Block, File und Object Storage: Einsatzoptionen im Vergleich

Blockspeicher

Beim Block Storage werden die Speichermedien in eine Reihe von gleich großen Speicherblöcken unterteilt. Diese Blöcke können je nach Speicherhardware zwischen einigen Kilobytes und einigen Megabytes groß sein.

Die Blockspeicherung ermöglicht eine genaue Kontrolle über den Speicherort der Festplatte. Daher eignet er sich ideal für Datenbanken und andere Anwendungen, die eine granulare Steuerung der Speichervorgänge erfordern. Einige VM-Instanzen und HPC-Umgebungen können ebenfalls von der Verwendung von Blockspeicher profitieren.

Viele moderne Dateisysteme, wie zum Beispiel NT-Dateisysteme (NTFS), arbeiten durch Überlagerung eines Dateisystems mit Blockspeicher. Daher verlassen sich viele Backup-Anwendungen auf die Verfolgung von Blockänderungen. Wie der Name schon sagt, werden bei der Blockverfolgung neu erstellte oder kürzlich geänderte Speicherblöcke gesichert, im Gegensatz zur Sicherung von Daten auf Dateiebene.

Nachteilig ist, dass Blockspeicher nur begrenzte Unterstützung für die Speicherung von Metadaten bietet. Außerdem ist sie aufgrund der Art und Weise, wie das Dateisystem mit den Speichermedien interagiert, und aufgrund der möglichen Fragmentierung der Dateien ineffizient.

File Storage

Einfach erklärt ist File Storage ein System, in dem Daten in einer Sammlung von Dateien und Ordnern organisiert werden. Dateispeicher und Blockspeicher überschneiden sich in gewissem Maße, da Dateisysteme oft mit dem zugrunde liegenden Blockspeicher verbunden sind. Einige Anwendungen können jedoch direkt auf Blockspeicher zugreifen, ohne dass ein Dateisystem erforderlich ist.

Während einige Dateispeicherumgebungen ausschließlich für den lokalen Gebrauch bestimmt sind, sind moderne Dateispeichersysteme in der Regel über das Netzwerk zugänglich. Windows-Umgebungen ermöglichen beispielsweise den Zugriff auf Netzwerkdateispeicher (NAS) über das SMB-Protokoll. Ebenso verwenden Linux-Umgebungen das NFS-Protokoll. Im Gegensatz dazu verwendet ein System oder eine Anwendung, die direkt auf Blockspeicher zugreifen muss, im Gegensatz zu einem Dateisystem ein Protokoll auf niedrigerer Ebene wie iSCSI oder Fibre Channel.

Dateispeicher sind bekannt und einfach zu verwenden. Er ist außerdem vielseitig, mit einer Vielzahl von Betriebssystemen kompatibel und unterstützt den gemeinsamen Zugriff auf Dateien.

Leistung und mangelnde Skalierbarkeit sind mögliche Nachteile. Leistungsengpässe treten in der Regel beim Lesen oder Schreiben großer Dateien auf oder in Situationen, in denen mehrere Benutzer eine große Anzahl von IOPS erzeugen. Außerdem kann es schwierig sein, den Dateispeicher richtig abzusichern.

Objektspeicher

Oberflächlich betrachtet scheinen sich Objektspeicher der Dateispeicher zu ähneln, da beide zum Speichern von Dateien und Ordnern verwendet werden. Objektspeicher funktionieren jedoch anders.

Objektspeicher ist eine nichthierarchische Speicherumgebung, in der Dateien und Ordner als Objekte gespeichert werden. Diese Objekte werden durch einen eindeutigen Bezeichner (Unique Identifier) referenziert, so dass ein Objektspeichersystem eine nahezu unbegrenzte Anzahl von Objekten aufnehmen kann. Jedes Objekt ist in sich geschlossen, das heißt eine Datei, ihre Metadaten und die Objektspeicherkennung werden als Teil des Objekts gespeichert.

Der Hauptvorteil des Objektspeichers ist seine Skalierbarkeit. Weitere Vorteile sind die umfangreiche Unterstützung von Metadaten und die einfache Erstellung redundanter Datenkopien, was die Haltbarkeit der Daten und den Datenzugriff über verschiedene Regionen hinweg erleichtern kann.

Die Benutzer können nicht direkt auf die Daten zugreifen, sondern müssen sie über eine API abrufen, in der Regel über das HTTPS-Protokoll. Es kann schwierig sein, Daten von einem Objektspeicher auf andere Speichertypen zu migrieren. Darüber hinaus ist der Zugriff auf Cloud-basierten Objektspeicher oft mit Kosten verbunden.

Hauptunterschiede zwischen Block-, Datei- und Objektspeicher

Der Speicherzugriff ist bei den drei Typen unterschiedlich. Der Zugriff auf Objektspeicher erfolgt programmatisch über API-Aufrufe. Im Allgemeinen erfolgt der Zugriff auf den Dateispeicher über eine Dateifreigabe (File Share) unter Verwendung von Protokollen wie SMB oder NFS. Direkter Zugriff auf Blockspeicher erfolgt über iSCSI oder Fibre Channel.

Die Menge der Metadaten, die Benutzer speichern können, ist ein wesentlicher Unterschied beim Vergleich von Block-, Datei- und Objektspeicher. Objektspeicher können so viele Metadaten wie nötig speichern. Datei- und Blockspeicher haben nur begrenzte Möglichkeiten zur Speicherung von Metadaten.

Die Speichertypen unterscheiden sich in ihren Leistungsmerkmalen. Blockspeicher haben in der Regel die geringste Latenzzeit und den geringsten Overhead. Die Dateispeicherung basiert oft auf Blockspeicher, aber das Dateisystem und die Zugriffsprotokolle fügen zusätzlichen Overhead hinzu, der die Leistung beeinträchtigt. Objektspeicher können leicht skaliert werden, um die Leistungsanforderungen zu erfüllen, aber die Latenz kann sie verschlechtern.

Auch die Datenredundanz ist unterschiedlich. Blockspeicher und Dateispeicher unterstützen Redundanz durch Technologien wie RAID oder Erasure Coding. Objektspeicher verfügen über integrierte Redundanzfunktionen und erleichtern Unternehmen die Replikation ihrer Daten in andere Regionen.

Welchen Speicher sollte ich verwenden?

Es ist am besten, die Auswahl des Speichertyps an den Anforderungen der Arbeitslast auszurichten.

Objektspeicher eignen sich am besten für Situationen, in denen massive Skalierbarkeit wichtig ist. Blockspeicher eignen sich am besten für Datenbanken oder andere Anwendungen, die einen direkten Speicherzugriff erfordern. Dateispeicher sind ideal für die einfache Sicherung unstrukturierter Daten.