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Redundanz des kleinen Mannes

So flexibel Erasure Codes auch sind, sie haben einen entscheidenden Nachteil: Das Berechnen von Paritäten und Kapseln von Daten ist relativ rechenintensiv und lastet die CPU eines Hostsystems schnell aus. Das ist in modernen Rechenzentrum mit performanten Prozessoren eigentlich kaum von Belang. In einem kleinen NAS-System für das heimische Backup sind solche Ressourcen aber meist nicht vorhanden. Hersteller wie Qnap, Western Digital und Buffallo verkaufen aus Kostengründen eher Netzwerkspeicher mit ARM-Prozessoren oder Einsteigermodellen von AMD und Intel, die zwar für den Betrieb eines Raid-Systems, aber nicht unbedingt für das Berechnen von Erasure Codes ausgelegt sind.

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Der Leistungsnachteil gilt besonders mit Rückblick auf Hardware der 90er Jahre. Prozessoren wie der Pentium 3 von Intel hatten einen einzelnen Kern und schon genug mit der Paritätsberechnung von Raid-1- oder Raid-5-Systemen zu tun. Das Internet ist zu dieser Zeit zudem noch nicht performant genug gewesen, um Konzepte wie Cloud-Rechenzentren und dezentrale Storage-Systeme zu rechtfertigen. Datenspeicherung spielte sich auf vergleichsweise kleinen IDE- oder SCSI-Festplatten ab. Heim-PCs hatten kaum mehr als zwei IDE-Schnittstellen - das perfekte Anwendungsszenario für RAID-Systeme, während Erasure Coding zu dieser Zeit einfach noch nicht notwendig war.

Das Aufkommen von Cloud-Servern brauchte eine neue Methode

Die Probleme von Raid zeigten sich mit dem Aufkommen von immer größeren Laufwerken mit 4 oder mehr TByte und dem Bedarf nach viel Speicherplatz durch größere Datenmengen. Beschädigte Daten zu rekonstruieren, ist mittlerweile eine Sache von Stunden oder sogar Tagen. Es musste also auf Alternativen wie Erasure Codes zurückgegriffen werden. Es setzen sich zudem immer größere Storage-Cluster gegenüber dem klassischen Fileserver durch. Diese sind obendrein oft untereinander als Storage Area Network vernetzt und müssen möglichst einfach skalierbar sein.

Kleine Netzwerkspeicher oder Dateiserver sind trotzdem noch Anwendungsbeispiele, bei denen Erasure Codes als übertrieben und teilweise nicht notwendig angesehen werden können, vor allem, da einige aktuelle Dateisysteme wie Btrfs und ZFS eigene Fehlerkorrekturen direkt auf dem Laufwerk ausführen. Hier ist ein Raid-5-, Raid-6- oder Raid-1-System die meist schnellere und einfacher zu wartende Alternative. Ein Vorteil dieser Technik ist nämlich auch, dass mittlerweile fast jedes Mainboard zumindest ein paar Raid-Versionen aufspannen kann, ohne einen externen Raid-Controller kaufen zu müssen. Auch Software-Raids, bei denen das Betriebssystem die Rolle des Controllers übernimmt, sind eine sinnvolle Alternative dazu.

Chiphersteller Intel bietet für Erasure Coding seit einigen Jahren die Intelligent Storage Library an (ISA-L). Darüber können einige Intel-Prozessoren Daten schneller kapseln und auf verschiedene Standorte verteilen. Auch AMDs Epyc-Prozessoren wie der Epyc 7601 unterstützen Erasure Codes. Wohlgemerkt handelt es sich dabei momentan noch um ein exklusives Feature, das nur teuren Server-CPUs zur Verfügung steht. Die Kosten für ein solches System sind gerade in kleineren Anwendungen nicht tragbar.

Zwei parallele Techniken können erst einmal koexistieren

Wir befinden uns in einer Zeit, in der beide Redundanztechniken nebeneinander existieren und ihre Daseinsberechtigung haben. Für kleine Heimanwendungen, bei denen es auf Kompatibilität und Einfachheit ankommt, wird Raid weiterhin bestehen bleiben. Bei wenigen Laufwerken lohnt sich die zusätzliche CPU-Zeit für das Kapseln und Codieren von Erasure Codes noch nicht.

Erasure Coding spielt seine Stärken in anderen Bereichen aus: Hier können Rechenzentren und Cloud-Umgebungen genannt werden. Bei oftmals vielen Hunderten Laufwerken gleichzeitig sind der Wartungsaufwand für ein intaktes Raid-System und die damit verbundenen Kosten nicht mehr wirtschaftlich. Mit Erasure Coding lässt sich zudem der Redundanzüberschuss dynamisch anpassen - je nach Anwendungsfall.

In einigen Jahren könnten durch steigende Rechenleistung auch bei Einsteigerhardware die Nachteile von Erasure Coding so minimal sein, dass sich Raid-Systeme nicht mehr lohnen. So betrachtet ist die mathematische Methode tatsächlich eine Ablösung und das Ende von Raid.

 Erasure Coding: Das Ende von Raid kommt durch Mathematik
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bananaking 15:32 / Themenstart

Erasure Coding, was für ein dämlicher Marketingname. Ich dachte da jetzt wunder was da...

ML82 12. Jul 2019 / Themenstart

nein, er hat nur gasagt always make copy, d.h. immer eine lauffähige version in der...

recluce 11. Jul 2019 / Themenstart

Die 150 bis 200 MB/s sehe ich in der PRAXIS. Klar, es gibt immer Workloads bei denen das...

ultra79 11. Jul 2019 / Themenstart

Was mit der neuen HDD passiert ist natürlich von der Implementierung abhängig...

ultra79 11. Jul 2019 / Themenstart

Definiere "Hardware RAID" - also was ist das?

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