Sa. 13. Mai 2017 um 12:34

Review: Drobo BeyondRAID – Der Segen der Virtualisierung?

von Yves Jeanrenaud0 Kommentare

Vor einer Weile hatten wir euch das Drobo 5N NAS von Drobo Inc., ehemals Data Robotics Inc., im Test vorgestellt. Der Clou an den Speicherlösungen von Drobo ist indes jedoch die BeyondRAID-Technologie, um die es heute im Speziellen gehen soll.

 

Dazu einmal wollen wir darauf eingehen, was Drobos proprietäre Lösung von herkömmlichen RAID-Systemen unterscheidet und welche Probleme damit angegangen werden sollen.


Was ist RAID?

Die Abkürzung RAID steht heute für Redundant Array of Independent Disks, also die “Redundante Anordnung unabhängiger Festplatten”, welche es ermöglichen, so wie BeyondRAID übrigens auch, Speicherkapazitäten mehrerer physischer (Festplatten-)Datenträger zu einem logischen Laufwerk zusammen zu legen und zusammen zu organisieren, um so nicht nur mehr Speicherplatz, sondern auch mehr Datendurchsatz und mehr Ausfallsicherheit zu erreichen.

 

Tolle Sache, gerade in Zeiten von 4K-Smartphones und anderen, speicherintensiven Anwendungen. Der Grundgedanke hierbei ist, dass die Datenredundanz, also das mehrfache Vorkommen ein und derselben Daten entgegen der üblichen Gepflogenheiten in der IT gezielt genutzt statt vermieden wird.

 

Dies kommt vor allem der Ausfallsicherheit zugute, denn ist ein physischer Datenträger mal defekt, soll er ohne Datenverlust ersetzt werden können. Das geht, weil von jedem Datensatz, jeder Datei und jedem Foto und so weiter auf dem logischen Datenträger Kopien auf mehrere physische Datenträger verteilt werden, so dass für den Fall, dass ein physischer Datenträger ausfällt, die Daten noch in Kopie vorhanden sind und wiederhergestellt werden können. Da Suchprozesse auf physischen Datenträgern, besonders noch vor der SSD-Ära, die grössten Bremsen der Übertragungsgeschwindigkeit darstellen, ist das Verteilen der Daten auf mehrere Datenträger immer auch mit einem Geschwindigkeitsgewinn verbunden, denn nunmehr können parallele Datenzugriffe stattfinden.

Probleme eines herkömmlichen RAID

Soweit die Theorie. Herkömmliche RAID-Systeme, egal ob RAID 1-, 2-, 5- oder 6-Konfigurationen usw., erfordern jedoch einiges an Vorüberlegungen. Jede RAID-Konfiguration bietet ihre Vor- und Nachteile und opfert auf Kosten der Datenträgeranzahl (und den Anschaffungspreis) beispielsweise den Redundanz-Umfang etc., worauf an dieser Stelle nicht weiter eingegangen werden soll. Auch zu Software- und Hardware-RAID gäbe es viel zu sagen, was jedoch wenig zu Drobo BeyondRAID differenziert.

 

Mit grösster Nachteil bei herkömmlichen RAID-Systemen ist jedoch immer die Kapazitätsproblematik: In einem RAID-Satz sind die Datenträger möglichst mit identischer Kapazität zu wählen, da sonst Speicherplatz verschwendet wird. Ein RAID-System muss nämlich die kleinste Datenträgergrösse als Ausgangspunkt für die Redundanz, sprich Spiegelung der Daten, nehmen um sicherzustellen, dass alles von Datenträger A auch auf Datenträger B unter kommt.

 

Ein weiterer gewichtiger Nachteil kommt hier hinzu: Eine Wiederherstellung der Daten oder eine Erweiterung des physischen Datenträgersatzes, genau so wie eine Änderung des RAID-Typs, erfordern in der Regel ein komplettes Rebuild des RAID-Systems. Ist eine Platte ausgefallen, kann diese in der Regel noch ersetzt werden, ohne vorher die Daten auf ein externes Speichersystem zu sichern, doch die Anzahl und die Grösse der Festplatten in einem herkömmlichen RAID müssen von Anfang an wohlüberlegt sein.

 

Das heisst: Will man mehr Platz in seinem RAID schaffen, beispielsweise durch grössere Festplatten, um dem wachsenden Speicherbedarf für die heimische Fotosammlung gerecht zu werden, muss man Festplatte für Festplatte einzeln austauschen und dazwischen jeweils das ganze RAID immer neu aufbauen lassen. Ein mitunter langwieriger und auch fehleranfälliger Prozess. Geht hier etwas schief, sind die Daten dann manchmal einfach weg.

 

Auch muss die RAID-Konfiguration, also die exakte Anordnung und Reihenfolge der physischen Datenträger sowie weitere Informationen, gespeichert werden. Hardware-RAIDs, die einen Grossteil der ernstzunehmenden Speicherlösungen dieser Art heutzutage darstellen, versuchen diese Daten ausfallsicher auf separaten internen Speicherträgern zu bewahren. Denn die RAID-Konfiguration ist überlebenswichtig.

 

RAID vs BeyondRAID

Ohne diese Informationen können die Daten, die auf dem logischen Laufwerk gespeichert sind, nicht wiederhergestellt werden. Das ist, als würdet ihr alle 170 Millionen Werke der British Library zerpflücken, neu sortieren und dann den Sortierschlüssel verlieren. Im Alltag nicht relevant, mögt ihr vielleicht denken? Doch weit gefehlt! Das ist insbesondere dann relevant, wenn die Hardware, in dem das RAID-System steckt, das Zeitliche segnet.

 

Nichts bleibt für die Ewigkeit und dass auch mal ein NAS mit RAID defekt sein könnte, wird allen einleuchten. Oder aber ein Firmware-Update geht schief, weil die Hauptsicherung raus springt und die Stromzufuhr unterbrochen wird. Dann wird guter Rat schnell sehr teuer, denn auch ein baugleiches System kann unter Umständen nicht in der Lage sein, die an sich noch intakten physischen Datenträger, selbst in der exakt gleichen Reihenfolge eingesetzt, wieder brauchbar zu machen und den logischen Datenträger damit wiederherzustellen.

 

Dem Kapazitätsproblem entgeht beispielsweise das Drobo 5N aus unserem Test, indem die physischen Datenträger, ähnlich einem JBOD, einfach als Speicherort behandelt werden. JBOD steht für Just A Bunch of Disks, also “Nur ein Haufen Festplatten” und bezeichnet üblicherweise die gemeinsame Verwaltung mehrerer physischer Datenträger als einen (oder mehrere) logische(n) Datenträger.

 

Drobos BeyondRAID profitiert von einer schon seit längerem voranschreitenden Virtualisierung auch und gerade in der Datenspeicherbranche. Während man also eine Datei öffnet, greift das System auf einen Zeiger zu den Daten der Datei (einer entsprechenden Zone) zu, statt wie bei herkömmlichen Systemen auf die Daten direkt zuzugreifen. Werden die Daten physisch verschoben, wird von Drobo nur noch der Zeiger aktualisiert. Für uns ändert das in jedem Fall nichts.

 

Die physischen Datenträger in einem Drobo BeyondRAID-System werden nämlich für die Speicherung nicht als Datenträger in dem Sinne erfasst, sondern sie werden in Zonen unterteilt und die Daten dynamisch auf diese verteilt. Das sieht man auch beispielsweise ganz konkret, wenn man per SSH auf das Linux-System des Drobo 5N zugreift und die Laufwerke auflisten lässt: Es ist nur /dev/sda aufzufinden und in /mnt/DroboFS eingehängt. Auch an der Zugriffsgeschwindigkeit wird sich nicht wirklich ein Unterschied feststellen lassen. Die Daten in diesen Zonen werden nun über verschiedene physikalische Datenträger redundant gespeichert, müssen jedoch nicht auf allen kopiert worden und können sogar unterschiedlicher Art sein.

 

Die verschiedenen Zonentypen von BeyondRAID sind nachfolgend dargestellt und ähneln dem RAID-Level: Vom Spiegeln auf demselben physischen Datenträger bis zur verteilten Kopie plus Redundanz auf mehreren Festplatten.

BeyondRAID Zonen
BeyondRAID Zonen; Nach: Drobo BeyondRAID Whitepaper, 2015.

Durch dieses Verteilen der Daten in Zonen werden nicht nur die Kapazitäten der vorhandenen Datenträger besser ausgenutzt, es ist so auch möglich, beliebig viele Datenträger unterschiedlichster Grössen miteinander zu benutzen. All dies erledigt Drobo BeyondRAID im Hintergrund automatisch und wählt für die aktuelle Konfiguration und derzeit vorhandenen physischen Datenträger die beste Konfiguration, was Kapazitätsausnutzung und gleichzeitig Datensicherheit angeht. So können unterschiedliche Datenträgergrössen miteinander benutzt werden, im laufenden Betrieb wieder ergänzt oder ausgetauscht (beispielsweise eine kleine, alte Festplatte durch eine neue, grössere) werden.

 

Ja, im laufenden Betrieb! Das BeyondRAID-System kann weiter benutzt werden, während das Drobo sich darum kümmert, die Daten der neuen Situation entsprechend bestmöglich zu verteilen und das BeyondRAID neu aufzubauen bzw. zu arrangieren. Das geht schneller, je weniger Daten auf dem System vorhanden sind. Doch während dies geschieht, ist die (erweiterte) Speicherkapazität des Systems sofort verfügbar und man muss nicht erst tagelang warten, bis man endlich mehr Daten auf seinem NAS (oder lokalem Drobo) ablegen kann. Alle drei Punkte, sowohl das Mischen von unterschiedlichen Datenträgerkapazitäten (im Übrigen auch Sektorengrössen, Stichwort: 4k-Native), als auch das Erweitern und Tauschen von Datenträgern und die Änderung des Redundanz-Niveaus (bei BeyondRAID ist man gegen den Ausfall von einem bis, per Mausklick im laufenden Betrieb aktivierbaren, zwei Datenträgern gleichzeitig, gefeilt), erlaubt keine herkömmliche RAID-Konfiguration.

 

Auch bezüglich RAID-Konfigurationsdaten ist BeyondRAID dem traditionellen RAID überlegen: Dadurch, dass die Datenspeicherung nahezu hardwareunabhängig virtualisiert ist, braucht es für eine Wiederherstellung lediglich ein BeyondRAID-System, in dass die Festplatten (von denen eine bzw. bei eingestellter doppelter Redundanz zwei fehlen könnten) eingesetzt werden und schon ist alles wieder da. Dabei sind auch die einzelnen Drobo-Produkte untereinander beinahe austauschbar und kompatibel. Mit der Einschränkung, dass Datenträgerpakete aus NAS-Systemen nicht in DAS-Systemen  laufen. Darum ist in der DroboCare-Garantieerweiterung beispielsweise auch enthalten, dass im Falle eines Falles ein entsprechendes Drobo-Gerät zugeschickt wird, um die Datenträger wieder einbauen und benutzen zu können.

Die Redundanz kostet natürlich nutzbaren Speicherplatz, wobei auch hier die Menge der physischen Datenträger, die zur Datensicherheit beitragen müssen, vergleichsweise gering ist. Drobo nutzt den unbelegten Speicherplatz als virtual hot spare und nicht, wie herkömmliche RAID-Systeme, einen einzelnen Datenträger komplett dafür.

Ab zwei Datenträgern kann BeyondRAID sich gegen den Ausfall eines Datenträgers schützen und nimmt hierfür logischerweise die Kapazität des grössten Datenträgers von derer des logischen Datenträgers aus.

 

Das heisst, wenn man zwei 2 TB Festplatten und eine 3 TB Festplatte verbaut, stehen insgesamt knapp 4 TB (eher 3.9 TB, da Festplatten ja mit 1000er- statt 1024er-Schritten rechnen) zur Nutzung zur Verfügung, da von den ca. 7 TB Gesamtkapazität ca. 3 TB für die Ausfallsicherung notwendig sind. Drobo hat dazu ein ganz nützliches Tool in’s Netz gestellt, was diese Konfiguration veranschaulicht.

 

Das bedeutet aber auch, dass mit nur zwei eingesetzten physischen Datenträgern BeyondRAID die Daten lediglich spiegeln kann, also sich wesentlich nicht vom RAID 1 unterscheidet. Seine Vorteile kann BeyondRAID ab dem dritten Datenträger ausspielen und ab vier Datenträgern können sogar zwei davon gleichzeitig ausfallen, ohne dass die Daten gefährdet werden. 

 

Ein weiteres Feature von BeyondRAID hebt Drobo hervor, was jedoch nicht nur gegenüber herkömmlichen RAID- sondern auch konventionellen Datenträgersystemen ein Vorteil sein sollte: Konstante Überwachung der physischen Datenträger bzw. der Datenzonen im Hintergrund. Drobo ist so in der Lage, nicht nur die S.M.A.R.T.-Daten und so den Festplattenzustand im Blick zu behalten, sondern auch frühzeitig weitere Probleme zu erkennen.

 

Liegen beispielsweise Daten auf defekten Sektoren einer Festplatte, kann es zu Teilausfällen kommen. Traditionelle RAID-Systeme machen diesbezüglich in der Regel keine Überprüfungen. Ist dann ein ganzer Datenträger plötzlich auch noch futsch, kann die Datensicherheit nicht mehr gewährleistet werden und im Zweifelsfall sind die Daten verloren. Auch ist über die Hintergrundüberwachung der Daten ein Performancegewinn möglich, da BeyondRAID lernt, welche Daten häufiger abgerufen werden als andere und diese dann entsprechend performanter anordnet beziehungsweise direkt auf das “Hot Cache” getaufte mSSD-Erweiterungsmodul kopiert.

Wer noch mehr zu den technischen Hintergründen des BeyondRAID-Verfahrens wissen will, wird im US-amerikanischen Patentantrag 20070266037 und im Whitepaper von Drobo fündig.

Fazit

BeyondRAID in den Drobo-Produkten ermöglicht ein einfach bedienbares, selbst-verwaltetes Sichern von Daten in einem Verbund von mehreren, auch unterschiedlichen Datenträgern. Diese müssen weder die gleiche Kapazität haben, noch von Anfang an eingebaut sein. Virtualisierung sei Dank!

 

BeyondRAID behebt, gerade für unerfahrene Personen sehr angenehm und sorgenfrei, die schmerzhaftesten Probleme herkömmlicher RAID-Lösungen: Die Notwendigkeit der Planung bei der Erstellung eines RAID, die identischen Datenträgerkapazitäten, die langen Zeiträume der Nichtbenutzung, bis ein RAID erstellt oder neu erstellt ist und die komplexe, aufwändige Upgrade-Prozedur.

 

Man kann bei einem Drobo getrost mit zwei unbenutzte Festplatten in einem Drobo-Gerät starten und nach und nach, oder nach Bedarf und Sicherheitsbedürftnis, weitere Festplatten hinzufügen. Alles andere übernimmt das Drobo-System ständig und selbsttätig, so dass sich BeyondRAID nicht nur als kostensparend erweisen kann (es lassen sich auch ein paar alte Platten vom alten Desktop-PC oder Laptop kombinieren, statt diese zu verscherbeln), es spart auch Zeit und Nerven.

 

Natürlich, dadurch, dass BeyondRAID proprietär (und patentiert) ist, ist man an den einen Hersteller gebunden, was vielleicht zum Nachteil gereichen kann. Die Platten können nicht einfach herausgenommen und an einem Rechner oder in Systemen anderer Hersteller ausgelesen werden. Da jedoch alle Hardware-RAID-Geräte prinzipiell proprietäre, herstellerspezifische Lösungen sind und die Formate untereinander nicht kompatibel oder anderweitig auslesbar, trifft dies nicht nur auf BeyondRAID zu und sollte nicht zu schwer gewichtet werden.

 

Abschliessend noch eine Präsentation von Drobo zu den technischen Details von BeyondRAID im Video.

vg-wort
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