufwerk.

• Nutzbare Kapazität: Gesamte Kapazität (7,68 TB auf zwei 3,84-TB-Laufwerken).
• Leseleistung: Bis zu doppelt so hoher sequenzieller Lesedurchsatz.
• Schreibleistung: Bis zu doppelt so hoher sequenzieller Schreibdurchsatz.
• Redundanz: Keine . Wenn ein einzelnes Laufwerk kaputtgeht, sind alle Daten auf dem Array weg.

RAID 0 eignet sich gut für temporären Speicher, Render-Caches und nicht so wichtige temporäre Daten, wo es auf maximalen Durchsatz ankommt und die Daten wiederhergestellt werden können. Es ist nicht so gut für Produktionsdatenbanken, Anwendungsdaten oder Daten, die nicht von einer externen Quelle wiederhergestellt werden können.

RAID 1: Spiegelung (InMotion Hosting )

RAID 1 schreibt die gleichen Daten gleichzeitig auf beide Laufwerke. Beide Laufwerke haben eine komplette Kopie aller Daten drauf. Wenn ein Laufwerk kaputt geht, läuft das Array einfach weiter mit dem anderen Laufwerk, ohne dass Daten verloren gehen.

• Nutzbare Kapazität: 50 % der Gesamtkapazität (3,84 TB bei zwei 3,84-TB-Laufwerken).
• Leseleistung: Kann von beiden Laufwerken lesen; Software-RAID kann Lesevorgänge verteilen, was zu einer leichten Verbesserung führt.
• Schreibleistung: Es muss auf beide Laufwerke geschrieben werden; der Schreibdurchsatz ist auf die Schreibgeschwindigkeit eines einzelnen Laufwerks begrenzt.
• Redundanz: Hält einen kompletten Festplattenausfall ohne Datenverlust aus .

RAID 1 ist die Standardkonfiguration InMotion Hostingfür dedizierte Server mit zwei NVMe . Für Produktionsdatenbanken, Anwendungsdaten und alle Workloads, bei denen Datenverlust nicht okay ist, bietet RAID 1 den richtigen Basisschutz. Der Kompromiss von 50 % Kapazität ist der Preis für Redundanz.

RAID 10: Gestreifte Spiegel

RAID 10 braucht mindestens vier Laufwerke: Die Laufwerke werden zu RAID 1-Spiegeln gepaart, und diese Spiegel werden dann in RAID 0 gestriped. So kriegt man die Leistung von Striping und die Redundanz von Spiegelung.

• Verfügbare Kapazität: 50 % der Gesamtkapazität aller Laufwerke.
• Leseleistung: 2-facher sequenzieller Lesedurchsatz (Striping über Spiegelpaare).
• Schreibleistung: Entspricht der Schreibgeschwindigkeit eines einzelnen Laufwerks (muss auf Spiegelpaare geschrieben werden).
• Redundanz: Übersteht den Ausfall eines Laufwerks pro Spiegelpaar; kann mehrere Ausfälle überstehen, sofern diese in verschiedenen Paaren auftreten.

RAID 10 auf InMotion Hosting braucht vier NVMe , was nicht die normale Dual-Laufwerk-Konfiguration ist. Für Aufgaben, die sowohl maximalen Durchsatz als auch Redundanz brauchen, bringt eine Multi-Server-Architektur mit Replikation auf Anwendungsebene (Datenbank-Primär/Replik) oft bessere Ergebnisse als ein einzelner Server mit vier Laufwerken.

Software-RAID vs. Hardware-RAID

Wie das mdadm-RAID von InMotion funktioniert

InMotion Hosting mdadm (Multiple Device Administration), die Software-RAID-Implementierung des Linux-Kernels. Das ist ein wichtiger Unterschied zu Hardware-RAID-Controllern, die einen speziellen Prozessor auf einer RAID-Controllerkarte nutzen, um Array-Operationen zu verwalten.

Software-RAID-Operationen (Paritätsberechnung für RAID 5/6, Spiegelungsschreibvorgänge für RAID 1) laufen auf der Haupt-CPU des Servers. Bei modernen Multi-Core-Prozessoren ist dieser Overhead für RAID 1 minimal: Ein RAID 1-Spiegelungsschreibvorgang braucht keine Paritätsberechnung, sondern nur das gleichzeitige Schreiben auf zwei Geräte. Der CPU-Overhead für mdadm RAID 1 auf einem NVMe liegt bei einem 16-Kern-AMD-EPYC-Prozessor normalerweise unter 1 %.

Vorteile von Software-RAID

• Kein Controller-Ausfallmodus: Hardware -RAID-Controller können kaputtgehen. Wenn ein proprietärer RAID-Controller ausfällt, kann das Array normalerweise ohne einen identischen Ersatzcontroller nicht mehr gelesen werden. mdadm-Arrays können auf jedem Linux-System mit derselben Version von mdadm gelesen werden.
• Keine batteriegepufferte Schreib-Cache-Anforderung: Hardware-RAID-Controller nutzen einen batteriegepufferten Schreib-Cache, um Schreibvorgänge auf die Festplatte sicher zu verzögern. Dieser Cache kann aber auch mal ausfallen. mdadm RAID 1 schreibt direkt auf NVMe, das bei NVMe der Enterprise-Klasse über einen integrierten Stromausfallschutz (PLP) verfügt.
• Portabilität: Ein mdadm RAID 1-Array kann auf einen anderen Server verschoben und wieder zusammengesetzt werden. Die Metadaten der Laufwerke sorgen dafür, dass das Zusammensetzen automatisch passiert.

Vorteile von Hardware-RAID (und warum sie bei NVMe weniger wichtig sind)

Hardware-RAID-Controller hatten früher zwei Vorteile gegenüber Software-RAID: einen batteriegepufferten Schreibcache für sichere Schreibbeschleunigung und dedizierte Verarbeitung, um CPU-Overhead bei komplexen RAID-Levels (RAID 5, RAID 6) zu vermeiden.

NVMe mit Stromausfallschutz (Enterprise NVMe, das InMotion nutzt) haben eingebaute Kondensatoren, die bei einem Stromausfall die Schreibpuffer in einen nichtflüchtigen Speicher leeren. Damit ist das Hauptsicherheitsproblem, das durch batteriegepufferte RAID-Caches gelöst wurde, weg. Und das Argument der CPU-Auslastung war wichtig, als Server noch Single-Core- oder Dual-Core-Prozessoren hatten, die große Paritätsberechnungen machten. Auf einem 16-Kern-EPYC mit RAID 1 ist der Overhead vernachlässigbar.

NVMe -Leistungsmerkmale

Konfiguration	Sequentielles Lesen	Sequentielles Schreiben	Zufällige Lese-IOPS	Fehlertoleranz
Einzelnes 3,84 TB NVMe	~5.500 MB/s	~4.000 MB/s	~500,000	Keine
RAID 0 (2x 3,84 TB NVMe)	~7.000 MB/s	~6.000 MB/s	~800,000	Keine
RAID 1 (2x 3,84 TB NVMe)	~5.500 MB/s	~4.000 MB/s	~500,000	Ausfall eines einzelnen Laufwerks

Die sequenzielle Leseleistung von RAID 1 kann ein bisschen höher sein als bei einem einzelnen Laufwerk, wenn der Software-RAID-Treiber aufeinanderfolgende Lesevorgänge auf beide Laufwerke verteilt. In der Praxis ist die Leseleistung von mdadm RAID 1 bei sequenziellen Workloads ungefähr so schnell wie bei einem einzelnen Laufwerk und bei zufälligen Lesevorgängen unter gleichzeitiger Zugriff etwas besser.

Die Schreibleistung von RAID 1 ist genauso schnell wie die eines einzelnen Laufwerks, weil beide Laufwerke die Daten bekommen müssen, bevor der Schreibvorgang fertig ist. Bei NVMe mit einer sequenziellen Schreibgeschwindigkeit von 4 GB/s liegt der Schreibdurchsatz von RAID 1 bei ungefähr 4 GB/s. Das ist schnell genug für so ziemlich jede einzelne Server-Auslastung.

Festplattenausfall und Wiederherstellungsprozess

Was passiert, wenn eine Festplatte kaputt geht?

Wenn eine Festplatte in einem mdadm RAID 1-Array kaputt geht, läuft das Array einfach weiter, aber in einem eingeschränkten Zustand mit der noch funktionierenden Festplatte. Die Leistung kann während des eingeschränkten Betriebs ein bisschen nachlassen, weil jetzt alle Lesevorgänge von einer einzigen Festplatte kommen, aber der Server bleibt online und die Daten sind sicher.

Die Überwachung InMotion Hostingerkennt Festplattenausfälle und sorgt dafür, dass die Hardware ausgetauscht wird. Sobald die Ersatzfestplatte eingebaut ist, baut mdadm das Array wieder auf, indem es alle Daten von der noch funktionierenden Festplatte auf die neue kopiert.

Wiederherstellungszeiten auf NVMe

NVMe sind echt schneller als bei SATA SSD Festplatten:

• RAID 1-Wiederherstellung mit rotierenden Festplatten: 12 bis 24 Stunden für ein 3 bis 4 TB großes Laufwerk bei einer typischen Wiederherstellungsgeschwindigkeit von 50 bis 100 MB/s.
• SATA SSD 1 Wiederherstellung: 2-4 Stunden für ein 1,92 TB Laufwerk bei 150-200 MB/s.
• NVMe 1-Wiederherstellung: Weniger als 1 Stunde für ein 3,84-TB-Laufwerk bei einer konstanten Wiederherstellungsgeschwindigkeit von 1–2 GB/s.

Die Geschwindigkeit beim Wiederherstellen ist wichtig, weil während des Wiederherstellungsvorgangs die noch funktionierende Festplatte gleichzeitig die Produktions-E/A und die Wiederherstellungs-E/A übernimmt. Je kürzer das Wiederherstellungsfenster ist, desto weniger Zeit verbringt das Array in einem beeinträchtigten Zustand, in dem ein zweiter Festplattenausfall zu Datenverlust führen würde.

RAID ist keine Datensicherung: Der entscheidende Unterschied

Diese Unterscheidung muss man wirklich betonen, weil die Verwirrung oft vorkommt und die Folgen echt schlimm sind.

RAID 1 schützt vor dem Ausfall einer einzelnen physischen Festplatte. Es schützt nicht vor:

• Versehentliches Löschen von Dateien (beide Laufwerke löschen die Datei gleichzeitig)
• Datenbankbeschädigung durch einen Softwarefehler (beide Laufwerke speichern die beschädigten Daten)
• Ransomware (beide Laufwerke werden gleichzeitig verschlüsselt)
• Mehrere Festplatten gehen gleichzeitig kaputt wegen eines Stromstoßes oder eines Brandes.
• Serverdiebstahl oder Rechenzentrumskatastrophe

Um sich vor solchen Ausfällen zu schützen, muss man Backups an einem anderen Ort machen. InMotion Premier Care bietet 500 GB automatisierten Backup-Speicherplatz außerhalb des Servers. Das ist die Backup-Ebene, die den Schutz vor Festplattenausfällen durch RAID ergänzt.

Eine gute Datenschutzstrategie braucht beides: RAID 1 für eine durchgehende Ausfallsicherheit der Festplatten ohne Ausfallzeiten und Backups außerhalb des Servers für alles, was RAID nicht abdecken kann. Keines von beiden kann das andere ersetzen.

Die richtige Konfiguration für deine Arbeitslast auswählen

Arbeitsbelastung	Empfohlenes RAID	Grund
Produktionsdatenbank	RAID 1 (Standard)	Datenintegrität; ein Laufwerksausfall darf nicht zu Datenverlust führen.
Render-Cache / Scratch	RAID 0 oder kein RAID	Daten kann man wiederherstellen; Leistung und Kapazität sind wichtiger.
App + Datenbank auf demselben Server	RAID 1 (Standard)	Sowohl die Anwendung als auch die Datenbank müssen geschützt werden.
Entwicklungsumgebung	RAID nicht okay	Datenverlust ist nervig, aber nicht das Ende der Welt; nutze Versionskontrolle.
Dateiserver / Archiv	RAID 1 + Offsite-Backup	Beides ist wichtig: Ausfallsicherheit und Schutz vor Katastrophen.