[ReadyNAS Wissen] X-RAID 2 vs. Flex-RAID (OS 6)

[EskenderNG]

Einmal mit dem Thema RAID vertraut gemacht stellt sich als nächstes die Frage was es mit X-RAID 2, bzw. Flex-RAID auf sich hat. Dies soll in diesem Artikel kurz besprochen werden. Da hier auch teilweise das Hinzufügen, bzw. Entfernen von Festplatten besprochen wird, besteht potentiell die Möglichkeit von Datenverlust. Bitte vor jeglicher Operation immer ein Datenbackup durchführen.

Des Weiteren ist dieses Dokument als Referenz über die Möglichkeiten der einzelnen Technologien gedacht. Für die genauen Verfahrensweisen sind die Handbücher zu konsultieren.

1. Grundlegendes
Wieso werden überhaupt zwei verschiedene RAID-Technologien angeboten?
Hier stehen sich Einfachheit der Bedienung und hohe Flexibilität gegenüber. Bei X-RAID 2, bzw. X-RAID bei älteren Modellen, muss sich der Benutzer keinerlei Gedanken über das Thema RAID an sich machen. Die verfügbare Speicherkapazität kann problemlos erweitert werden, und die ReadyNAS ist zu jedem Zeitpunkt einsatzbereit. Daher auch der Name X-RAID. Das „X“ steht für „expandable“, also „erweiterbar“. Im Gegensatz dazu bietet Flex-RAID dem Benutzer die volle Kontrolle über den RAID-Verbund.

Oft wird nur der Begriff X-RAID verwendet und bedeutet X-RAID 2 oder X-RAID je nach der ReadyNAS Modellversion. (Firmware 4.1.x verwendet X-RAID, Firmware 4.2.x und OS 6.x verwenden X-RAID 2). Auf allen Firmware-Versionen ist Flex-RAID verfügbar, jedoch mit jeweils leicht unterschiedlichen Eigenschaften.

Was ist ein Volume?
Bei einem Volume, oder Datenlaufwerk wird eine Unterscheidung zwischen physisch und logisch getroffen. Ein physisches Volume ist das tatsächliche Gerät, also eine Festplatte oder ein USB-Speicherstick. Logische Volumes hingegen sind virtuelle Datenlaufwerke. Virtuell bedeutet in diesem Zusammenhang, dass sie dem Benutzer als normales Datenlaufwerk erscheinen, tatsächlich aber nur aus der Partition einer Festplatte, der gesamten Festplatte oder sogar mehreren Festplatten bestehen können. Dem Nutzer kann es egal sein wie die Prozesse im Hintergrund laufen. Es wird mit einem Datenlaufwerk gearbeitet, unabhängig davon auf wie viele physische Laufwerke die Daten tatsächlich verteilt werden. Der Übersichtlichkeit halber werden in diesem Artikel mit Volume immer logische Laufwerke bezeichnet. Physische Laufwerke werden explizit als Festplatte, bzw. USB-Speicherstick bezeichnet.

Was bedeutet horizontale und vertikale Expansion?
Bevor näher auf X-RAID 2 und Flex-RAID eingegangen wird, zunächst eine kurze Begriffserklärung, da die folgenden Begriffe für beide Technologien wieder auftauchen werden. In beiden Fällen der Expansion geht es darum einem Volume zusätzlichen Speicherplatz zu beschaffen.

Vertikale Expansion:
Vertikale Expansion bedeutet den Austausch von Festplatten durch Festplatten höherer Speicherkapazität. Meist muss dafür mehr als eine Festplatte ausgetauscht werden.

Horizontale Expansion:
Bei der horizontalen Expansion wird die Größe eines Volumes dadurch vergrößert, dass die Anzahl der Festplatten, die zusammen dieses Volume bilden, erhöht wird.

Für alle Expansionsvorgänge gilt: Der zusätzlich verfügbare Speicherplatz ist erst nach Beendigung der automatischen Re-Synchronisierung verfügbar. Dieser Vorgang kann mitunter einige Stunden dauern. Werden Festplatten unterschiedlicher Größe verbaut so hängt der letztendlich verfügbare Speicherplatz stark davon ab wie viele Festplatten vorhanden sind, ob X-RAID oder Flex-RAID und welches RAID-Level gegebenenfalls verwendet wird. Außerdem ist zu beachten, dass ein Teil der Festplattenkapazität für Linux-interne Partitionen und das Betriebssystem selber verwendet werden. Weiterhin darf bei dem geplanten Austausch mehrerer Festplatten immer nur eine nach der anderen gewechselt werden. Nach jedem einzelnen Tausch muss eine komplette Synchronisierung stattfinden.

Mit dem RAID Calculator kann die nach einem Tausch zu erwartende Festplattenkapazität für X-RAID 2 und Flex-RAID abgeschätzt werden.

2. X-RAID 2
Welche Eigenschaften besitzt X-RAID 2?
Wird X-RAID 2 verwendet muss sich der ReadyNAS Benutzer keinerlei Gedanken bezüglich des Themas RAID machen. Alle RAID-bezogenen Prozesse laufen automatisiert im Hintergrund ab. Dabei garantiert die ReadyNAS bei Verwendung von mindestens zwei Festplatten jederzeit Redundanz gegenüber dem Ausfall einer Festplatte.

Ein großer Unterschied zu Flex-RAID ist, dass X-RAID 2 eine Single-Volume Architektur ist. Das bedeutet alle Festplatten werden immer zu einer einzigen großen virtuellen Festplatte, also einem einzigen Volume, zusammengeschlossen. Dies führt zu einer einfachen Bedienung durch Verringerung der Komplexität, verhindert jedoch auch, dass verschiedene RAID-Level parallel betrieben werden können. Zu diesem Thema mehr in den Eigenschaften von Flex-RAID.

Werden bei X-RAID Festplatten unterschiedlicher Größe verwendet wird die verfügbare Kapazität effizienter genutzt als in einem Standard RAID-Verbund, bei dem die kleinste verfügbare Festplatte alle anderen Festplatten limitiert. Dies gilt allerdings erst ab Firmware 4.2.x (X-RAID 2) und nur falls mindestens drei Festplatten verwendet werden.

Welche RAID-Level verwendet X-RAID 2
Die ReadyNAS baut im Hintergrund automatisch aus den vorhandenen Festplatten einen RAID-Verbund auf. Das verwendete RAID-Level ist RAID 1 bei zwei Festplatten und RAID 5 ab drei verfügbaren Festplatten. Wird die Anzahl der Festplatten nachträglich erhöht erfolgt die Änderung des RAID-Level automatisch. Eine manuelle Auswahl des RAID-Level ist unter X-RAID 2 nur bedingt möglich.

Besonderheiten ergeben sich beim Wechsel von Flex-RAID zu X-RAID 2:

• Ein Wechsel ist bei Verwendung von RAID 0 oder RAID 10 nicht möglich ohne die vorhandenen Volumes zu löschen


• Bei einem Wechsel bleibt ein zuvor verwendetes RAID-Level 5 oder 6 beibehalten. Dies ist die einzige Möglichkeit RAID 6 unter X-RAID 2 zu verwenden


• Existiert ein RAID-Level 1 Volume auf zwei Festplatten mit weiteren ungenutzten Festplatten in der ReadyNAS werden beim Wechsel alle Festplatten in einem RAID-Level 5 integriert

Wie verhält sich X-RAID 2 bei horizontaler Expansion?
Neben dem Vorzug der automatischen Auswahl des optimalen RAID-Levels bietet X-RAID 2 einen weiteren großen Vorteil. Im Gegensatz zu einem normalen RAID-Verbund müssen die bereits benutzten Festplatten bei horizontaler Expansion mit womöglich einhergehender Änderung des RAID-Levels nicht formatiert werden. Die ReadyNAS ist nach dem Hinzufügen weiterer Festplatten während des gesamten Synchronisationsprozesses einsatzfähig mit Verfügbarkeit aller Daten.

Bei X-RAID 2 gilt generell folgendes Schema. Die erste Festplatte liefert Speicherplatz, die zweite erhöht die Redundanz, alle folgenden erhöhen wieder den Speicherplatz. (Das bedeutet aber nicht, dass Prüfsummen nur auf der zweiten Festplatte gespeichert werden.) Demnach ist beim Hinzufügen einer zweiten Festplatte mit keinem Speicherplatzgewinn zu rechnen.

Eine Besonderheit von X-RAID 2 ist, dass die kleinste Festplatte nicht mehr zwangsläufig limitierend für den verfügbaren Speicherplatz ist. Werden Festplatten unterschiedlicher Größe verwendet lässt sich der nicht zur Verfügung stehende Speicherplatz abschätzen, indem man die Differenz der Speicherkapazität der zwei größten zur Verfügung stehenden Festplatten bildet. Das Ergebnis ist der „verschwendete“ Speicherplatz. Dieser sinkt auf den Wert null, falls diese beiden Festplatten identisch groß sind.

Wie verhält sich X-RAID 2 bei vertikaler Expansion?
X-RAID 2 erlaubt die automatische Speicherplatz-Erweiterung durch vertikale Expansion. Werden Festplatten durch Festplatten größerer Kapazität ausgetauscht so stehen diese nach Beendigung des letzten Synchronisierungsprozesses zur Verfügung. Dabei muss beachtet werden immer nur eine Festplatte zu tauschen und das Ende der Synchronisierung abzuwarten bevor die nächste Festplatte getauscht wird. Diese Prozesse finden wiederum grundsätzlich ohne die Notwendigkeit die vorhandenen Daten zwischenzeitlich auszulagern oder Einschränkungen der Einsatzfähigkeit der ReadyNAS statt. Dennoch empfiehlt NETGEAR unbedingt ein Daten-Backup bevor die vertikale Expansion begonnen wird.

Es müssen mindestens zwei, bei RAID 6 sogar 4 Festplatten ausgetauscht werden, um den verfügbaren Speicherplatz zu vergrößern. Wird geplant mehrere Festplatten auszutauschen, so muss dies per Handbuch in einzelnen Schritten mit Re-Synchronisierung zwischen den einzelnen Tauschvorgängen durchgeführt werden.

3. Flex-RAID
Welche Eigenschaften besitzt Flex-RAID?
Die Verwendung von Flex-RAID ist unter zwei Gesichtspunkten vorteilhaft. Zum einen lassen sich mehrere Volumes auf der ReadyNAS einrichten. Der zweite Punkt ist die freie Wahl des RAID-Level. Es kann je nach Bedarf ein Level für höhere Performance oder für erhöhte Sicherheit gewählt werden. Des Weiteren ist das RAID-Level für jedes erstellte Volume unabhängig wählbar. Einige RAID-Level sind natürlich nicht zu verwenden wenn die Mindestanzahl an Festplatten nicht zur Verfügung steht.

Welche RAID-Level sind unter Flex-RAID verfügbar?
(ReadyNAS Systeme mit zwei Festplatten sind auf maximal RAID 1 limitiert.)
JBOD, RAID 0, RAID 1, RAID 5, RAID 6, RAID 10

Wie verhält sich Flex-RAID bei horizontaler Expansion?
Einem JBOD, RAID 0 oder RAID 1 Volume kann die Speicherkapazität weiterer Festplatten problemlos hinzugefügt werden ohne dass die vorhandenen Daten verloren gehen. Allerdings ist zu beachten, dass für die Expansion eines RAID 1 Volume zwei Festplatten hinzugefügt werden müssen. Des Weiteren gibt es die Möglichkeit hinzugefügte Festplatten zur Erhöhung der Redundanz zu nutzen. Dabei sind die Übergänge RAID 0 > RAID 5, RAID 5 > RAID 6 und JBOD > RAID 1 möglich.

Wie verhält sich Flex-RAID bei vertikaler Expansion?
RAID 0:
Bei Verwendung dieses RAID-Levels muss vor dem Festplattentausch ein Daten-Backup durchgeführt werden. Danach kann das Volume gelöscht, die Festplatte durch eine größere ersetzt und ein neues Volume geschaffen werden.

RAID 1 oder RAID 5:
Um die Größe eines Volumes zu erhöhen müssen alle Festplatten, die von dem Volume verwendet werden durch größere ersetzt werden. Die letztendlich verfügbare neue Größe hängt von der kleinsten nach dem Tausch verwendeten Festplatte und dem verwendeten RAID-Level ab. In beiden Fällen bleiben alle Daten erhalten, jedoch muss darauf geachtet werden immer nur eine Festplatte auszutauschen, und die komplette Synchronisierung abzuwarten bevor die nächste Festplatte getauscht wird.

Diese Prozesse finden wiederum grundsätzlich ohne die Notwendigkeit die vorhandenen Daten zwischenzeitlich auszulagern oder Einschränkungen der Einsatzfähigkeit der ReadyNAS statt. Dennoch empfiehlt NETGEAR unbedingt ein Daten-Backup bevor die vertikale Expansion begonnen wird.

4. Anhang
Ist Flex-RAID nicht einfach nur RAID?
Flex-RAID hat alle Eigenschaften eines normalen RAID-Verbundes. Darüber hinaus bietet Flex-RAID jedoch volles Datenlaufwerk-Management. So können mehrere Volumes verschiedener RAID-Level erstellt werden, Festplatten wieder aus dem Verbund entfernt werden und die Speicherkapazität von Volumes nachträglich erhöht werden, alles ohne Datenverlust. Für jedes Volume können alle wählbaren Parameter separat bestimmt werden. Diese hohe Flexibilität bietet ein normaler RAID-Verbund nicht.

Wie finde ich heraus, ob auf der ReadyNAS X-RAID 2 oder Flex-RAID aktiv ist?
Wenn bei der erstmaligen Inbetriebnahme der ReadyNAS die Standard-Einstellungen nicht verändert wurden ist normalerweise X-RAID 2 aktiviert.

Ist in der lokalen Adminseite unter System >> Volume der Button „X-RAID“ selektiert so wird X-RAID 2 verwendet, anderfalls Flex-RAID.

Wie kann ich von X-RAID 2 zu Flex-RAID wechseln?
Wird der Button „X-RAID“ unter System >> Volume auf der lokalen Admin-Seite deaktiviert so wechselt die ReadyNAS von X-RAID 2 zu Flex-RAID. Alle vorhandenen Daten bleiben dabei erhalten. Flex-RAID übernimmt automatisch das vorhandene RAID-Level.

Wie kann ich von Flex-RAID zu X-RAID 2 wechseln?
Wird der Button „X-RAID“ unter System >> Volume auf der lokalen Admin-Seite aktiviert so wechselt die ReadyNAS von Flex-RAID zu X-RAID 2. Für die Durchführung dieses Vorgangs muss auf der ReadyNAS mindestens ein Volume existieren. Um die Frage zu beantworten ob bei dem Wechsel vorhandene Daten erhalten bleiben, müssen verschiedene Fälle unterschieden werden. Dabei können mehrere der folgenden Fälle gleichzeitig zutreffen.

1. Fall: Es existiert ein Volume, das alle vorhandenen Festplatten beinhaltet
   Hier ist ein Wechsel zu X-RAID 2 problemlos ohne Datenverlust möglich.


2. Fall: Es existieren mehrere Volumes
   Die ReadyNAS muss so konfiguriert werden, dass nur noch genau ein Volume existiert. Dieses muss nicht alle Festplatten überspannen. Das bedeutet zumindest in allen außer dem ersten Volume Datenverlust. Die Daten müssen für den Prozess anderweitig zwischengesichert werden.


3. Fall: Es existieren Festplatten die nicht für irgendein Volume verwendet werden
   Diese Festplatten werden bei dem Prozess automatisch von der ReadyNAS formatiert und eingebunden.


4. Fall: Wurde unter Flex-RAID RAID 0 oder RAID 10 verwendet ist ein Wechsel zu X-RAID 2 ist nicht möglich ohne alle Volumes zu löschen.


Feedback
Ich habe mich bemüht alle Möglichkeiten, die X-RAID 2 und Flex-RAID bieten hier übersichtlich aufzeigen. Da das Thema recht komplex ist, kann nicht ausgeschlossen werden, dass sich Fehler eingeschlichen haben. Deswegen wäre ich über Feedback bezüglich Fehler oder auch Verständlichkeit des Textes sehr dankbar.

Gruß,

Eskender

[GLiDe]

Liest sich gut 🙂

Danke für den Artikel! 😎