RAID vs. JBOD: Die beste Speicherlösung für Hypervisor-Backups

Bei der Konfiguration von Speicher auf lokalen Servern oder NAS-Geräten (Network Attached Storage) sind RAID und JBOD die beiden gängigen Optionen. Bei beiden wird eine Reihe von Laufwerken zu einem einzigen Volume zusammengefasst, doch unterscheiden sie sich erheblich hinsichtlich der Verteilung, des Schutzes und des Zugriffs auf die Daten. Die Wahl der falschen Konfiguration kann zu Leistungseinbußen oder Datenverlust führen. Dieser Beitrag behandelt die Unterschiede zwischen JBOD und RAID und zeigt die optimalen Speichertypen für Backups und VM-Datenspeicher auf.

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RAID vs. JBOD: Wesentliche Unterschiede

RAID (Redundant Array of Independent Disks) vereint mehrere physische Laufwerke zu einer einzigen logischen Einheit, um die Leistung, Redundanz oder beides zu steigern. Verschiedene RAID-Stufen bieten unterschiedliche Kompromisse zwischen Geschwindigkeit und Datensicherheit, die für verschiedene Szenarien geeignet sind.

RAID 0 (Striping) kombiniert Festplatten zur Leistungssteigerung. Die Daten werden in Blöcke aufgeteilt, die auf die Festplatten verteilt und parallel abgerufen werden, wodurch sich die Lese- und Schreibgeschwindigkeit erhöht. Es besteht keine Redundanz – fällt eine Festplatte aus, gehen alle Daten verloren. Für RAID 0 sind mindestens zwei Festplatten erforderlich.

RAID 1 (Spiegelung) ist eine zuverlässige RAID-Stufe mit 100 % Redundanz. Die Daten werden auf zwei Festplatten dupliziert; diese Konfiguration bietet eine hohe Datensicherheit, allerdings halbiert sich die Speicherkapazität (werden beispielsweise zwei 10-TB-Festplatten in RAID 1 verwendet, beträgt die nutzbare Kapazität 10 TB). Für RAID 1 sind mindestens zwei Festplatten erforderlich.

RAID 10 (1+0) kombiniert hohe Leistung mit 100 % Redundanz. Paare gespiegelter Laufwerke (1) werden gestreift (0), wodurch sich diese Stufe gut für Server eignet. RAID 10 erfordert mindestens 4 Laufwerke. Das Array wird in dieser Reihenfolge aufgebaut:

RAID 1 spiegelt → RAID 0 streut die Spiegelungen.

RAID 5 (Streuung + Parität) schafft ein Gleichgewicht zwischen Leistung, Kapazität und Redundanz. Die Daten werden zusammen mit Paritätsinformationen, die zur Datenwiederherstellung und zum Wiederaufbau des Arrays verwendet werden können, auf mehrere Festplatten verteilt. Die Konfiguration ist so ausgelegt, dass sie durch verteilte Parität den Ausfall einer Festplatte tolerieren kann – eine Paritätsfestplatte bei RAID 5 und zwei bei RAID 6. Für RAID 5 sind mindestens 3 Festplatten erforderlich.

RAID 6 ähnelt RAID 5, verwendet jedoch doppelte Parität, wodurch das Array theoretisch den Ausfall von zwei Festplatten überstehen kann. Für RAID 6 sind mindestens 4 Festplatten erforderlich.

JBOD (Just a Bunch of Disks) ist kein RAID-Level. Der Begriff beschreibt eine Konfiguration, bei der mehrere Festplatten unabhängig voneinander betrieben oder ohne RAID-Logik oder Redundanz kombiniert werden.

Es gibt zwei Formen von JBOD:

1. Unabhängige Festplatten (echtes JBOD): Jede Festplatte erscheint separat. Beispielsweise sieht ein JBOD mit drei Laufwerken wie folgt aus:
1. Laufwerk 1 (2 TB)
2. Laufwerk 2 (4 TB)
3. Laufwerk 3 (1 TB)
2. Spanning/Verkettung : Mehrere Festplatten werden zu einem großen logischen Volume zusammengefasst (auch als „Disk Spanning“, „linearer Modus“ oder „Verkettung“ bezeichnet). In diesem Fall erscheint ein Satz aus 2 TB + 4 TB + 1 TB Festplatten als ein einziges 7-TB-Volume. Dateien auf einem übergreifenden JBOD-Volume füllen zunächst die erste Festplatte und werden dann auf die weitere übertragen. Da das Übergreifen sequenziell erfolgt, versuchen neue Dateien, den niedrigsten verfügbaren logischen Adressblock zu füllen.

Dieses sequenzielle Verhalten funktioniert theoretisch reibungslos, da Dateien zunächst eine Festplatte füllen, bevor das System zur weiteren wechselt. In der Praxis werden Dateien jedoch ständig erstellt, geändert und gelöscht, insbesondere auf Servern und stark ausgelasteten Systemen. Infolgedessen können Daten in einer JBOD-Konfiguration mit übergreifendem Volume selten sauber auf eine einzige Festplatte beschränkt bleiben.

Wenn eine Datei gelöscht wird, werden die entsprechenden Blöcke im Dateisystem als frei markiert. Diese Löschvorgänge erzeugen Lücken zwischen den verbleibenden Dateien. Neue Schreibvorgänge können dann fragmentiert sein, wobei ihre Blöcke über mehrere Festplatten des JBOD-Volumes mit übergreifendem Volume verstreut sind. Fällt eine Festplatte im Volume aus, geht jede Datei verloren, deren Blöcke sich auf dieser Festplatte befinden – selbst wenn andere Teile auf intakten Laufwerken gespeichert sind.

Wenn eine große neue Datei geschrieben wird, füllt der erste Teil möglicherweise eine Lücke auf Festplatte 1, während die restlichen Teile auf den aufeinanderfolgenden freien Speicherplatz auf Festplatte 2 und Festplatte 3 verteilt werden können. Die Daten werden sowohl logisch (innerhalb von NTFS) als auch potenziell physisch (über mehrere Festplatten hinweg) fragmentiert. Kleinere neue Dateien füllen möglicherweise einfach eine Lücke, die durch das Löschen auf einer der vorhandenen Festplatten entstanden ist.

Hinweis: JBOD, LVM und gespannte (erweiterte) NTFS-Volumes erstellen alle ein einziges großes Volume, das sich über mehrere Festplatten erstreckt, unterscheiden sich jedoch hinsichtlich der Abstraktionsebene, der Flexibilität, des Ausfallbereichs und der Möglichkeiten zum Verwalten. LVM, das in Linux-basierten Systemen verwendet wird, bietet einen fortschrittlicheren, dynamischeren und flexibleren Ansatz. JBOD arbeitet auf der Dateisystemebene (z. B. NTFS), während LVM eine Volume-Manager-Ebene zwischen den physischen Festplatten und dem Dateisystem einführt. Dadurch unterstützt LVM die dynamische Größenanpassung von Volumes, nicht-sequenzielle Schreibvorgänge und Software-RAID 1 (Festplattenspiegelung).

Die von NTFS unterstützte Defragmentierung kann die Fragmentierung verringern und die Chancen verbessern, Dateien von intakten Festplatten in einem JBOD-Volume wiederherzustellen, falls eine Festplatte nach Abschluss des Defragmentierungsvorgangs ausfällt. Allerdings belastet die Defragmentierung alle Laufwerke stark und nimmt bei großen Volumes viel Zeit in Anspruch. Wenn eine Festplatte während der Defragmentierung ausfällt, können Dateien verloren gehen oder das gesamte Volume ausfallen.

Hinweis: Die Defragmentierung wird auf Festplatten angewendet, nicht jedoch auf Solid-State-Laufwerke.

Die wichtigsten Unterschiede zwischen JBOD und RAID sind:

• RAID ist auf Redundanz, Leistung oder beides ausgelegt. Die Einrichtung ist komplexer und die Hardwareanforderungen sind höher. Wenn eine Festplatte ausfällt, benötigt RAID Zeit, um das Array wiederherzustellen.
• JBOD bietet maximale nutzbare Kapazität und unterstützt die Zusammenfassung von Laufwerken unterschiedlicher Größe zu einem Volume. Die Einrichtung ist einfach, es gibt jedoch keine Redundanz oder Fehlertoleranz.

Beim Vergleich von RAID mit JBOD lässt sich am ehesten eine Parallele zwischen RAID 0 und „Spanning JBOD“ ziehen, da beide keine Redundanz bieten. In diesem Beitrag bezieht sich „JBOD“ auf die Spanning-/Verkettungsform, sofern nicht anders angegeben.

Leistungsvergleich bei Sicherung und Wiederherstellung

JBOD verbessert die Leistung nicht, unabhängig davon, wie es verwendet wird. Nur RAID kann die Geschwindigkeit steigern.

In einer Spanning-JBOD-Konfiguration werden die Daten erst auf eine Festplatte geschrieben, bevor die nächste beschrieben wird:

• Eine Datei, die vollständig auf Festplatte 1 gespeichert ist, wird mit der nativen Geschwindigkeit von Festplatte 1 gelesen und geschrieben.
• Eine Datei, die sich über mehrere Festplatten erstreckt, wird von der langsamsten Festplatte begrenzt. Eine erhöhte Suchzeit zwischen den Festplatten und eine höhere Latenz können dazu führen, dass JBOD langsamer ist als eine einzelne, eigenständige Festplatte.

JBOD bietet maximale Kapazität ohne Leistung, Parallelität oder Striping.

Die RAID-Leistung hängt von der konfigurierten RAID-Stufe (dem RAID-Typ) ab.

RAID 0 (Striping) bietet die höchste Leistung, da die Daten auf mehrere Festplatten verteilt und parallel abgerufen werden. Beispielsweise können bei zwei Laufwerken in RAID 0 sequenzielle Lese- und Schreibvorgänge bis zum Doppelten der Geschwindigkeit einer einzelnen Festplatte erreichen. Werden zwei Festplatten mit 200 MB/s verwendet, liefert JBOD bis zu 200 MB/s, während RAID 0 bis zu 400 MB/s erreichen kann.

RAID 1 (Spiegelung) behält identische Daten auf zwei Laufwerken. Lesevorgänge sind oft schneller – ein Controller kann von beiden Festplatten lesen und bei guten Implementierungen bis zum Doppelten der Geschwindigkeit einer einzelnen Festplatte erreichen. Die Schreibgeschwindigkeit entspricht der einer einzelnen Festplatte, da jeder Schreibvorgang auf beide Festplatten erfolgen muss.

RAID 10 (Striped Mirrors) kombiniert RAID 1 und RAID 0 und liefert eine hervorragende Leistung bei den Eingabe-/Ausgabeoperationen pro Sekunde (IOPS).

• Lesevorgänge: Bis zu N × Festplattengeschwindigkeit.
• Schreibvorgänge: In der Regel etwa die Hälfte der RAID-0-Leistung (aber immer noch deutlich schneller als eine einzelne Festplatte).

RAID 10 bietet die beste Kombination aus Leistung und Redundanz unter den RAID-Levels und übertrifft JBOD in allen Leistungskennzahlen.

RAID 5 (Striping + Single Parity) erfordert drei oder mehr Festplatten. Lese- und Schreibleistung unterscheiden sich:

• Lesevorgänge: Schnell, wenn auch nicht so schnell wie RAID 0 (Parallelisierung im Umfang von N–1 Festplatten).
• Schreibvorgänge: Langsamer aufgrund der Paritätsberechnung und des „Schreibverlusts“.

Die Schreibgeschwindigkeiten bei RAID 5 liegen bei gleicher Festplattenanzahl in der Regel bei etwa der Hälfte von RAID 0.

RAID 5 übertrifft JBOD bei leseintensiven Workloads, bei schreibintensiven Workloads kann es jedoch langsamer als RAID 0 und in einigen Fällen sogar etwas langsamer als JBOD sein.

RAID 6 (Dual-Parität) verhält sich ähnlich wie RAID 5, weist jedoch eine noch höhere Schreibverzögerung auf:

• Lesen: Vergleichbar mit RAID 5.
• Schreiben: In der Regel am langsamsten unter den gängigen RAID-Levels.

Die Leseleistung übertrifft zwar immer noch die von JBOD, die Schreibleistung kann jedoch darunter liegen.

Zusammenfassend :

• RAID 0 bietet die höchste Rohleistung.
• RAID 10 bietet die beste Balance zwischen Leistung und Zuverlässigkeit.
• JBOD eignet sich für große Speichervolumen, bei denen Geschwindigkeit und Redundanz keine Priorität haben.

Beachten Sie diese Eigenschaften bei der Auswahl von RAID oder JBOD als Quelle oder Zielspeicher für Backups und Wiederherstellungsvorgänge.

Hinweis: Vermeiden Sie die Verwendung von „Fake RAID“, einer in Motherboards mit SATA-Anschlüssen integrierten Funktion, die über die UEFI-/BIOS-Einstellungen konfiguriert wird. Diese hybride Form des Software-RAID ist auf die Host-CPU angewiesen. Fake RAID funktioniert unter Linux nicht und erfordert unter Windows spezielle Treiber. Es fehlt ihm die Zuverlässigkeit eines echten Hardware-RAID, und während Fake RAID aktiviert ist, kann nicht auf SMART-Daten zugegriffen werden. Wenn Probleme auftreten, kann es zu Datenverlusten kommen. Wenn Hardware-RAID keine Option ist, sollten Sie echte Software-RAID-Alternativen wie Linux LVM, mdadm oder ZFS in Betracht ziehen.

Leistung und Zuverlässigkeit von RAID

Leistung ist wichtig, aber Zuverlässigkeit wird ebenso wichtig, wenn es um Datensicherheit und Wiederherstellung geht. Jede RAID-Stufe bietet ein anderes Profil, wobei RAID 5 und RAID 6 besondere Beachtung verdienen.

RAID 0 ist schnell beim Lesen, Schreiben und Speichern von Backups, die bei Wiederherstellungsvorgängen verwendet werden. Fällt jedoch ein Laufwerk aus, gehen alle Backups auf dem Array verloren. Das gleiche Risiko gilt für Primärdaten, die auf RAID 0 gespeichert sind, wenn kein separates Backup vorhanden ist.

Ein zweites Szenario der Wiederherstellung besteht darin, das Array auf den Festplatten selbst wiederherzustellen – ohne Daten von externen Medien wiederherzustellen. Alle RAID-Stufen außer RAID 0 verfügen über Funktionen zur Selbstheilung, die das Array anhand redundanter Daten oder Paritätsdaten auf den verbleibenden intakten Festplatten rekonstruieren. Nach dem Austausch der ausgefallenen Festplatte startet der Wiederherstellungsprozess automatisch.

RAID 1 mit zwei Festplatten übersteht den Ausfall einer Festplatte und ist äußerst zuverlässig. Der Wiederaufbau erfolgt schnell, da keine Paritätsberechnung erforderlich ist.

RAID 10 toleriert den Ausfall einer beliebigen einzelnen Festplatte und kann sogar den Ausfall von zwei Festplatten überstehen, vorausgesetzt, die ausgefallenen Festplatten gehören zu unterschiedlichen Spiegelpaaren. Zuverlässigkeit und Fehlertoleranz sind hoch, und der Wiederaufbau erfolgt schnell, da keine Paritätsberechnung erforderlich ist (im Gegensatz zu RAID 5).

RAID 5 kann theoretisch den Ausfall einer Festplatte überstehen, und RAID 6 kann den Ausfall von zwei Festplatten überstehen, doch die tatsächliche Zuverlässigkeit dieser Stufen ist geringer, als es den Anschein hat. Das Risiko eines vollständigen Array-Ausfalls steigt während des Wiederherstellungsprozesses erheblich an. Insbesondere RAID 5 erfordert trotz seiner angegebenen Redundanz eine genaue Prüfung.

RAID 5 wurde 1987 entwickelt, als die Festplattenkapazität noch gering war (etwa 20 MB) und die Wahrscheinlichkeit eines erfolgreichen Wiederherstellungsvorgangs nach dem Ausfall einer einzelnen Festplatte angesichts der damaligen Wiederherstellungsgeschwindigkeiten hoch war. Moderne Laufwerke werden heute mit Kapazitäten von 30 TB und mehr ausgeliefert. Während die Kapazitäten um mehrere Größenordnungen gestiegen sind, haben die Geschwindigkeiten mechanischer Laufwerke nicht Schritt gehalten – insbesondere bei HDDs.

Wenn in einem RAID-5-Array ein Laufwerk ausfällt, wechselt das Array in einen degradierten Zustand. Grundsätzlich bleiben die Daten nach dem Wiederaufbau des Arrays weiterhin zugänglich. Die zu rekonstruierende Datenmenge ist gleich der Kapazität einer Festplatte, wobei Paritätsdaten verwendet werden, die auf die verbleibenden intakten Festplatten verteilt sind. Während des Wiederaufbaus verschlechtert sich die Leistung der Festplatten im gesamten Array erheblich, da der Controller zusätzliche Paritätsberechnungen und Konsistenzprüfungen durchführen muss.

Nach dem Austausch einer ausgefallenen Festplatte startet der RAID-Controller den Wiederaufbau. Er liest die verbleibenden Daten von den intakten Festplatten und schreibt den rekonstruierten Inhalt auf der Grundlage der Paritätsinformationen auf die neue Festplatte. Die Wiederherstellungszeiten sind oft lang und hängen von der Anzahl der Festplatten, der Controller-CPU, der Datenmenge im Array und ähnlichen Faktoren ab. Wenn der Server während der Wiederherstellung weiterhin I/O-intensive Workloads verarbeitet, sinken sowohl die Array-Leistung als auch die Wiederherstellungsgeschwindigkeit, was den Vorgang weiter verlängert.

Da die Festplattenkapazitäten schneller steigen als die Festplattengeschwindigkeiten (insbesondere bei HDDs), nehmen die Wiederherstellungszeiten bei RAID 5 weiter zu. So kann beispielsweise der Wiederaufbau eines RAID-5-Arrays mit fünf 4-TB-Festplatten auf einem stark ausgelasteten Server mehr als einen Tag dauern, und bei Arrays aus 20-TB-Festplatten kann sich der Vorgang sogar über mehrere Tage hinziehen. Multiplizieren Sie diese Zahlen noch einmal mit 30-TB-Festplatten.

Während eines RAID-5-Wiederaufbaus arbeitet das Array praktisch ohne Redundanz, genau wie bei RAID 0. Selbst eine kleine Störung – ein Lesefehler auf einer Festplatte, Signalstörungen, ein Kabelproblem – kann dazu führen, dass der Wiederaufbau fehlschlägt. Wenn während dieses Zeitfensters eine zweite Festplatte ausfällt, gehen alle Daten auf dem Array verloren.

Der Parameter „Bit Error Ratio“ (BER) wird von Anbietern verwendet, um die Zuverlässigkeit von Festplatten einzuschätzen. Der BER-Wert für Festplatten der Desktop-Klasse liegt bei 10^14, während Festplatten der Enterprise-Klasse Werte von bis zu 10^15 erreichen. Der Wert 10^14 bedeutet, dass die Wahrscheinlichkeit eines nicht behebbaren Lesefehlers nicht höher ist als 1 zu 100.000.000.000.000 Bits (14 Nullen). 10^14 Bits entsprechen 11 TB Daten. Das bedeutet, dass nach dem Lesen von etwa 11 TB von einer Festplatte der Desktop-Klasse die Wahrscheinlichkeit für mindestens einen Lesefehler auf Bit-Ebene nahe 100 % liegt. In der Praxis fallen Festplatten oft früher aus, als es ihre theoretische mittlere Ausfallzeit (Mean Time to Failure, MTTF) vermuten lässt.

Bei Festplatten der Enterprise-Klasse verbessert sich die Situation um eine Größenordnung: Die kumulative Lesefehlerwahrscheinlichkeit erreicht fast 100 %, nach etwa 110 TB Daten gelesen wurden. Angesichts der Tatsache, dass handelsübliche Festplatten im Jahr 2026 mehr als 30 TB pro Laufwerk bieten, erscheint eine BER von 10^15 für große Arrays nicht mehr besonders komfortabel. Die Ausfallwahrscheinlichkeit ist bei Festplatten mit geringerer Kapazität niedriger und bei Festplatten mit höherer Kapazität höher.

Beachten Sie, dass ein Großteil der auf Festplatten-Arrays gespeicherten Daten „Cold Data“ ist – Daten, auf die selten zugegriffen wird und die oft 1–2 Jahre lang unberührt bleiben. Da Systeme nicht kontinuierlich jeden Festplattensektor auf Integrität und Konsistenz überprüfen, können sich einige Dateien auf Blöcken befinden, die nicht mehr gelesen werden können. Diese latente Beschädigung bleibt unsichtbar, bis sie durch den RAID-5-Wiederaufbau aufgedeckt wird – und dann wird sie zum verhängnisvollen Fehler.

Die Verwendung von RAID 5 wird nicht empfohlen, insbesondere nicht in Produktionssystemen oder für geschäftskritische Daten. Wenn RAID 5 dennoch erforderlich ist, sollten Sie es nicht mit kostengünstigen Controllern oder Festplatten für Endverbraucher kombinieren. Entscheiden Sie sich für RAID-Controller der Enterprise-Klasse und Laufwerke mit höheren Zuverlässigkeitsbewertungen. RAID 6 schneidet etwas besser ab als RAID 5, doch das Risiko eines Datenverlusts bleibt erheblich.

Auf RAID 5 gespeicherte Daten sollten immer auf einem externen Speicher gesichert werden, um sie vor einem Array-Ausfall zu schützen. Das gleiche Prinzip wird für RAID-0- und JBOD-Speicher angewendet.

Zuverlässigkeit und Leistung bei JBOD

In einer Spanning-JBOD-Konfiguration werden bei Ausfall einer Festplatte alle Dateien, deren Blöcke sich auf dem beschädigten Laufwerk befinden, unlesbar und können nicht wiederhergestellt werden. Nur Dateien, die vollständig auf intakten Festplatten gespeichert sind, können potenziell wiederhergestellt werden.

In bestimmten Konfigurationen kann der Ausfall einer einzigen Festplatte dazu führen, dass das gesamte JBOD-Volume ausfällt, selbst wenn sich der Großteil der Daten auf intakten Festplatten befindet – ähnlich wie bei RAID 0. Der Grund dafür ist die Metadaten-Struktur des Dateisystems: Befinden sich kritische Strukturen wie die Master File Table (MFT) auf der ausgefallenen Festplatte, kann das Betriebssystem logische Adressen nicht mehr den physischen Blöcken zuordnen, wodurch die Daten auf intakten Festplatten nicht zugänglich sind. Wenn das Schreibmuster Ihrer JBOD-Konfiguration unbekannt ist, sollten Sie den Speicher als „Zero-Fault-Tolerance“ behandeln.

RAID-Leistung für VMware und Hyper-V

RAID-Speicher bietet eine höhere Leistung, aber nicht jede RAID-Stufe eignet sich für VM-Datenspeicher oder den Speicher virtueller Maschinen.

RAID 0 ist schnell, aber nicht sicher. Ein einzelner Festplattenausfall führt zu Ausfallzeiten, bis die betroffenen VMs aus dem Backup wiederhergestellt oder auf bereits vorhandene Replikate von Virtuellen Maschinen umgeschaltet wurden. RAID 0 in einem VM-Datenspeicher erfordert eine solide Backup- und Replikationsstrategie. Von der Verwendung von RAID 0 ohne zusätzliche Maßnahmen zur Datensicherheit wird in Produktionsumgebungen dringend abgeraten. Für temporäre Workloads wie Labore und Testumgebungen kann dies jedoch akzeptabel sein.

RAID 1 eignet sich gut für den VM-Speicher in VMware, Hyper-V und anderen Virtualisierungsplattformen. Die Leistung ist angemessen, und eine 100-prozentige Datenredundanz verhindert Ausfallzeiten nach einem einzelnen Festplattenausfall, während das Array wiederhergestellt wird. RAID 1 ist eine sinnvolle Wahl für kleinere virtuelle Umgebungen mit einer begrenzten Anzahl von VMs.

RAID 10 bietet die höchste Leistung und Zuverlässigkeit. Hohe IOPS, geringe Latenz, schnelle Lese- und Schreibvorgänge, robuste Fehlertoleranz und schnelle Wiederherstellungen machen es zum empfohlenen RAID-Level für VMware, Hyper-V und andere Virtualisierungsplattformen in Produktionsumgebungen.

RAID 5 bietet eine moderate Leseleistung, die Schreibleistung ist jedoch langsamer. Trotz gewisser Vorteile beim Lesen im Normalbetrieb sollte RAID 5 nicht zur Speicherung von Virtuellen Maschinen oder geschäftskritischen Daten verwendet werden. Wie bereits erwähnt, ist das Risiko bei der Wiederherstellung hoch und der Leistungsabfall während der Wiederherstellung erheblich.

RAID 6 bietet eine Leseleistung ähnlich wie RAID 5, jedoch langsamere Schreibvorgänge. Die Zuverlässigkeit ist gegenüber RAID 5 leicht verbessert, doch alle Schwachstellen werden angewendet. RAID 6 wird für die Speicherung virtueller Maschinen oder kritischer Daten nicht empfohlen.

JBOD-Leistung für VMware und Hyper-V

Im Gegensatz zu Backup-Speicher stellt der Speicher für virtuelle Maschinen weitaus strengere Anforderungen an die Leistung. Workloads virtueller Maschinen reagieren äußerst empfindlich auf IOPS, Latenz und Durchsatz. In diesem Zusammenhang verhalten sich RAID und JBOD sehr unterschiedlich, und bereits die Wahl der RAID-Stufe hat erheblichen Einfluss auf die Leistung der VMs auf diesem Array.

VM-Workloads erzeugen viele kleine Lese- und Schreibvorgänge und erfordern hohe IOPS, insbesondere bei virtuellen Festplatten, auf denen Betriebssysteme, Datenbanken und Dateiserver gehostet werden. Dateien austauschen, Paging, Schnappschüsse und Delta-Festplatten verursachen eine starke Schreibverstärkung. Periodische E/A-Spitzen sind während des normalen VM-Betriebs üblich.

Da JBOD eine der langsamsten Speicherkonfigurationen ist, wird es für VMware, Hyper-V oder andere Dateien virtueller Maschinen nicht empfohlen, insbesondere nicht in Produktionsumgebungen.

Überlegungen zum Speicher bei VMware und Hyper-V

Beide VMware und Hyper-V sind in hohem Maße auf Speicherleistung und -konsistenz angewiesen, unterscheiden sich jedoch hinsichtlich des Zugriffs auf den Speicher, der Optimierung von Workloads und des Datenschutzes.

VMware vSphere reagiert empfindlicher auf die Speicherleistung, da VMFS, vMotion, Schnappschüsse und DRS mit den Datenspeichern interagieren. Unterstützte VMware vSphere-Speichertypen sind:

• Storage Area Network (SAN): iSCSI, Fibre Channel, FCoE
• Network Attached Storage (NAS): NFS v3/v4.1
• Directly Attached Storage (DAS): Lokales RAID, NVMe, SSD
• vSAN (hyperkonvergenter Speicher)
• Cloud-Datenspeicher (vVols, NFS-Freigaben)

NFS bietet gemeinsam genutzten Speicher auf Dateiebene, während iSCSI und DAS auf Blockebene arbeiten.

VMFS-Datenspeicher sind aufgrund ihrer Zuverlässigkeit, Benutzerfreundlichkeit und einfachen Konfiguration der am häufigsten verwendete Speichertyp für VMs in VMware vSphere-Umgebungen. VMFS ist ein Cluster-Dateisystem, das es mehreren VMware ESXi-Hosts ermöglicht, gleichzeitig auf dieselben Datenspeicher, Blöcke und Dateien zuzugreifen – eine Anforderung für Cluster-Konfigurationen. Zu den wichtigsten Merkmalen von VMware VMFS-Datenspeichern gehören:

• Hervorragend geeignet für Workloads mit hohen IOPS-Anforderungen
• Unterstützt den Zugriff mehrerer Hosts auf denselben Datenspeicher
• Erfordert einen hohen Durchsatz des Backend-Speichers
• Thin- und Thick-Provisioning sind verfügbar
• Liefert die beste Leistung mit RAID 10 für das Booten von VMs und Schreibaktivitäten

VMFS-Datenspeicher können auf lokalen Festplatten (einschließlich lokaler RAID-Arrays über DAS) oder auf iSCSI-LUNs erstellt werden, die von SAN- und NAS-Geräten über das Netzwerk bereitgestellt werden. In beiden Fällen wird RAID in der Regel auf dem zugrunde liegenden SAN- oder NAS-Gerät konfiguriert, um Leistung und Zuverlässigkeit zu gewährleisten. RAID kann auch zur Konfiguration von NFS-Dateifreigaben auf einem Dateiserver verwendet werden.

Es werden die zuvor beschriebenen Grundsätze zur Auswahl der RAID-Stufe angewendet. SSDs bieten die höchste Leistung, während HDDs für weniger anspruchsvolle Workloads ausreichend sind. RAID 10 ist die optimale Wahl für den Speicher von VMware-VMs, wobei RAID 1 eine akzeptable Alternative darstellt. VMware ESXi unterstützt für lokal angeschlossenen Speicher ausschließlich Hardware-RAID.

Microsoft Hyper-V verwendet NTFS oder ReFS auf Cluster Shared Volumes (CSV); sein Speicherverhalten unterscheidet sich erheblich von dem von VMware vSphere. In Hyper-V unterstützte Speichertypen sind:

• DAS: RAID-Arrays (am häufigsten)
• SAN: iSCSI/Fibre Channel
• SMB 3.0/3.02 (Scale-Out File Server – SOFS)
• Storage Spaces/Storage Spaces Direct (S2D)
• Azure-basierter Cloud-Speicher

SMB ist ein in Microsoft-Umgebungen nativ integriertes Protokoll zur Dateifreigabe.

Hyper-V speichert VHDX virtuelle Festplattendateien auf direkt angeschlossenen NTFS-/ReFS-Volumes, Cluster Shared Volumes (CSV) und SMB 3.0-Dateifreigaben. CSV ermöglicht mehreren Hosts den gleichzeitigen Zugriff auf dieselbe LUN, was für die Clusterkonfiguration erforderlich ist. Hyper-V unter Windows Server unterstützt Hardware-RAID, Fake-RAID und Software-RAID. Die RAID-Empfehlungen für Hyper-V entsprechen denen für VMware: RAID 10 ist die beste Option für Hosts, auf denen VM-Workloads ausgeführt werden, und RAID 1 ist eine sinnvolle Alternative. Hardware-RAID bleibt die bevorzugte Implementierung.

Speicherkosten und Erweiterung

RAID erhöht in der Regel die Speicherkosten, da Redundanz die nutzbare Kapazität verringert – Sie zahlen für mehr Hardware, als Sie an effektivem Speicherplatz erhalten. Zum Beispiel:

• RAID 0: Keine Kapazitätsverringerung
• RAID 1: 50 % nutzbare Kapazität (zwei Laufwerke spiegeln sich gegenseitig)
• RAID 10: 50 % nutzbar (gespiegelte Stripes)
• RAID 5: Kapazitätsverlust in Höhe einer Festplatte (N Festplatten → N−1 nutzbar)
• RAID 6: Kapazitätsverlust in Höhe von zwei Festplatten (N Festplatten → N−2 nutzbar)

Für optimale Leistung und Zuverlässigkeit ist ein hochwertiger RAID-Controller (mit Batterie und Cache) erforderlich, der jedoch mit einem hohen Preis verbunden ist.

JBOD ist die kostengünstigste Option, da keine zusätzlichen Laufwerke für die Redundanz benötigt werden und keine spezielle Controller-Hardware erforderlich ist. Sie können beliebig viele Festplatten hinzufügen, um ein großes Volume zu erstellen, im Gegensatz zu RAID 1, das auf zwei Laufwerke beschränkt ist. JBOD funktioniert auch mit gemischten Laufwerken – unterschiedliche Anbieter, Kapazitäten und Geschwindigkeiten –, doch diese Flexibilität geht zu Lasten der Leistung und Zuverlässigkeit.

Bei der Erweiterung unterscheiden sich die beiden Konfigurationen deutlich. Die meisten RAID-Konfigurationen lassen sich nicht ohne Weiteres erweitern oder unterstützen nur eine begrenzte Erweiterung. In der Regel müssen Sie alle Mitgliedsfestplatten durch größere Laufwerke gleicher Kapazität ersetzen oder ein separates RAID-Array einrichten, was freie Ports am RAID-Controller oder gar einen zusätzlichen Controller erfordert. Moderne RAID-Controller können RAID 10 durch Hinzufügen von Festplattenpaaren erweitern. RAID 5 und RAID 6 lassen sich durch Hinzufügen von Festplatten erweitern, doch dieser Vorgang ist risikobehaftet und zeitaufwendig.

JBOD bietet die größte Flexibilität und den einfachsten Erweiterungsweg. Sie können jederzeit ein Laufwerk hinzufügen, unabhängig von Hersteller, Kapazität, Modell oder anderen Parametern. Neue Festplatten stehen sofort zur Verfügung, ohne dass ein Rebuild oder eine Paritätsberechnung erforderlich ist.

Optimierung der Leistung beim Backup mit NAKIVO

JBOD kann als kostengünstiger, erweiterbarer Speicher für Backups dienen. Die Backup-Geschwindigkeit wird in der Regel durch die Netzwerkverbindung begrenzt, wobei Komprimierung und Verschlüsselung zusätzlichen Overhead verursachen, sodass die reine Geschwindigkeit von JBOD selten den Engpass darstellt. Denken Sie dennoch an das 3-2-1-Regel für Backups und bewahren Sie zusätzliche Backupkopien auf, die Ihnen helfen können, falls der primäre Backup-Speicher ausfällt.

Selbst bei zuverlässigen RAID-Levels wie RAID 1 und RAID 10 müssen die Daten auf diesen Arrays weiterhin gesichert werden. RAID 1 toleriert den Ausfall einer Festplatte, und RAID 10 übersteht den Ausfall von zwei Festplatten, vorausgesetzt, die ausgefallenen Festplatten gehören zu unterschiedlichen Spiegelpaaren. Redundanz ist jedoch kein Schutz gegen jede Art von Ausfall. Versehentliches Löschen, Ransomware-Angriffe, Softwarefehler und physische Katastrophen können Daten oder den Server selbst zerstören. Mirrored RAID ist eine Form der Redundanz, jedoch kein Ersatz für eine ordnungsgemäße Sicherungsstrategie.

NAKIVO Backup & Replication umfasst eine Vielzahl von Funktionen, die darauf ausgelegt sind, die Datensicherheit schnell, sicher, zuverlässig und komfortabel zu gestalten.

• Agentenlose VM-Sicherung für VMware vSphere, Microsoft Hyper-V, Proxmox VE und Nutanix AHV. Zur Sicherung der Daten auf Host-Ebene werden native Hypervisor-APIs verwendet.
• LAN-freie Datenübertragung : NAKIVO Backup & Replication wählt automatisch den optimalen Datenübertragungsmodus aus, z. B. „VMware Hot Add“ oder „Direct SAN Access“, um die Netzwerkauslastung zu reduzieren und Backups zu beschleunigen.
• Netzwerkbeschleunigung : Die Daten werden komprimiert, bevor sie über das Netzwerk an den Ziel-Backup-Speicher gesendet werden, wodurch die Übertragungsgeschwindigkeit verbessert und der Speicherbedarf reduziert wird.
• Backup-Planung und -Automatisierung : Flexible Planen und Kundenbindung Optionen ermöglichen die automatische Ausführung von Backup-Aufträgen und sparen so Zeit.
• Integration eines Deduplizierungs-Gerätes : Durch die Verwendung unterstützter Deduplizierungs-Geräte und ihrer nativen Datenübertragungsprotokolle wird die Backup-Geschwindigkeit maximiert und der Speicherbedarf für Backups minimiert. Zu den unterstützten Geräten gehören Dell EMC Daten-Domäne (DD Boost), HPE StoreOnce (Catalyst) und NEC HYDRAstor (Universal Express).
• Inkrementelles Backup : Es werden nur die seit dem letzten vollständigen Backup oder inkrementelles Backup geänderten Daten übertragen, was im Vergleich zu reinen Voll-Backups Zeit spart und die Leistung verbessert.
• Native Änderungsverfolgung für VMware und Hyper-V : VMware Changed Block Tracking (CBT) und Hyper-V Resilient Change Tracking (RCT) beschleunigen inkrementelle Backups.
• Datenausschluss für Swap : Dateien und Partitionen speichern temporäre Betriebssystemdaten und vergrößern Backups unnötig. NAKIVO Backup & Replication schließt diese aus, wodurch die Geschwindigkeit des Backups verbessert und Speicherplatz gespart wird.
• Log-Trunkierung : Datenbanksysteme erstellen Protokolldateien, um die Konsistenz von Transaktionen zu gewährleisten und die Wiederherstellung zu unterstützen. Diese Protokolle können sehr groß werden. Die Log-Trunkierung sorgt für kompaktere Backups.

Fazit

Trotz seiner geringen Kosten und Skalierbarkeit ist JBOD-Speicher nicht für kritische Daten oder leistungsintensive Workloads geeignet. Der Ausfall einer einzigen Festplatte kann zu Datenverlust führen. JBOD kann als Backup-Speicher dienen, jedoch nur, wenn mindestens eine zusätzliche Backupkopie auf einem separaten Speichermedium vorhanden ist. RAID 5 und RAID 6 sollten für wichtige Daten vermieden werden. RAID 10 und RAID 1 bleiben die zuverlässigsten Optionen, wobei RAID 10 die höchste Leistung bietet und sich somit ideal für den VM-Speicher mit vollständiger Redundanz eignet. Selbst bei der besten RAID-Stufe ist es nach wie vor unerlässlich, die Daten aus dem Array zu sichern, da viele Szenarien mit Datenverlust auftreten, ohne dass es überhaupt zu einem Ausfall des Arrays kommt.

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