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[ReadyNAS Wissen] X-RAID vs. Flex-RAID (FW 4.1)

EskenderNG
NETGEAR Employee

[ReadyNAS Wissen] X-RAID vs. Flex-RAID (FW 4.1)

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 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. Weitehin 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 und Flex-RAID abgeschätzt werden.

2. X-RAID
Welche Eigenschaften besitzt X-RAID?

Wird X-RAID 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 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 limitiert die kleinste verfügbare Festplatte alle anderen Festplatten in ihrer Größe.

Welche RAID-Level verwendet X-RAID
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 nur bedingt möglich.

Wie verhält sich X-RAID bei horizontaler Expansion?
Neben dem Vorzug der automatischen Auswahl des optimalen RAID-Levels bietet X-RAID 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-Level nicht formatiert werden. Die ReadyNAS ist nach dem Hinzufügen weiterer Festplatten während des gesamten Synchronisationsprozesses einsatzfähig mit Verfügbarkeit aller Daten.

Bei X-RAID 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.

Anhand des oben beschriebenen Schemas kann der zur Verfügung stehende Speicherplatz abgeschätzt werden. Dabei darf nicht vergessen werden, dass die kleinste verfügbare Festplatte alle anderen vorhandenen Festplatten limitiert.

Wie verhält sich X-RAID bei vertikaler Expansion?
X-RAID 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.

Um den zusätzlichen Speicherplatz durch vertikale Expansion zu erhalten müssen alle Festplatten getauscht 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

Es können bis zu vier Volumes erstellt werden. Auf jeder Festplatte finden bis zu zwei Daten-Partitionen Platz.

Wie verhält sich Flex-RAID bei horizontaler Expansion?
Um den verfügbaren Speicherplatz eines Volumes durch Hinzufügen weiterer Festplatten zu erhöhen muss dieses Volume zunächst gelöscht werden und dann unter Einbezug der neuen Festplatte neu erstellt werden. Zuvor ist eine Sicherung aller auf dem Volume gespeicherten Daten notwendig. Die maximale Größe richtet sich nach der kleinsten Festplatte und nach dem verwendeten RAID-Level.

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 oder Flex-RAID aktiv ist?
Wenn bei der erstmaligen Inbetriebnahme der ReadyNAS die Standard-Einstellungen nicht verändert wurden ist normalerweise X-RAID aktiviert.

Im Frontview kann unter Laufwerke >> Status >> RAID-Einstellungen der aktuell verwendete RAID Standard abgelesen werden.

Wie kann ich von X-RAID zu Flex-RAID wechseln?
Bei den ReadyNAS Geräten dieser Generation erfolgt der Wechsel zwischen X-RAID und Flex-RAID in beide Richtungen über ein Factory-Reset. Da dabei alle Daten gelöscht werden, müssen sie unbedingt vorher extern zwischengespeichert werden. Wird nach Beginn des Resets nicht innerhalb eines 10 minütigen Zeitfensters eine Auswahl getroffen wird automatisch wieder der zuvor benutzte RAID-Modus verwendet.

Wird die Entscheidung getroffen Flex-RAID zu verwenden, so muss noch das gewünschte RAID-Level spezifiziert werden. Es wird eine neues Volume mit diesem RAID-Level geschaffen. Nach dem Factory Reset kann über RAIDar die RAID Technologie gewählt werden. Die Option „Auto“ wählt RAID-Level 1 für zwei oder weniger und RAID-Level 5 für drei oder mehr Festplatten.

Wie kann ich von Flex-RAID zu X-RAID wechseln?
Siehe vorherige Frage „Wie kann ich von X-RAID zu Flex-RAID wechseln?“.

Feedback
Ich habe mich bemüht alle Möglichkeiten, die X-RAID 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
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