Block Storage, auch als Speicher auf Blockebene bezeichnet, ist eine Technologie zum Speichern von Datendateien in Storage Area Networks (SAN) oder cloudbasierten Speicherumgebungen. Entwickler bevorzugen Block Storage für Datenverarbeitungssituationen, in denen sie schnelle, effiziente und zuverlässige Datenübertragung benötigen.

Bei Block Storage werden die Daten in Blöcke aufgeteilt und die Blöcke dann als separate Teile mit jeweils einer eindeutigen Kennung gespeichert. Das SAN platziert diese Datenblöcke dort, wo es am effizientesten ist. Das bedeutet, das SAN kann die Blöcke auf unterschiedlichen Systemen speichern und jeder Block kann so konfiguriert (oder partitioniert) werden, dass er mit verschiedenen Betriebssystemen arbeitet.

Block Storage entkoppelt die Daten auch von Benutzerumgebungen, sodass die Daten über mehrere Umgebungen verteilt werden können. Dies schafft mehrere Pfade zu den Daten und ermöglicht dem Benutzer, sie schnell abzurufen. Wenn ein Benutzer oder eine Anwendung Daten von einem Blockspeichersystem anfordert, stellt das zugrundeliegende Speichersystem die Datenblöcke wieder zusammen und präsentiert die Daten dem Benutzer oder der Anwendung.

Block Storage ist nicht die einzige Möglichkeit zur Datenspeicherung. Entwickler verwenden auch andere Systeme, wie Object Storage und File Storage. Auch wenn das Ziel jeder dieser Speichermethoden letztlich die Bereitstellung von Daten für Benutzer und Anwendungen ist, geht jede Methode beim Speichern und Abrufen von Daten anders vor.

Object Storage

Object Storage, auch als objektbasierter Speicher bezeichnet, zerlegt Datendateien in Teile, die als Objekte bezeichnet werden. Die Objekte werden dann in einem einzigen Repository gespeichert, das über mehrere  vernetzte  Systeme verteilt sein kann.

In der Praxis werden alle Objekte von Anwendungen verwaltet, sodass ein herkömmliches Dateisystem überflüssig ist. Jedes Objekt erhält eine eindeutige ID, die Anwendungen zur Identifizierung des Objekts verwenden. Und jedes Objekt speichert Metadaten – also Informationen über die im Objekt gespeicherten Dateien.

Ein wichtiger Unterschied zwischen Object Storage und Block Storage ist die Art und Weise, wie beide mit Metadaten umgehen. Bei Object Storage können Metadaten so angepasst werden, dass sie zusätzliche, detaillierte Informationen über die im Objekt gespeicherten Datendateien enthalten. So können beispielsweise Metadaten zu einer Videodatei so angepasst werden, dass sie Aufschluss darüber geben, wo das Video aufgenommen wurde, welcher Kameratyp verwendet wurde und sogar welche Motive in den einzelnen Frames erfasst wurden. Bei Block Storage beschränken sich die Metadaten auf grundlegende Dateiattribute.

Block Storage eignet sich am besten für statische Dateien, die nicht oft geändert werden, da jede Änderung an einer Datei zur Erstellung eines neuen Objekts führt.

File Storage

File Storage, auch als Speicher auf Dateiebene oder dateibasierter Speicher bezeichnet, wird normalerweise mit NAS-Technologie (Network Attached Storage) in Verbindung gebracht. NAS stellt Benutzern und Anwendungen Speicher mit der gleichen Ideologie zur Verfügung wie ein herkömmliches Netzdateisystem. Mit anderen Worten: Der Benutzer oder die Anwendung erhält Daten über Verzeichnisbäume, Ordner und einzelne Dateien. Dies funktioniert ähnlich wie bei einer lokalen Festplatte. NAS oder das Netzbetriebssystem (NOS) verwaltet jedoch Zugriffsrechte, gemeinsamen Dateizugriff, Dateisperrung und andere Kontrollmechanismen.

File Storage kann sehr einfach konfiguriert werden, aber der Zugriff auf die Daten ist auf einen einzigen Pfad zu den Daten beschränkt, was den Durchsatz im Vergleich zu Block Storage oder Object Storage beeinträchtigen kann. Außerdem arbeitet File Storage nur mit gängigen Protokollen auf Dateiebene, wie z. B. einem New Technology File System (NTFS) für Windows oder einem Network File System (NFS) für Linux. Dies könnte die Verwendbarkeit über unterschiedliche Systeme hinweg einschränken.

Im folgenden Video vergleicht Amy Blea von IBM Block Storage und File Storage miteinander:

Block Storage ermöglicht das Erstellen von Rohspeicherdatenträgern, zu denen serverbasierte Betriebssysteme eine Verbindung herstellen können. Sie können diese Rohspeicherdatenträger wie einzelne Festplatten behandeln. So können Sie Block Storage für nahezu jede Art von Anwendung nutzen, einschließlich Dateispeicher, Datenbankspeicher, VMFS-Datenträger (Virtual Machine File System) und vieles mehr.

Nehmen wir zum Beispiel die Bereitstellung von virtuellen Maschinen in einem Unternehmen. Mit Block Storage können Sie einfach einen blockbasierten Speicherdatenträger erstellen und formatieren, um das VMFS zu speichern. Ein physischer Server kann dann an diesen Block angeschlossen werden, wodurch mehrere virtuelle Maschinen entstehen. Durch Erstellen eines blockbasierten Datenträgers, Installieren eines Betriebssystems und Anhängen an diesen Datenträger können Benutzer außerdem Dateien unter Verwendung dieses systemeigenen Betriebssystems gemeinsam nutzen.

Private Cloud-Bereitstellungen sind ein weiterer hervorragender Einsatzbereich für Block Storage. Einen tieferen Einblick in Private Clouds und Block Storage erhalten Sie in IBM Garage, wo die Virtualisierung zur Erweiterung der virtualisierten Private Cloud durch Block Storage und File Storage erläutert wird.

Durch seine inhärente Flexibilität ist Block Storage ideal für Container geeignet. Container  abstrahieren Anwendungen von Betriebssystemen, ähnlich wie die Virtualisierung Betriebssysteme von physischer Hardware abstrahiert. Mit Block Storage können Sie Container schnell definieren und starten. Container profitieren  von der Geschwindigkeit von Block Storage und der nativen Fähigkeit eines einzelnen Hosts, mehrere Blöcke anzuhängen.

SANs

Entwickler stellen Block Storage häufig über ein Storage Area Network (SAN) bereit. Ein SAN ist ein Computernetz, das den Zugriff auf Datenspeicher ermöglicht. SANs bieten Block Storage für andere vernetzte Systeme, als ob diese Blöcke lokal angeschlossene Geräte wären. Beispielsweise kann ein Server über eine Datennetzverbindung – wie Fibre Channel, Internet Small Computer System Interface (iSCSI) oder Infiniband – an ein SAN angeschlossen werden, um auf einen Block zuzugreifen, als wäre es ein Datenträger mit lokalem Zugriff. Sie können auch mehrere Speicherarrays in einem SAN konfigurieren und mehrere Server an das SAN anschließen.

Ein SAN besteht aus zahlreichen Elementen oder Schichten. Die erste ist die Host-Schicht, die aus dem Server besteht, auf dem ein Netzbetriebssystem läuft und der über eine Host-Bus-Adapterkarte mit dem Datennetz verbunden ist, das wiederum über ein Kabel mit dem Speichernetz verbunden ist. Die Host-Schicht ist mit der Fabric-Schicht verbunden, die eine Sammlung von Geräten wie SAN-Switches, Router, Protokollbrücken, Gateway-Geräte und Kabel ist. Die Fabric-Schicht interagiert mit der Speicherschicht, die aus den physischen Speichergeräten wie Festplattenlaufwerken, Magnetbändern oder optischen Medien besteht.

RAID-Arrays

Block Storage allein bietet nicht viel Redundanz, was bedeutet, dass RAID-Arrays für eine geschäftskritische Block Storage-Implementierung in Betracht gezogen werden sollten. RAID (Redundant Array of Independent Disks) schützt Daten, indem sie auf zwei oder mehr Laufwerke geschrieben werden. Fällt eine Festplatte aus, können die Informationen auf der/den anderen Festplatte(n) in der Regel ersetzt werden, ohne dass der Benutzer eine Unterbrechung bemerkt.

Open-Source-Lösungen

Open-Source-Alternativen zu herkömmlichen herstellerzentrierten SAN-Lösungen sind im Aufwind. Fast täglich entstehen neue Projekte und etablierte Projekte werden weiter verbessert und um neue Funktionen erweitert. Das Open-Source-Projekt FreeNAS bietet sowohl Block Storage als auch softwaredefiniertes RAID; Openfiler ist eine weitere Open-Source-Speicherlösung mit Unterstützung für Block Storage und RAID.

Auch wenn Open Source im Speichersektor viele Möglichkeiten bietet, so erfordert ein erfolgreicher Einsatz doch das entsprechende Fachwissen, was wiederum bedeutet, dass sich die Speicheradministratoren für Support und Service an spezialisierte Anbieter wenden müssen.

Block Storage as a Service (BSSaaS) fällt in die weitaus größere Kategorie von  Enterprise Storage as a Service  (ESaaS), bei der Kunden, die nach cloudbasiertem Speicher suchen, zwischen Block, File oder Object Storage für ihren Datenspeicherbedarf wählen können. In den meisten Fällen müssen die Nutzer bei der Arbeit mit ESaaS auch eine IaaS- oder PaaS-Lösung wählen und Anwendungen und Server direkt in der Cloud bereitstellen.

Es ist von entscheidender Bedeutung, den Speicherbedarf decken zu können. Der Speicherverbrauch hat exponentiell zugenommen. Da Block Storage unabhängig von Rechenressourcen ist, erfordert die Skalierung nichts weiter als die Erstellung zusätzlicher Block Storage-Datenträger bei einem ESaaS-Anbieter.

Für Unternehmen, die einen  Hybrid Cloud -Ansatz verfolgen, kann die Skalierung den Kauf zusätzlicher Festplatten oder RAID-Arrays erfordern, aber der eigentliche Prozess der Skalierung ist im Prinzip derselbe. Die Bereitstellung zusätzlicher Block Storage-Datenträger ist die primäre Anforderung, um die Menge des verfügbaren Speichers zu erhöhen. Erfahren Sie mehr über Skalierung und Block Storage.