Die Messung der Performance von Festplatten dient im Allgemeinen dazu, die Geschwindigkeit und damit letztendlich auch die Qualität der Geräte zu beurteilen. Für Festplatten, die in einem RAID-Verbund angeordnet sind, trifft dies natürlich in erhöhtem Maße zu, da RAID in den allermeisten Fällen für genau diese Performancesteigerung genutzt wird.

Wesentliche Kennzahlen der RAID-Leistung sind Durchsatz (Lesen/Schreiben in MB/s), IOPS (Ein-/Ausgabe-Operationen pro Sekunde), Latenz (Antwortzeit in Millisekunden) und die Stabilität unter Last (Konsistenz der Werte über die Zeit). Diese Metriken reagieren je nach Workload (zufällig vs. sequenziell, kleine vs. große Blockgrößen) sehr unterschiedlich.

Bei der Bewertung ist außerdem entscheidend, ob ein Verbund für hohe sequentielle Transferraten (z. B. Video-Workflows) oder für viele kleine, zufällige Zugriffe (z. B. Datenbanken, Virtualisierung) optimiert wird. Queue-Tiefe, Controller-Cache, Stripe-Größe und die Auslastung der Speichergeräte beeinflussen die Ergebnisse maßgeblich.

Wie wird die RAID-Performance beurteilt?

Ein RAID-Verbund aus Festplatten wird in der Regel in eine von drei unterschiedlichen Konfigurationen eingeteilt:

Beim Mirroring (wie etwa bei RAID 1) werden Datensätze auf zwei (oder mehr) identischen(!) Festplatten gespiegelt, um ein gewisses Level an Redundanz zu erreichen und damit die Ausfallsicherheit zu erhöhen und/oder einen Datenverlust zu vermeiden, falls eine Festplatte ausfällt. Diese Lösung wird häufiger von Unternehmen und seltener von Privatanwendern genutzt.

Leistungsaspekte bei Mirroring:

• Lesen: Häufig schneller möglich, da Anfragen auf beide gespiegelten Datenträger verteilt werden können (Load-Balancing). Der Gewinn hängt vom Controller, Treiber und der Implementierung ab.
• Schreiben: Entspricht in der Regel der Geschwindigkeit des langsamsten Laufwerks im Spiegel, da identische Daten auf alle Spiegel geschrieben werden.
• Konsistenz: Caches und Schreibreihenfolge (Write-Order) müssen korrekt gehandhabt werden, um die Datensicherheit zu wahren.

Striping (wie etwa bei RAID 0) hingegen bezeichnet eine Technik, mittels welcher zwei (oder mehr) Festplatten einen bestimmten Datensatz verteilt auf alle Geräte im RAID-Verbund schreiben. Der theoretische Datendurchsatz und damit die Performance steigen in einem beispielhaften Verbund aus zwei Festplatten um 100%, praktisch jedoch sorgen verschiedene Faktoren für einen niedrigeren Anstieg der Transferleistung.

Leistungsaspekte bei Striping:

• Stripe-/Chunk-Größe: Bestimmt, wie Daten in Blöcke aufgeteilt werden. Eine passende Wahl zur typischen Blockgröße des Workloads (z. B. 64K, 128K, 256K) ist entscheidend.
• Alignment: Dateisystem- und Partitionsausrichtung auf Stripe-Grenzen verhindert unnötige Read-Modify-Write-Zyklen und steigert die Effizienz.
• Risiko: RAID 0 bietet keine Redundanz. Ein Ausfall führt zum Verlust des gesamten Verbunds.

Zu guter Letzt existieren zahlreiche Systeme, welche Striping und Mirroring kombinieren und dadurch die besten Eigenschaften der beiden Techniken miteinander verbinden (das einfachste Beispiel heißt daher auch RAID 10).

Weitere verbreitete Varianten:

• RAID 5/6: Kombiniert Striping mit Paritätsinformationen. Vorteil: gute Kapazitätsnutzung und Lesedurchsatz. Nachteil: Schreib-Overhead (Write-Penalty) durch Paritätsberechnung, besonders bei kleinen, zufälligen I/O.
• RAID 50/60: Über mehrere RAID-5- bzw. RAID-6-Gruppen gestreiftes Array – höhere Leistung und Resilienz bei großen Verbünden.
• Hot-Spare und Rebuild: Während eines Wiederaufbaus sinkt die Performance und die Latenzspitzen steigen; darauf sollte in der Kapazitätsplanung Rücksicht genommen werden.

Bedeutung der RAID-Performance

Die Performance eines jeden RAID-Verbundes wird nach der Einrichtung und Konfiguration mittels synthetischer Benchmarks gemessen. Diese Programme führen diverse Belastungstests durch (etwa das Schreiben von kleinen und großen Datenblöcken, das sequenzielle Lesen oder Schreiben großer Datenmengen etc.).

Das Ergebnis der Messungen wird anschließend in Megabit pro Sekunde (Mbit/s) ausgegeben: Je höher dieser Wert ausfällt, desto schneller können die Festplatten im Computer Daten lesen und schreiben, was sich letztendlich auch auf die Performance des gesamten Computers auswirkt.

Praktische Ergänzung: Viele Tools geben Transferraten in Megabyte pro Sekunde (MB/s) aus; für die Umrechnung gilt 1 Byte = 8 Bit (1 MB/s ≈ 8 Mbit/s). Neben Durchsatz sind insbesondere IOPS und Latenz kritisch für interaktive Anwendungen, Datenbanken und Virtualisierung. Auch Tail-Latency (99. oder 99,9. Perzentil) ist relevant, weil kurze Aussetzer in der Praxis spürbar sind.

Controller-Cache (Write-Back vs. Write-Through), Batterieschutzmodule/Capacitor-Module, Dateisystemeinstellungen (z. B. Journaling), Blockgrößen, Queue-Tiefe (NCQ/TCQ) und Treiber/Firmware-Stände prägen die Ergebnisse. Moderne Workloads nutzen zudem Mischlasten (Lesen/Schreiben gleichzeitig), die in synthetischen Tests realitätsnah nachgebildet werden sollten.

Sind Ergebnisse der RAID-Analysen untereinander vergleichbar?

Nein, nicht hundertprozentig. Unter anderem spielen folgende Faktoren bei der Beurteilung der RAID-Performance eine wichtige Rolle:

Das Festplatteninterface

Festplatten mit ähnlichen technischen Daten können durch ihr Interface dennoch drastisch unterschiedliche Leistungswerte erzielen. Es sollten also nur Geräte mit demselben Interface (also IDE und seine diversen Standards sowie SATA I, II und III) miteinander verglichen werden.

• IDE/PATA (ältere Systeme): Deutlich limitiert; nur für historische Vergleiche sinnvoll.
• SATA I/II/III: Bis 1,5/3/6 Gbit/s; SATA III ist heute verbreitet und limitiert HDDs selten, SSDs jedoch häufig.
• SAS 6G/12G/24G: Für Enterprise-Laufwerke mit höherer Parallelität und Zuverlässigkeit konzipiert.
• NVMe über PCIe 3.0/4.0/5.0 (aktuell): Sehr geringe Latenz und massive IOPS – relevant, wenn SSDs in RAID-Verbünden oder im Mixed-Mode betrieben werden.

Der Aufbau des Systems

Auch das Mainboard, die verwendeten Kabel, die CPU, eventuell genutzte RAID-Controller über PCI-Express sowie nicht zuletzt die Software in Form des Betriebssystems und im Hintergrund laufende Prozesse können den Verbund sowohl positiv als auch negativ beeinflussen.

• RAID-Controller/HBA: Anzahl der Lanes, Bandbreite, Cache-Größe, Firmware, Treiber, Queue-Management.
• CPU/RAM: Software-RAID (Onboard/OS) skaliert mit CPU-Kernen; unzureichender RAM kann Caching begrenzen.
• Stromversorgung/Kühlung: Throttling durch Temperatur oder instabile Versorgung mindert Durchsatz und erhöht Latenz.
• Massenspeichercharakteristik: CMR vs. SMR bei HDDs, 512e vs. 4Kn Sektorgröße, Füllstand, Fragmentierung; bei SSDs SLC-Cache, Garbage Collection, Wear-Leveling, TRIM.
• Dateisystem & Formatierung: Clustergröße, Alignment und Journaling beeinflussen kleine I/O stark.
• Verschlüsselung/Kompression: CPU-Overhead kann den Netto-Durchsatz reduzieren.
• Virtuelle Umgebungen: Hypervisor-Overhead, Shared-Storage-Latenzen, QoS.
• Rebuild/Degrade: Leistungseinbruch bei ausgefallenem Laufwerk oder während des Wiederaufbaus; Unterschiede je RAID-Level.

Es ist daher sehr wichtig, bei einem Vergleich der Performance von Festplatten auf möglichst exakt dasselbe System zu setzen. Im Idealfall werden die unterschiedlichen Festplatten nur ein- und ausgebaut und anschließend miteinander verglichen. Nur so ist eine sinnvolle Gegenüberstellung möglich.

Best Practices für reproduzierbare Messungen:

• Identische Hardware, Firmware und Treiberstände verwenden; Hintergrundprozesse minimieren.
• Vor dem Test die Laufwerke „vorwärmen“ (Preconditioning), einheitliche Füllstände herstellen.
• Blockgrößen, Queue-Tiefe und Testdauer definieren; Ergebnisse für Lesen/Schreiben, sequentiell/zufällig getrennt ausweisen.
• MB/s und IOPS immer gemeinsam betrachten, zusätzlich Latenz-Perzentile dokumentieren.

Wozu dient eine Erhöhung der Performance durch RAID?

Durchschnittliche Privatanwender, welche ihre Zeit mit Facebook, E-Mails & Co. verbringen, werden durch die Konfiguration eines RAID-0-Systems im eigenen Haushalt keinen großen Unterschied bei der Nutzung des Computers feststellen. Entworfen wurde diese Technik für die Enthusiasten unter den Anwendern, welche auf eine maximale Performance Wert legen – sei es für die Arbeit oder auch die Unterhaltung. Zu beachten ist außerdem, dass RAID-Systeme auch heute noch relativ kompliziert aufgebaut sind, so dass Laien gut damit beraten sind, fachkundige Personen mit der Einrichtung der Festplattenverbunde zu beauftragen.

Typische Einsatzszenarien mit klaren Vorteilen:

• Content-Creation & Video: Hohe sequentielle Transferraten für 4K/8K-Streams, Proxy-Workflows und große Projekte.
• Datenbanken & Analytics: Niedrige Latenz und hohe IOPS für OLTP/OLAP, Log-Dateien und TempDB.
• Virtualisierung/Container: Viele kleine, gemischte I/O-Muster; Konsistenz unter Last wichtig.
• Backups & File-Server: Kurze Sicherungsfenster, parallele Streams, gleichbleibende Performance.

Die Wahl des passenden RAID-Levels ist stets ein Kompromiss aus Leistung, Redundanz und Kapazität. Paritäts-RAIDs (z. B. 5/6) bieten gute Kapazitätsausnutzung, während RAID 10 bei gemischten Workloads oft die besten Reaktionszeiten liefert. Moderne Schnittstellen (SATA III, SAS 12/24G, NVMe auf PCIe 4.0/5.0) erweitern die Möglichkeiten gegenüber älteren Standards wie IDE oder SATA I/II erheblich – die älteren Versionen bleiben jedoch zur Einordnung historischer Ergebnisse weiterhin relevant.

Häufige Fragen und Antworten