RAID- und ZFS-Kapazitätsrechner

Warum zwei Zahlen für dieselbe Kapazität?

Der häufigste Grund, warum jemand einen Kapazitätsrechner sucht, ist gar nicht das RAID-Level. Es ist diese Frage: Ich habe vier 4-TB-Platten gekauft, warum zeigt mir das System weniger an?

Die Antwort ist keine Verschwörung und kein Defekt, sondern eine Uneinigkeit über die Bedeutung der Vorsilbe „Tera":

• Festplattenhersteller rechnen dezimal. 1 TB sind 1.000.000.000.000 Byte – also 10¹². So wird verkauft, so steht es auf der Verpackung.
• Betriebssysteme rechnen binär. 1 TiB sind 1.099.511.627.776 Byte – also 2⁴⁰. Linux, Windows und die Weboberflächen der meisten NAS-Systeme zeigen diesen Wert an, viele davon leider beschriftet als „TB".

Der Unterschied beträgt rund 9 Prozent und wächst mit jeder Größenordnung: Aus 4 TB werden 3,64 TiB, aus 16 TB werden 14,55 TiB. Bei einem Verbund aus sechs 4-TB-Platten in RAIDZ2 sind das anderthalb Terabyte scheinbar verschwundener Kapazität – die nie existiert haben.

Der Rechner zeigt deshalb beide Werte an. Die Zahl, die im System auftauchen wird, steht links hervorgehoben.

Was die Level unterscheidet

Alle Level lösen dieselbe Aufgabe unterschiedlich: Wie viel Kapazität opfere ich dafür, dass der Ausfall einer Platte keinen Datenverlust bedeutet?

Zur letzten Zeile: RAID 10 besteht aus gespiegelten Paaren. Fällt eine Platte aus, ist der Verbund noch vollständig. Fällt eine zweite aus, hängt alles davon ab, welche: Trifft es die Partnerin der ersten, sind die Daten weg. Bei acht Platten liegt die Wahrscheinlichkeit dafür bei eins zu sieben. Deshalb steht in der Tabelle „1 garantiert" und nicht „bis zu 4" – mit Glück plant man keine Datensicherung.

Warum RAID 5 aus der Mode gekommen ist

RAID 5 und RAIDZ1 vertragen genau einen Plattenausfall. Das klingt ausreichend, bis man betrachtet, was nach dem Ausfall passiert.

Der Verbund muss die fehlende Platte neu berechnen – „resilvern" bei ZFS, „rebuild" bei klassischem RAID. Dazu wird jedes Bit aller verbliebenen Platten gelesen. Bei 4-TB-Platten sind das je nach Auslastung viele Stunden bis mehrere Tage unter Volllast, ausgerechnet auf Platten, die gleich alt sind, aus derselben Lieferung stammen und dieselbe Betriebszeit hinter sich haben.

Zwei Dinge können in diesem Fenster schiefgehen. Erstens fällt eine zweite Platte aus – die Bedingungen dafür sind selten so günstig wie gerade jetzt. Zweitens tritt ein unkorrigierbarer Lesefehler auf. Hersteller geben deren Häufigkeit für Consumer-SATA-Platten üblicherweise mit einem Fehler je 10¹⁴ gelesener Bits an, für bessere Baureihen mit 10¹⁵. 10¹⁴ Bit sind rund 12,5 TB – also durchaus die Größenordnung, die beim Resilvern gelesen wird.

Die daraus abgeleiteten Ausfallwahrscheinlichkeiten werden oft dramatischer dargestellt, als die Praxis hergibt; die Herstellerangabe ist ein garantierter Höchstwert, kein Erwartungswert. Die Richtung stimmt trotzdem: Ab etwa 4 TB Plattengröße ist doppelte Parität die vernünftige Wahl. RAID 6 oder RAIDZ2 kosten eine Platte mehr und halten einen Ausfall während der Wiederherstellung aus. Genau dafür sind sie da.

Die 80-Prozent-Regel bei ZFS

Der Rechner weist eine Belegungsgrenze aus – bei ZFS 80 Prozent der nutzbaren Kapazität, bei klassischem RAID 90 Prozent.

ZFS schreibt nach dem Copy-on-Write-Verfahren: Geänderte Blöcke landen an neuer Stelle, statt die alten zu überschreiben. Dafür braucht der Pool zusammenhängenden freien Platz. Läuft er voll, muss die Zuteilung immer länger nach passenden Lücken suchen, und die Schreibleistung bricht spürbar ein. Bei einem Backup-Ziel ist das besonders ärgerlich, weil dort ohnehin große Mengen am Stück geschrieben werden.

Die Grenze ist kein exakter Schwellwert, sondern eine Planungsregel: Wer 6 TiB Nutzdaten unterbringen will, sollte einen Pool mit etwa 7,5 TiB vorsehen, nicht mit 6,2 TiB.

Was der Rechner bewusst nicht abbildet

• Unterschiedlich große Platten. In einem Verbund zählt die kleinste Platte für alle: Vier 4-TB-Platten und eine 8-TB-Platte ergeben denselben Verbund wie fünf 4-TB-Platten – die Hälfte der großen Platte liegt brach. Wer mischen will, rechnet mit der kleinsten Größe.
• Der Zuteilungsaufwand bei RAIDZ. Je nach Sektorgröße (ashift) und Datensatzgröße (recordsize) entsteht durch Auffüllen etwas zusätzlicher Verschnitt. Der oben ausgewiesene Wert ist der Nennwert; ZFS meldet typischerweise wenige Prozent weniger. Für die Planung reicht die 80-Prozent-Regel, die diesen Effekt mit abdeckt.
• Hot-Spare-Platten. Eine Reserveplatte trägt keine Nutzdaten – sie wird einfach nicht mitgezählt.

Der wichtigste Punkt zum Schluss

RAID ist kein Backup. Es schützt gegen genau eine Ursache: den mechanischen oder elektronischen Ausfall einer Platte. Gegen alles andere schützt es nicht – und alles andere ist häufiger:

• Versehentliches Löschen wird sofort auf alle Platten repliziert.
• Verschlüsselung durch Ransomware ebenso; der Verbund merkt nicht, dass die neuen Daten Müll sind.
• Ein defekter Controller, ein Blitzschlag, ein Wasserschaden oder ein Diebstahl trifft alle Platten gleichzeitig.
• Ein Dateisystemfehler betrifft die logische Ebene über dem Verbund.

Ein Plattenverbund erhöht die Verfügbarkeit, nicht die Sicherheit der Daten. Wie eine Sicherung aussieht, die auch die übrigen Fälle abdeckt, steht in der3-2-1-Backup-Strategie. Warum Ransomware zuerst die Sicherungen angreift und erst danach verschlüsselt, steht inRansomware-sichere Backups.

Was der gewählte Verbund im Jahr an Strom kostet, rechnet derStromkosten-Rechner aus – jede zusätzliche 3,5-Zoll-Platte schlägt im Leerlauf mit grob 4 bis 8 W zu Buche.