SSDs im RAID-Verbund zusammenschalten

Lange waren SSDs nur schnell, aber klein und obendrein teuer. Langsam,  aber stetig sinkt jedoch der Preis und 128 GByte sind bereits für unter 100 Euro erhältlich. Wer jetzt aufrüstet, der hat eventuell mehrere kleine SSDs übrig. Die naheliegende Idee: die SSDs zusammenschalten, um daraus ein großes Laufwerk zu erstellen.

Drei Möglichkeiten stehen dabei zur Auswahl: RAID, JBOD oder Windows Storage Spaces. Jede dieser Möglichkeiten hat ihre Vor- und Nachteile. Der Artikel erklärt sie.

Die klassische Lösung, um mehrere Laufwerke zu einem einzigen zu verbinden, ist ein RAID. RAID ist die Kurzform für Redundant Array of Independent Disks, was so viel heißt wie wiederholende Anordnung unabhängiger Laufwerke. Wie der Name vermuten lässt, sind RAIDs vor allem auf Redundanz ausgelegt. Wenn ein Laufwerk ausfällt, springen andere ein.

Grundsätzlich lässt sich ein RAID sowohl per Hardware als auch per Software umsetzen. Wird das RAID per Software realisiert, dann ist zwar keine spezielle Hardware nötig, Windows lässt sich auf diesem RAID aber nicht installieren. Das softwarebasierte RAID lässt sich nur für Daten verwenden.

Kommt hingegen ein Hardware-Kontroller zum Einsatz, dann kümmert dieser sich um die Verwaltung des RAIDs. Viele moderne Rechner haben bereits einen solchen Hardware-RAID-Kon­troller an Bord, der in den Chipsatz des Mainboards integriert ist. Zudem ist Windows mit vielen gängigen Treibern für die RAID-Kontroller bestückt, sodass man Windows auf einem solchen RAID meist pro­blemlos installieren kann. Die Konfiguration des RAIDs findet dann im BIOS statt.

Die Laufwerke eines RAIDs lassen sich auf unterschiedliche Arten verbinden. Bei einem RAID 0 werden die Laufwerke zu einem großen Laufwerk zusammengefügt.

Aus zweimal 60 GByte würden dann 120 GByte. Weil der RAID-Kontroller dabei gleichzeitig auf beide Laufwerke schreibt und von ihnen liest, verdoppelt sich der Datendurchsatz in der Regel.

Das Problem: Weil die Dateien zu gleichen Teilen auf sämtliche Laufwerke des RAIDs verteilt werden, muss nur eines der Laufwerke ausfallen, um einen vollständigen Datenverlust herbeizuführen. Und je mehr Laufwerke zum RAID gehören, desto höher das Risiko.

Außerdem sollten beide Laufwerke die gleiche Kapazität haben. Andernfalls reduziert sich die Gesamtkapazität des RAID 0 auf die Kapazität des kleinsten Laufwerks mal der Anzahl der Laufwerke.

Deutlich sicherer wird es, wenn Sie die Laufwerke als RAID 1 betreiben. Dann werden die Daten doppelt gespeichert. Fällt ein Laufwerk aus, dann befindet sich eine vollständige Kopie auf dem anderen Laufwerk.
Wegen der doppelten Speicherung belegen die Daten auch doppelt so viel Speicherplatz und die Gesamtkapazität der einzelnen Laufwerke halbiert sich entsprechend. Zwei SSDs mit jeweils 60 GByte Kapazität bieten auch als RAID-Verbund nur 60 GByte Speicherplatz.

So reizvoll die Idee eines RAIDs aus SSDs auch sein mag, es gibt in vielen Fällen einen gravierenden Nachteil: TRIM wird nicht unterstützt. Das ist der Befehl, der eine SSD auffordert, aus dem Datei­index gelöschte Daten auch tatsächlich aus den Zellen der Flash-Speicher zu löschen.

Ohne TRIM-Befehl bleiben die Daten hingegen erhalten und müssen gelöscht werden, kurz bevor die Speicherzelle das nächste Mal beschrieben wird. Das bremst den Schreibvorgang erheblich aus und führt ein SSD-RAID ad absurdum.

Erst ab der 7er-Serie der Intel-Chipsätze ist der integrierte RAID-Kontroller in der Lage, den TRIM-Befehl an die SSDs weiterzureichen. Es muss also schon mindestens ein Mainboard für einen Ivy-Bridge-Prozessor sein, damit ein RAID aus SSDs sinnvoll ist.

Alternativ bleibt nur der Kauf eines RAID-Kontrollers in Form einer Erweiterungskarte zum Nachrüsten, der dann auch den TRIM-Befehl an die SSDs weitergibt.

Die Vorstufe eines RAIDs ist JBOD. JBOD steht für Just a Bunch of Disks und bezeichnet einfach nur eine Anhäufung von Laufwerken.

Gegenüber einem RAID hat ein JBOD drei Vorteile. Einer davon ist, dass die Laufwerke unterschiedlich groß sein dürfen. Während es bei einem RAID ansonsten zu einem Speicherplatzverlust käme, kann ein JBOD den gesamten Speicher verwenden und diesen Speicher als einzelnes Laufwerk zur Verfügung stellen.

Der zweite Vorteil ist, dass bei einem JBOD, das nur aus SSDs besteht, der vom Betriebssystem an die SSDs abgesetzte TRIM-Befehl durchgereicht wird und die SSDs durch häufiges Schreiben und Löschen von Daten nicht irgendwann erheblich ausgebremst werden. Vorteil Nummer drei: Laufwerktypen dürfen vermischt werden. Sie könnten also Festplatten und SSDs miteinander kombinieren und zu einem JBOD verschmelzen. Für ein JBOD wird kein Kontroller benötigt, sondern es lässt sich einfach unter Windows in der Datenträgerverwaltung in Form eines dynamischen Datenträgers erstellen.

Das war es dann aber auch bereits mit den Vorteilen. JBOD kann ansonsten keinen Nutzen aus der Laufwerkvielfalt ziehen. Daten lassen sich nicht spiegeln oder redundant speichern. Ein JBOD eignet sich also nicht, um die Ausfall­sicherheit zu erhöhen. Immerhin werden Dateien nicht in Stücke zerlegt und auf mehrere Laufwerke verteilt, sondern immer vollständig auf einem Laufwerk abgelegt. Fällt ein Laufwerk aus, dann geht somit nur ein Teil der Daten verloren.

Noch ein Nachteil eines JBODs ist, dass die Anhäufung von Laufwerken immer nur so schnell ist wie das langsamste Laufwerk. Mischen Sie ausschließlich SSDs miteinander, dann fällt dies nicht allzu stark ins Gewicht, weil selbst langsame SSDs im Vergleich zu Festplatten noch sehr flott sind.

Wenn Sie aber Festplatten und SSDs mischen, arbeiten die SSDs auch nur so schnell wie die langsamste Festplatte des JBODs. Bei einigen Stromsparmodellen kann das bei Datenraten um die 50 bis 75 MByte/s dann schon sehr langsam sein. Darüber hinaus wird bei einem Mix von Laufwerktypen, also Festplatten und SSDs, auch der TRIM-Befehl nicht unterstützt.

Als dritte Option bleiben die Storage Spaces, in der deutschen Version von Windows 8 schlicht Speicherplätze genannt.

Speicherplätze sind ein neues Konzept, das Microsoft bislang ausschließlich in Windows 8 und Windows Server 2012 integriert hat. Es stellt laut Microsoft eine Speicherplatzvirtualisierung dar.

Grundsätzlicher Vorteil: Speicherplätze lassen sich aus unterschiedlichen Laufwerktypen zusammenstellen, die zudem unterschiedlich groß sein dürfen, ähnlich wie bei JBOD. Die Menge der Laufwerke heißt Storage Pools. Storage Pools sind aber nicht nur auf Festplatten und SSDs beschränkt, sogar externe Laufwerke und USB-Sticks dürfen hinzugefügt werden.

Anders als JBOD, das den gesamten Speicherplatz nur als ein großes Laufwerk anbietet, lassen sich auf einem Storage Pool gleiche mehrere von einander abgetrennte, virtuelle Laufwerke erstellen. Diese Laufwerke lassen sich wie jedes andere Laufwerk unter Windows formatieren und mit einem Laufwerkbuchstaben versehen.

Windows 8 kümmert sich dabei grundsätzlich selbst um die Verteilung der Speicherplätze auf die einzelnen Laufwerke des Storage Pools. Auf Wunsch lässt sich ein Speicherplatz aber auch nur einem bestimmten Laufwerk zuordnen.

Speicherplätze profitieren davon, dass mehrere Laufwerke genutzt werden, und erreichen eine höhere Schreib- und Lesegeschwindigkeit. Sie sind schneller als JBOD, aber langsamer RAID 0.
Außerdem lassen sich Speicherplätze auf Datensicherheit auslegen, sodass Wiederherstellungsdaten oder komplette Datenkopien auf den Laufwerken verteilt gespeichert werden. Fällt ab mindestens drei Laufwerken eines aus, dann lässt es sich einfach durch ein neues ersetzen.

Storage Pools sind nachträglich erweiterbar. Fügen Sie also zusätzliche Festplatten oder SSDs hinzu, dann erhöht sich die Gesamtspeicherkapazität entsprechend. So lassen sich etwa Speicherplätze erstellen, die 20 TByte groß sind, obwohl insgesamt nur 4 TByte zur Verfügung stehen. Thin Provisioning nennt Microsoft das.Wird der tatsächlich verfügbare Speicherplatz knapp, dann informiert Windows 8 den Anwender über diesen Umstand und fordert dazu auf, weitere Laufwerke zum Storage Pool hinzuzufügen.