RAID-Rechner: nutzbare Kapazität und Ausfallsicherheit für Synology, QNAP, UGREEN und ZFS

RAID-Rechner: nutzbare Kapazität und erlaubte Ausfälle berechnen

Geben Sie den RAID-Level, die Anzahl der Festplatten und die Kapazität pro Platte in TB ein. Der Rechner zeigt die Rohkapazität, die nutzbare Kapazität, den Teil, der auf die Redundanz entfällt, und wie viele Platten ausfallen dürfen. Er kennt RAID 0, 1, 5, 6, 10, 50 und 60. Vorbelegt sind als Beispiel vier Platten zu je 8 TB in RAID 5.

Das Beispiel ergibt 32 TB Rohkapazität, davon 24 TB nutzbar; 8 TB, ein Viertel, entfallen auf die Parität, und eine Platte darf ausfallen. Das entspricht Synologys Formel für RAID 5, (N - 1) x Größe des kleinsten Laufwerks, und QNAPs Regel, nach der bei RAID 5 eine Platte von der Gesamtkapazität abgeht.

Gerechnet wird so: Bei RAID 0 ist die Summe aller Platten nutzbar, bei RAID 1 die Kapazität einer Platte, bei RAID 5 alle Platten außer einer, bei RAID 6 alle außer zwei, bei RAID 10 die Hälfte. Die Mindestzahlen im Rechner sind 2 Platten für RAID 0 und RAID 1, 3 für RAID 5, 4 für RAID 6 und 4 in gerader Anzahl für RAID 10; so stehen sie in Synologys Tabelle für DSM 7. Für RAID 50 verlangt der Rechner mindestens 6 Platten, für RAID 60 mindestens 8, wie QNAP es für QTS 5.2.x angibt.

Festplatten mit Spiegelung laufen im NAS als RAID 1, mit vier und mehr Platten auch als RAID 10 aus gespiegelten Paaren. Laut Synology werden die Daten bei RAID 1 auf den Laufwerken gespiegelt, was eine Fehlertoleranz bei Laufwerksausfällen ermöglicht. Der Rechner zeigt für RAID 1, dass alle Platten bis auf eine ausfallen dürfen. Synology nennt für 2, 3 oder 4 gespiegelte Laufwerke 1, 2 oder 3 tolerierbare Ausfälle, und OpenZFS beschreibt einen Spiegel aus N Platten ebenso mit N-1 Ausfällen. QNAP führt RAID 1 unter QTS 5.2.x dagegen nur mit genau 2 Platten.

Bei RAID 10 zeigt der Rechner „1 Platte je Spiegelpaar“, wie QNAP es angibt. Das ist dieselbe Aussage wie Synologys „Hälfte der Laufwerke“: Sie gilt nur, wenn keine zwei ausgefallenen Platten im selben Spiegelpaar liegen. UGREEN nennt 1 bis 2 Platten mit derselben Bedingung; fallen beide Platten eines Paares aus, hilft die Zahl nicht.

RAID 50 und RAID 60 rechnet der Rechner immer mit zwei gleich großen Untergruppen: Bei RAID 50 gehen zwei Platten für die Parität ab, bei RAID 60 vier. Deshalb verlangt er für beide Level eine gerade Zahl an Platten. Das ist unsere Vereinfachung, nicht die Regel eines Herstellers. QNAP, auf dessen Angaben sich diese beiden Level hier stützen, legt auf seiner Seite keine Zahl der Untergruppen fest. Je Untergruppe geht laut QNAP bei RAID 50 eine Platte ab und darf eine ausfallen, bei RAID 60 sind es zwei; mit mehr Untergruppen sinkt die nutzbare Kapazität entsprechend. In Synologys Tabelle für DSM 7 stehen RAID 50 und 60 nicht.

RAID 5 mit 3 oder 4 Festplatten: wie viele Platten RAID 5 braucht

RAID 5 braucht laut Synology mindestens 3 Laufwerke und verkraftet den Ausfall von einem. QNAP erlaubt unter QTS 5.2.x 3 bis 16 Platten in einer RAID-5-Gruppe. Nach Synologys Formel ergeben 3 Festplatten zu je 8 TB nach unserer Rechnung 16 TB nutzbar, 4 Festplatten zu je 8 TB 24 TB. In beiden Fällen darf eine Platte ausfallen. Mit einer vierten Platte steht dagegen auch RAID 6 offen: Laut Synology braucht es mindestens 4 Laufwerke, verkraftet 2 Ausfälle und bietet (N - 2) x Größe des kleinsten Laufwerks, bei vier 8-TB-Platten also 16 TB.

Was der RAID-Rechner nicht berechnet

Der Rechner rechnet mit gleich großen Platten und mit der Kapazität, die der Hersteller angibt. Folgendes berücksichtigt er nicht:

• SHR und SHR-2 von Synology: Synologys Tabelle nennt dafür keine Formel, sondern „Durch das System optimiert“. Synologys eigener RAID-Rechner bietet beide als RAID-Typ an und gibt für SHR den nutzbaren Speicherplatz aus.
• RAIDZ1, RAIDZ2 und RAIDZ3 unter ZFS: Ein Ergebnis für RAID 5 oder RAID 6 ist dafür nur eine Näherung, denn der belegte Platz hängt laut OpenZFS von Sektorgröße und recordsize ab.
• RAID F1, das Synology nur bei bestimmten Modellen und nur für SSDs anbietet.
• Unraid mit seinen Paritätsplatten: Die Unraid-Dokumentation, die wir gelesen haben, nennt keine Formel für die nutzbare Kapazität.
• Systemreserven: Synology reserviert je Laufwerk ungefähr 10 GB und für Metadaten 4 % (Btrfs) oder 2 % (ext4), UGREEN rund 16 GB für die Systempartition.
• Platten unterschiedlicher Größe: Der Rechner hat nur ein Feld für die Kapazität. Bei klassischem RAID zählt jede Platte mit der Kapazität der kleinsten; tragen Sie deshalb die kleinste ein.
• Die Dauer eines Neuaufbaus: Eine Zeitangabe dafür haben wir in keiner der gelesenen Quellen gefunden, und UGREENs Rechner gibt ausdrücklich keine aus.

Synologys eigener RAID-Rechner auf synology.com bietet SHR und SHR-2 als RAID-Typ an und gibt den nutzbaren Speicherplatz aus. Für UGOS empfiehlt UGREEN vor dem Plattenkauf den offiziellen UGREEN-RAID-Rechner. Beide stehen mit Adresse in den Quellen unten.

RAID-Rechner für Synology: die Regeln aus DSM 7

Synology fasst die RAID-Typen für DSM 7 in einer Tabelle zusammen: Anzahl der Laufwerke, tolerierbare Laufwerksfehler und Speicherkapazität. N steht dort für die Gesamtzahl der Laufwerke im Volume. RAID-Typen außer Basic gibt es laut Synology je nach Zahl der Einschübe und der installierten Laufwerke nur bei bestimmten Modellen. In der Softwarespezifikation zu DSM 7.4 nennt Synology als unterstützte RAID-Typen Basic, SHR-1, SHR-2, JBOD, RAID 0, 1, 5, 6, 10 und F1.

SHR rechnet anders. Klassisches RAID richtet sich laut Synology nach der kleinsten Festplatte im Speicherpool: Ist sie 500 GB groß, kann jedes andere Laufwerk nur 500 GB beitragen. In Synologys Beispiel bleiben so 2 TB nutzbar und 4,5 TB verschwendet. Laut Synology unterteilt SHR dagegen den Speicher jedes Laufwerks in kleinere Blöcke und kann im selben Beispiel auch die 4,5 TB in nutzbare Blöcke aufteilen. Wie viel SHR dort insgesamt bereitstellt, beziffert Synologys Artikel nicht. SHR beruht laut Synology auf einem Linux-RAID-Verwaltungssystem. Für einen SHR-Pool, der einen Ausfall verkraftet, braucht es mindestens zwei Laufwerke, für SHR-2 mit zwei Ausfällen mindestens vier; von SHR-1 auf SHR-2 wechseln können Sie ab DSM 6.1.

Eine Formel für die SHR-Kapazität haben wir in keinem Synology-Dokument gefunden. Für Laufwerke unterschiedlicher Kapazität empfiehlt Synology SHR oder SHR-2, um ungenutzten Speicherplatz zu minimieren. Synologys eigener RAID-Rechner bietet SHR und SHR-2 als RAID-Typ an und gibt für SHR den nutzbaren Speicherplatz aus: Für zwei 8-TB- und zwei 4-TB-Platten zeigt er in SHR 14,5 TB nutzbar und 7,3 TB für den Datenschutz an. Die Ergebnisse beruhen laut Synology auf einer binären Darstellung. Wenn Sie SHR planen, rechnen Sie deshalb mit Synologys eigenem RAID-Rechner; unser Rechner gibt für SHR keinen Wert aus.

Auch nach dem Rechnen bleibt eine Lücke zur Anzeige im NAS. Laut Synology muss jedes Laufwerk im RAID ungefähr 10 GB Systemspeicher reservieren. Volumes mit Btrfs reservieren 4 % der Kapazität für Metadaten, Volumes mit ext4 2 %. Bei 24 TB in RAID 5 wären 4 % nach unserer Rechnung 0,96 TB. Die tatsächlich verfügbare Kapazität des Volumes zeigt laut Synology der Speicher-Manager.

Welche Festplatten Ihr Synology-Modell für einen neuen Speicherpool annimmt, steht unter Synology-kompatible Festplatten.

RAID-Rechner für QNAP: RAID-Typen unter QTS 5.2.x

QNAP beschreibt die RAID-Typen für QTS 5.2.x in einer eigenen Tabelle. Einen allgemeinen RAID-Rechner von QNAP für QTS haben wir nicht gefunden. Der Rechner oben folgt QNAPs Kapazitätsregeln für RAID 5, 6, 10, 50 und 60, bei RAID 50 und 60 mit der Vereinfachung auf zwei Untergruppen. Bei RAID 1 rechnet er auch mit mehr als zwei Platten, die QTS für RAID 1 nicht vorsieht.

Platten unterschiedlicher Kapazität in einer RAID-Gruppe mit Ausfalltoleranz arbeiten laut QNAP alle mit der Kapazität der kleinsten. QNAPs Beispiel: Fünf Platten mit 2 TB und eine mit 1 TB erkennt QTS als sechs Platten mit 1 TB. QNAP empfiehlt, für jede Kapazität eine eigene RAID-Gruppe anzulegen und die Gruppen über Speicherpools zusammenzufassen.

Zur Größe einer RAID-Gruppe schreibt QNAP: Mehr Platten in einer Gruppe erhöhen das Risiko, dass mehrere gleichzeitig ausfallen, und verlängern den Neuaufbau. Eine Gruppe aus 24 Laufwerken fällt laut QNAP mit RAID 6 20-mal wahrscheinlicher aus als mit RAID 60. Für Speicherpools mit vielen Platten empfiehlt QNAP deshalb Untergruppen mit RAID 50 oder RAID 60. Der Hinweis betrifft die Zahl der Platten in einer Gruppe, nicht ihre Größe, und eine Dauer für den Neuaufbau nennt QNAP dort nicht.

RAID-Rechner für UGREEN: Ausfalltoleranz unter UGOS Pro

UGREEN beschreibt im Knowledge Center die RAID-Typen für alle NAS-Modelle mit UGOS Pro. RAID 1 erlaubt dort den Ausfall einer Festplatte, RAID 5 den einer beliebigen, RAID 6 den gleichzeitigen Ausfall von zwei. Bei RAID 10 dürfen 1 bis 2 Platten ausfallen, vorausgesetzt, sie liegen nicht im selben Spiegelpaar. Basic, JBOD und RAID 0 haben keine Fehlertoleranz. Eine Mindestzahl an Platten und eine Formel für die Kapazität nennt dieser Artikel nicht.

Stattdessen empfiehlt UGREEN, vor dem Plattenkauf den offiziellen UGREEN-RAID-Rechner zu nutzen. Er kennt sieben RAID-Typen: Basic, JBOD, RAID 0, 1, 5, 6 und 10. Einen Typ wie SHR haben wir in der Liste nicht gefunden. Der Rechner setzt rund 16 GB, etwa 15,3 GiB, für die Systempartition von UGOS an, und UGREEN nennt die Ergebnisse ausdrücklich Schätzwerte: Maßgeblich ist der Speichermanager im System.

Platten unterschiedlicher Größe nehmen UGREEN-NAS an, UGREEN rät aber dringend davon ab, sie im selben RAID zu mischen. Standard-RAID rechnet laut UGREEN mit der kleinsten Platte: Eine 8-TB- und eine 16-TB-Platte ergeben in RAID 1 etwa 8 TB, der Rest der größeren Platte bleibt ungenutzt. Neuaufbaudauer, Ausfallwahrscheinlichkeit, Netzwerk- und Plattengeschwindigkeit berechnet UGREENs Rechner nach eigener Angabe nicht.

RAID-Rechner für ZFS: was RAIDZ anders macht

Unter ZFS heißen die Paritätsstufen RAIDZ1, RAIDZ2 und RAIDZ3. Eine RAIDZ-Gruppe hat laut OpenZFS einfache, doppelte oder dreifache Parität und verkraftet entsprechend einen, zwei oder drei Ausfälle ohne Datenverlust. Mindestens braucht sie eine Platte mehr, als sie Paritätsplatten hat. Die Handbuchseite von OpenZFS formuliert die Kapazität vorsichtig: Eine RAIDZ-Gruppe aus N Platten der Größe X mit P Paritätsplatten fasst ungefähr (N - P) x X Byte.

Das „ungefähr“ hat einen Grund. Wie viel Platz RAIDZ tatsächlich belegt, hängt laut OpenZFS von der Sektorgröße (ashift) und der recordsize ab. Im Beispiel der Dokumentation, RAIDZ1 aus 3 Platten mit ashift=12, liegt der nutzbare Anteil bei recordsize=4K bei 50 %, so viel wie bei einem Doppelspiegel, bei recordsize=128K bei 66 %. Je breiter die Gruppe, desto höher laut OpenZFS die Platzeffizienz. Der Rechner oben zeigt für RAID 5 mit 3 Platten zwei Drittel; ein Ergebnis für RAID 5 oder RAID 6 ist für RAIDZ1 oder RAIDZ2 deshalb nur eine Näherung, kein RAIDZ-Wert.

TrueNAS: Festplatten spiegeln und welches RAID

TrueNAS erklärt die Layouts auf der Seite zum Anlegen eines Pools. Für das Spiegeln von Festplatten gilt laut TrueNAS 25.04: Ein Mirror braucht mindestens 2 Platten, jede Platte enthält eine exakte Kopie der Daten, und die Kapazität ist die einer einzelnen Platte. Bei RAIDZ und dRAID gibt die Zahl hinter dem Namen an, wie viele Platten für Parität reserviert sind und wie viele ausfallen dürfen: RAIDZ2 reserviert zwei Platten, zwei dürfen ausfallen.

Zur Frage, welches RAID man unter TrueNAS wählt: Unter „Reviewing Storage Needs“ empfiehlt TrueNAS, grundsätzlich RAIDZ als Layout zu wählen, und ebenso immer dann, wenn ein dRAID-vdev weniger als 10 Datenlaufwerke hätte. Im Abschnitt zu dRAID empfiehlt TrueNAS RAIDZ für ein Daten-vdev mit weniger als 10 Platten dringend, wegen Leistung und Kapazitätsausnutzung. Beide Stellen stehen im Zusammenhang mit dRAID und nennen keine RAIDZ-Stufe.

Proxmox: ZFS-RAID im Installer und welches RAID für VMs

Proxmox VE bietet im Installer RAID0, RAID1, RAID10 und RAIDZ-1 bis RAIDZ-3 an. RAID1 verlangt mindestens 2 Platten gleicher Größe und hat die Kapazität einer Platte, RAID10 mindestens 4 Platten, RAIDZ-1 mindestens 3, RAIDZ-2 mindestens 4 und RAIDZ-3 mindestens 5. Für RAIDZ-1 liegt die Mindestzahl im Installer damit über der, die OpenZFS nennt. Den nutzbaren Platz eines RAIDZ aus N Platten gibt Proxmox grob mit N-P an, mit P als RAIDZ-Level.

Für virtuelle Maschinen empfiehlt Proxmox Spiegel: Mirror-vdevs (RAID1, RAID10) verhalten sich laut Proxmox günstig für VM-Lasten und sollen genutzt werden, es sei denn, die Umgebung hat besondere Anforderungen, für die die Leistungsmerkmale von RAIDZ akzeptabel sind. Ein RAIDZ verhält sich laut Proxmox bei den IOPS ungefähr wie eine einzelne Platte, mit viel Bandbreite. Diese Empfehlung gilt für VM-Lasten, nicht allgemein für einen Dateiserver.

Homeserver-RAID: Unraid und die Frage nach dem Level

Unraid arbeitet mit Paritätsplatten statt mit einem klassischen RAID-Level, und der Rechner bildet das nicht ab. Laut Unraid-Dokumentation dürfen Datenplatten nicht größer sein als die Paritätsplatten; Unraid rät deshalb, die größten Platten für die Parität zu nehmen, damit eine spätere Erweiterung nicht an dieser Grenze scheitert. Wie viel Speicher nutzbar bleibt und wie viele Platten ausfallen dürfen, nennt die gelesene Seite nicht.

Für einen Homeserver gelten die Regeln des Systems, das darauf läuft, ob DSM, QTS, UGOS, TrueNAS, Proxmox oder Unraid. Eine Empfehlung für ein bestimmtes Level geben wir nicht. Die Empfehlungen, die wir gefunden haben, gelten jeweils für ihren Fall: die von Proxmox für VM-Lasten, die von TrueNAS im Zusammenhang mit dRAID und ohne RAIDZ-Stufe, die von Synology für Platten unterschiedlicher Größe.

TB oder TiB: warum Ihr NAS weniger anzeigt als der Rechner

Der Rechner arbeitet in TB, so wie Hersteller Kapazität angeben. Seagate rechnet 1 TB als eine Billion Byte und weist darauf hin, dass das Betriebssystem des Computers eine niedrigere Kapazität anzeigen kann. Laut Toshiba rechnet ein Computer-Betriebssystem in Zweierpotenzen, 1 TB = 2^40 = 1.099.511.627.776 Byte, und zeigt deshalb weniger an. Nach unserer Rechnung sind 16 TB rund 14,55 TiB und die 24 TB aus dem Beispiel rund 21,83 TiB; ein Betriebssystem, das wie von Toshiba beschrieben in Zweierpotenzen rechnet, zeigt diese Werte mit der Einheit „TB“ an. Dazu kommen die Systemreserven, die Synology und UGREEN angeben.

RAID ist kein Backup: was Synology dazu schreibt

Die deutlichste Aussage dazu, die wir gefunden haben, steht in einer Anzeige von Synology auf ComputerBase aus dem Jahr 2020, also in einem Werbetext, den Synology selbst verfasst hat. Dort heißt es, ein RAID-Verbund stelle selbst gar kein Backup dar. Dateien, die im RAID-Verbund gelöscht oder verändert werden, werden auf beiden Festplatten verändert oder gelöscht; weil beide immer denselben Datenstand haben, kann die zweite Platte nicht als Backup einzelner Dateien dienen. Ein Backup allein auf dem NAS erfüllt laut demselben Text die Kriterien eines sicheren Backups ebenfalls nicht.

Zu RAID 0 schreibt QNAP in seiner Tabelle für QTS 5.2.x, dieser Typ müsse mit einem Datensicherungsplan kombiniert werden. Eine allgemeine Aussage von QNAP, UGREEN, TrueNAS oder OpenZFS, dass RAID kein Backup ist, haben wir in den gelesenen Dokumenten nicht gefunden.

Festplatten für Ihr RAID

Welche Platten für ein NAS gebaut sind und was sie kosten, behandelt NAS-Festplatten. Was die Hersteller zum Aufzeichnungsverfahren angeben, steht unter CMR oder SMR. Preise für die Plattengröße aus dem Beispiel finden Sie unter 8-TB-Festplatte, für größere Platten unter 16-TB-Festplatte. Was ein NAS mit mehreren Platten an Strom braucht, zeigt NAS-Stromverbrauch.