Block Storage (Blockspeicher)

Was ist Block Storage?

Block Storage ist eine Methode der Datenspeicherung, bei der jeder Datenträger wie eine separate, vom Administrator konfigurierte Festplatte funktioniert. Bei diesem Modell werden Daten in Blöcken fester Größe auf dem Speichermedium gespeichert. Jeder Block erhält eine eindeutige Adresse, die als einziges Metadatum diesem Block zugeordnet ist.

Ein separates Softwareprogramm, unabhängig von den Speichermedien, verwaltet die Anordnung und Organisation der Blöcke auf den Speicherlaufwerken. Diese Software steuert auch den Datenabruf, indem sie mithilfe der Metadaten die benötigten Blöcke findet und die darin enthaltenen Daten zu vollständigen Dateien zusammensetzt.

Die Steuerung der Speicherblöcke erfolgt durch das serverbasierte Betriebssystem, wobei der Zugriff üblicherweise über Protokolle wie iSCSI, Fibre Channel oder Fibre Channel over Ethernet erfolgt. Blockspeicher eignet sich besonders für leistungsstarke, unternehmenskritische Anwendungen, die eine konsistente Ein-/Ausgabeleistung und geringe Latenzzeiten erfordern. Er wird häufig in SAN-Umgebungen (Storage Area Network) anstelle von Dateispeichern (File Storage) eingesetzt. Angesichts der wichtigen Rolle von Blockspeicher in vielen Unternehmensanwendungen offerieren einige Cloud-Anbieter zusätzlich zu ihren Objektspeicherdiensten auch Blockspeicherdienste an. Bekannte Cloud-Blockdienste sind Amazon Elastic Block Store (EBS), Google Cloud Persistent Disks und Rackspace Cloud Block Storage.

Verwendung von Blockspeicher

Ursprünglich wurde Block Storage hauptsächlich lokal eingesetzt, um geschäftskritische und datenintensive Workloads zu unterstützen. Dies ändert sich jedoch zunehmend, da Unternehmen verstärkt auf Cloud-basierte Blockspeicherlösungen setzen, um ihre Workloads effizienter und flexibler zu unterstützen. Da Blockspeicher-Volumes wie einzelne Festplatten behandelt werden, eignet sich dieser Ansatz gut für eine Vielzahl von Anwendungen:

• E-Mail-Server: Systeme wie Microsoft Exchange nutzen Blockspeicher anstelle von datei- oder netzwerkbasierten Speichersystemen.
• RAID-Arrays: Durch die Kombination mehrerer unabhängiger Festplatten können Daten geschützt und die Leistung gesteigert werden. Die Fähigkeit von Blockspeicher, individuell kontrollierte Speicher-Volumes zu erstellen, macht ihn zu einer guten Wahl für RAID-Systeme.
• Virtualisierung: Anbieter wie VMware unterstützen Blockspeicherprotokolle, die die Migrationsleistung und Skalierbarkeit in VM-Dateisystemen verbessern können. Die Verwendung eines SAN für Blockspeicher vereinfacht auch die Verwaltung von VMs, da nicht standardisierte SCSI-Befehle geschrieben werden können.

Block- und Dateispeicher im Vergleich

Neben den Vorteilen von Blockspeicher gibt es auch Alternativen, die für bestimmte Unternehmen oder Anwendungen besser geeignet sein können. Beim Vergleich von Blockspeicher und Dateispeicher gibt es zwei Hauptoptionen: File Storage und Object Storage.

Bei der Wahl zwischen Block- und Dateispeicher müssen Unternehmen verschiedene Faktoren berücksichtigen. Blockspeicher bietet zwar Vorteile, aber es gibt Alternativen wie Dateispeicher und Objektspeicher, die für bestimmte Anwendungsfälle besser geeignet sein können. Dateispeicher zeichnet sich durch seine Einfachheit aus und kann in manchen Situationen die bessere Wahl gegenüber Blockspeicher sein. Obwohl Blockspeicher in der Regel komplexer und kostspieliger ist, bietet er mehr Flexibilität und höhere Leistung. Dateispeicher hingegen bietet einen zentralen, hochverfügbaren und kostengünstigeren Speicherort für Dateien. Durch die Verwendung von Metadaten und Verzeichnissen zur Organisation von Dateien eignet sich Dateispeicher besonders für Unternehmen, die große Datenmengen unkompliziert speichern möchten. Die einfache Bereitstellung macht Dateispeicher zu einer praktischen Lösung für Datensicherung und lokale Archivierung. Zudem wird er häufig für die gemeinsame Nutzung von Dateien innerhalb von Unternehmen eingesetzt. Allerdings kann die Einfachheit des Dateispeichers auch zum Nachteil werden. Trotz der hierarchischen Organisation wird das Durchsuchen des Speichers mit zunehmender Datenmenge schwieriger und zeitaufwändiger. In Fällen, wo Leistung oberste Priorität hat, sind Objekt- oder Blockspeicher dem Dateispeicher überlegen. Zusätzlich ist zu beachten, dass Dateispeichersysteme ab einem gewissen Punkt an ihre Grenzen stoßen können, was den Zugriff und die Verwaltung von Daten erschwert. Mit steigender Anzahl von Dateien, Ordnern und Verzeichnissen wird es zunehmend schwieriger, Informationen zu finden und darauf zuzugreifen, was sich negativ auf die Suchleistung und die Mitarbeiterproduktivität auswirken kann.

Einige Produkte, wie die 3PAR File Persona Software von Hewlett Packard Enterprise (HPE), kombinieren Datei- und Blockspeicher, um die Vorteile beider Technologien zu nutzen.

Block- und Objektspeicher im Vergleich

Im Gegensatz zur Aufteilung von Dateien in Rohdatenblöcke fasst Objektspeicher Daten als ein Objekt zusammen, das sowohl Daten als auch Metadaten enthält. Da Speicherblöcke keine Metadaten enthalten, kann Objektspeicher mehr Kontext zu den Daten liefern, was bei der Klassifizierung und Anpassung von Dateien hilfreich sein kann. Jedes Objekt hat außerdem eine eindeutige Kennung, die das Auffinden und Abrufen von Objekten im Speicher erleichtert. Blockspeicher sind erweiterbar, aber Objektspeicher sind leistungsfähiger in Bezug auf die Skalierbarkeit – die Skalierung einer Objektspeicherarchitektur erfordert lediglich das Hinzufügen von Knoten zum Speicher-Cluster.

Die Flexibilität und Skalierbarkeit von Objektspeicher mögen verlockend sein, aber einige Unternehmen priorisieren die Leistung und entscheiden sich für Datei- oder Blockspeicher. Während Blockspeicher die Bearbeitung inkrementeller Teile einer Datei ermöglicht, müssen Objektspeicher als eine Einheit bearbeitet werden. Wenn ein Teil eines Objekts bearbeitet werden muss, muss das gesamte Objekt aufgerufen, aktualisiert und neu geschrieben werden, was die Leistung beeinträchtigen kann. In Unternehmen werden sowohl Objekt- als auch Blockspeicher verwendet, wobei Objektspeicher häufiger in Szenarien mit großen Datenmengen zum Einsatz kommt, wie zum Beispiel bei der Speicherung großer Datenmengen und bei Backup-Archiven. Moderne Datenspeicherumgebungen wie die Cloud neigen daher eher zu objektbasierter Speicherung als zu Datei- und Blockspeicheroptionen. Die individuellen Bedürfnisse sind jedoch immer ausschlaggebend für die Wahl der Speicherform.

Anbieter von Blockspeicherlösungen

Neben HPE bieten zahlreiche andere Speicheranbieter Blockspeicherlösungen an. Zu den führenden Anbietern gehören Dell Technologies, Hitachi Vantara, IBM, NetApp und Pure Storage. Weitere wichtige Akteure sind Huawei, Infinidat, Nutanix, Oracle, Tintri und Western Digital. Die meisten großen Anbieter verfügen über mehrere Blockspeicherplattformen sowie über Unified Storage-Lösungen, bei denen Block- und Dateispeicher auf denselben Arrays laufen.

Im Cloud-Bereich bieten die großen Anbieter ebenfalls Blockspeicherlösungen an:

• Amazon Web Services (AWS) stellt mit Amazon EBS (Elastic Block Store) einen skalierbaren, persistenten Blockspeicher für Amazon EC2 bereit, der für verschiedene Workloads wie Big-Data-Analysen, NoSQL-Datenbanken und Data Warehousing konzipiert ist.
• Microsoft Azure bietet Azure Disk Storage als Blockspeicheroption an.
• Google Cloud Platform (GCP) stellt mit Persistent Disk eine leistungsfähige Blockspeicherlösung zur Verfügung.
• IBM Cloud und Alibaba Cloud haben ebenfalls Blockspeicherdienste in ihrem Portfolio.

Kleinere Cloud-Anbieter wie Akamai/Linode bieten auch Blockspeicherlösungen an, um wettbewerbsfähig zu bleiben.

Im Open-Source-Bereich ist OpenStack Block Storage (Cinder) nach wie vor eine wichtige Lösung. Cinder bietet grundlegende Speicherfunktionen wie Snapshot-Management und Replikation und wird von verschiedenen Anbietern wie IBM, NetApp, Red Hat und VMware unterstützt.

Es ist wichtig zu beachten, dass der Markt für Blockspeicher sich ständig weiterentwickelt. Neue Technologien wie NVMe (Non-Volatile Memory Express) und Storage Class Memory (SCM) beeinflussen die Leistung und Effizienz von Blockspeicherlösungen. Zudem gewinnen Software-defined Storage (SDS) und hyperkonvergente Infrastrukturen (HCI) an Bedeutung, was die Landschaft der Blockspeicheranbieter weiter verändert.

Warum Block Storage weiter an Bedeutung gewinnt

Block Storage gewinnt weiterhin an Bedeutung, und dies ist auf mehrere Faktoren zurückzuführen. Große Anbieter wie Dell und Amazon unterstützen Blockspeicherprodukte, was darauf hindeutet, dass diese Technologie in absehbarer Zukunft relevant bleiben wird. Obwohl der Einsatz von Block Storage sowohl Vor- als auch Nachteile mit sich bringt, können viele der negativen Aspekte oft auf Funktionen zurückgeführt werden, die besser von anderen Speichersystemen bereitgestellt werden. Die Anforderungen an Speicherlösungen variieren von Unternehmen zu Unternehmen; während Datei- oder Objektspeicher in bestimmten Fällen besser geeignet sein können, ist Blockspeicher in anderen Situationen wahrscheinlich die richtige Wahl.

Ein wesentlicher Vorteil von Block Storage ist seine hohe Leistung, niedrige Latenz und hohe IOPS, was es ideal für datenintensive Workloads macht. Darüber hinaus bietet Block Storage Flexibilität, da es eine Vielzahl von Anwendungen unterstützt – von Datenbanken bis hin zu virtuellen Maschinen (VM) – und sich nahtlos an wachsende Speicherbedürfnisse anpassen lässt. In einer zunehmend Cloud-basierten Welt ist Blockspeicher ein gängiger Partner für Cloud Computing, da er von großen Cloud-Anbietern wie Amazon (EBS), Microsoft Azure und Google Cloud Platform angeboten wird.

Trotz der Vorteile gibt es auch Herausforderungen. Der Hauptnachteil von SAN-Umgebungen, in denen Blockspeichersysteme am häufigsten zu finden sind, sind die Kosten und die Komplexität, die mit dem Aufbau und der Verwaltung dieser Umgebungen verbunden sind. Solange Unternehmen jedoch bereit sind, diese Hindernisse zu überwinden, bleiben SAN-Umgebungen eine praktikable Option. Moderne Technologien wie NVMe und Storage Class Memory verbessern die Leistung und Effizienz von Block-Storage-Lösungen weiter.

Zusätzlich bieten viele Anbieter heute integrierte Lösungen an, die Block-, File- und Objekt-Storage kombinieren, was die Flexibilität erhöht und den unterschiedlichen Anforderungen der Kunden gerecht wird. Fortschrittliche Sicherheitsfunktionen wie Verschlüsselung und Authentifizierung machen Block Storage zudem zu einer sicheren Option für Unternehmen. Mit der Verfügbarkeit virtueller und konvergierter SAN-Optionen auf dem Markt wird erwartet, dass SAN-Arrays – und damit auch Blockspeicher – weiter wachsen und die Anforderungen der Kunden erfüllen.