Unterstützte Speichertechnologien

BitLocker ist eine proprietäre Funktion der vollständiger Festplattenverschlüsselung von Microsoft, die in bestimmten Editionen von Windows ab Windows Vista sowie in Windows Server 2008 und höher verfügbar ist. BitLocker bietet Verschlüsselung für gesamte Volumen und schützt den Inhalt eines Laufwerks, indem der einen AES-Verschlüsselungsalgorithmus (Advanced Encryption Standard) mit einem 128-Bit- oder 256-Bit-Schlüssel anwendet, um es unlesbar zu machen, wenn das System offline ist, und den unbefugten Zugriff zu verhindern. Eine Hardwarekomponente, mit der BitLocker zusammenarbeitet, wird als Trusted Platform Module (TPM) bezeichnet – ein spezieller Sicherheitschip auf dem Motherboard, der in den meisten neueren Computern installiert ist und den BitLocker-Wiederherstellungsschlüssel speichert.

APFS-Dateisystem von Apple, das in macOS High Sierra und später verwendet wird, bietet native Verschlüsselungsunterstützung, sodass Daten direkt auf Dateisystemebene verschlüsselt werden können, anstatt ein Volumen mithilfe von Core Storage in eine zusätzliche logische Schicht zu packen und auf Blockebene zu verschlüsseln, wie in früheren Versionen von macOS mit HFS+. APFS-Volumen werden mithilfe eines AES-Verschlüsselungsalgorithmus (Advanced Encryption Standard) im XTS-Modus mit einem 128-Bit-Schlüssel verschlüsselt.

Datendeduplizierung ist die seit Windows Server 2012 verfügbare Funktion zur Verbesserung der Speichereffizienz. Ihr Zweck besteht darin, doppelte Daten zu finden und zu entfernen, sodass der Benutzer mehr Informationen in weniger physischem Raum speichern kann. Wenn aktiviert, durchsucht der Deduplizierungsmechanismus regelmäßig den Inhalt eines Volumens auf der Suche nach wiederholten Datenblöcken. Dabei wird nur eine Kopie in eine Datei im Ordner Chunkstore unter System Volume Information gestellt und die Metadaten der Datei werden mit einem Zeiger auf diese einmalige Kopie, der als ein Reparaturpunkt bezeichnet wird, aktualisiert. Diese Funktion ist für NTFS- und ReFS-Volumen verfügbar.

Einige Hardware-/Betriebssysteme erstellen automatisch zusätzliche Partitionen auf einer Festplatte, die Dienstinformationen enthalten. Solche Partitionen sind erforderlich, damit das System ordnungsgemäß funktioniert, und speichern keine Benutzerdaten. Dazu gehören:

• Die Swap-Partition wird normalerweise von Linux erstellt und zur Erweiterung des Arbeitsspeichers für Aufgaben mit hohem Ressourcenbedarf verwendet. Wenn der Speicher voll ist, kann der Speicherplatz dieser Partition für die Ausführung zusätzlicher Anwendungen zugewiesen werden.
• Die GPT-Partition speichert eine Kopie der Informationen, die sich auf die Art und Weise der Partitionierung des Laufwerks beziehen, z. B. wo Partitionen beginnen/enden und welche davon bootfähig sind. Solche Partition befindet sich auf Laufwerken, die das GPT-Partitionierungssystem (GUID Partition Table) verwenden.
• Die Boot-Partition ist eine Festplattenpartition, die spezielle Konfigurationsdateien mit Code enthält, der zum Starten des Betriebssystems erforderlich ist, oder reservierten Speicherplatz für den Systemstart.

Core Storage ist ein Format von logischen Volumen, das von Apple in macOS 10.7 (Lion) eingeführt wurde. Dies war die Grundlage für FileVault 2 und Fusion Drive bis zu macOS 10.13 (High Sierra) – falls eine dieser Funktionen aktiviert ist, wird ein Core Storage-Volumen standardmäßig erstellt.

Diese Technologie dient als Schicht zwischen dem Festplattenpartitionierungsschema und dem Dateisystem und fasst im Wesentlichen ein oder mehrere physische Datenträger (tatsächliche Speichergeräte) in einer Logical Volume Group zusammen, die einen oder mehrere Logical Volumes enthalten kann. Im Gegensatz zu herkömmlichen LVMs unterstützt Core Storage jedoch nicht Thin Provisioning, dynamische Volumen-Erweiterung oder Redundanz, und seine Verwendung beschränkt sich eher auf die Implementierung von Festplattenverschlüsselung und „Hybrid“-Speicher in Mac.

Linux Unified Key Setup oder LUKS ist ein Standard, der von Linux und anderen Plattformen zur Implementierung der vollständigen Festplattenverschlüsselung auf verschiedenen Blockgeräten verwendet wird. Basierend auf dem Device-Mapper-Subsystem und dem dm-crypt-Modul des Kernels unterstützt LUKS eine Vielzahl von Verschlüsselungsmethoden wie AES, BlowFish, TwoFish und viele andere, die in verschiedenen Verkettungsmodi angewendet werden können. Das Format bietet die Möglichkeit, mehrere Schlüssel für den Zugriff auf die verschlüsselten Daten zu erstellen und diese Schlüssel zu manipulieren.

LVM steht für Logical Volume Manager und ist eine Linux-Speicherverwaltungstechnologie, die mehr Verwaltungsflexibilität im Vergleich zur traditionellen Methode der Festplattenpartitionierung bietet. Mithilfe des Device-Mapper-Frameworks kombiniert LVM vorhandene Speichergeräte in logischen Gruppen, die als Pools von Speicherplatz dienen, der zur dynamischen Zuweisung logischer Einheiten nach Bedarf verwendet wird. LVM bietet eine Vielzahl von erweiterten Funktionen, darunter Striping, Spiegelung, Momentaufnahmen und Thin Provisioning.

Thin Provisioning dient der kostengünstigen Zuweisung von Speicherplatz, sodass Administratoren logischen Datenträgern mehr Speicherkapazität, als im System tatsächlich vorhanden ist, zuweisen können. Jedes mit Thin Provisioning bereitgestellte logische Volumen ist an einen Speicherpool mit freiem Speicherplatz namens Thin-Pool gebunden, und erhält eine virtuelle Größe, die so groß wie der gesamte Pool selbst sein kann. Im Gegensatz zu Standard-Logical-Volumes, die Speicherblöcke bei der Erstellung reservieren, werden Blöcke in Thin-Volumes beim Schreiben zugewiesen.

HP EVA (Enterprise Virtual Array) ist eine Familie von Serverspeichersystemen, die von Hewlett-Packard seit 2002 für mittelständische und Unternehmenskunden freigegeben wurde. EVA-Speichereinheiten verlassen sich auf eine spezielle Technologie namens Vraid. Von 8 bis 240 Festplatten werden zu einer Disk Group zusammengefasst, in der eine Vdisk erstellt und auf alle Festplatten der Gruppe verteilt wird. Für jede Vdisk stehen vier Redundanzstufen zur Verfügung: Vraid 0 (Datenstreifen), Vraid 1 (Datenspiegelung), Vraid 5 (Datenstreifen mit einfacher Parität), Vraid 6 (Datenstreifen mit doppelter Parität). Eine einzelne Disk Group kann für mehrere V-Disks, die gleiche oder verschiedene Vraid-Ebenen haben, verwendet werden.

HP LeftHand (StoreVirtual) ist eine Produktfamilie von SAN-Speicherlösungen für Windows- und Linux-Servervirtualisierungsumgebungen, die von Hewlett-Packard bereitgestellt wird. LeftHand-Speichereinheiten verwenden eine spezielle Speichertechnologie, die als Network RAID bezeichnet wird. Network RAID ähnelt dem herkömmlichen RAID, wird jedoch auf Netzwerkspeichergeräten, die physische oder virtuelle SAN-Appliances sein können, im gesamten Netzwerk angewendet. Die Technologie bietet mehrere Datenschutzstufen, die festlegen, wie viele Kopien von Datenblöcken auf diesen Geräten im Netzwerk geschrieben werden: NR0 (Datenstreifen), NR10 (Zweiwege-Datenspiegelung und Datenstreifen), NR10+1 (Dreiwege-Datenspiegelung und Datenstreifen), NR10+2 (Vierwege-Datenspiegelung und Datenstreifen). Die NR5- und NR6-Optionen sind ebenfalls verfügbar (ähnlich wie bei RAID 5 und RAID 6), aber sie werden sehr selten verwendet. Auf einem LeftHand-Cluster können mehrere Volumen mit unterschiedlichen NetworkRAID-Stufen gleichzeitig vorhanden sein.

SANsymphony ist eine softwaredefinierte Speicherplattform für Unternehmen, die seit 2000 von DataCore ausgeliefert wird. Diese Speichervirtualisierungslösung ermöglicht das Pooling von Ressourcen verschiedener Speichergeräte, die über Fibre Channel, iSCSI oder direkt verbunden sind, und erstellt virtuelle Volumen aus diesem kombinierten Pool. Ein einzelnes virtuelles Volumen kann mehrere physische Festplatten enthalten oder einen Teil einer einzelnen Festplatte verbrauchen. Diese virtuellen Volumen können synchron oder asynchron gespiegelt werden, um den Datenschutz zu gewährleisten.

Bei Speicherplätze (Storage Spaces) handelt es sich um eine Funktion zur Speichervirtualisierung, die in Windows 8/8.1/10 und Windows Server 2012/2012 R2/2016 verfügbar ist. Sie bietet eine Möglichkeit zum einfachen Erstellen von softwaredefiniertem Speicher, indem mehrere physische Laufwerke in einem einzigen Speicherpool zusammengefasst und verwendet werden Kapazität zum Erstellen von virtuellen Festplatten, die als Speicherplätze bezeichnet werden. Ein Speicherplatz kann "thin" oder "thick" sein, erscheint Windows als regulärer Datenträger und kann ein oder mehrere logische Volumen enthalten. Für jeden Speicherplatz steht eine der vier Ausfallsicherheitstypen zur Verfügung: einfach (keine Ausfallsicherheit), Zwei-Wege-Spiegelung (zwei Kopien von Daten werden auf verschiedene Laufwerke geschrieben), Drei-Wege-Spiegelung (drei Kopien von Daten werden auf unterschiedliche Laufwerke geschrieben), Parität (ähnlich dem traditionellen RAID 5).

Drobo ist eine Serie von NAS- und DAS-Geräten mit mehreren Festplatten, die seit 2007 von Drobo Inc. entwickelt wurden. Eine Drobo-Einheit kann von 4 bis 12 Laufwerksschächte aufweisen, in die Antriebe mit unterschiedlichen Kapazitäten, Typen und Spindeldrehzahlen eingefügt werden können. Drobo DAS wird normalerweise vom Host-PC als gewöhnliches USB-Laufwerk erkannt und von dem vom Host-Computer definierten Dateisystem verwaltet. Eine hausorientierte Drobo NAS-Box gilt für ext3 und wird dem Betriebssystem als Netzwerkspeicher mit einem einzigen Volumen angeboten, im Gegensatz zu professionellen Modellen, die normalerweise die Möglichkeit bieten, den Speicher in mehrere Volumen oder Logical Unit Numbers (LUNs) aufzuteilen.

Um mehrere physische Festplatten in einem einzigen Speicher zu kombinieren und die Datensicherheit zu gewährleisten, verwendet Drobo eine proprietäre RAID-basierte Technologie namens BeyondRAID. BeyondRAID verwendet eine Kombination aus RAID 1 und RAID 5 für einzige Redundanz und eine Kombination aus Parität und Diagonalparität, um doppelte Redundanz zu erreichen, während der Schutzalgorithmus auf der Grundlage der Datenverfügbarkeitsanforderungen zum jeweiligen Zeitpunkt von BeyondRAID ausgewählt wird. RAID-Sets werden nicht über die gesamten Festplatten erstellt, sondern über die Bereiche von mehreren zehn Megabyte, die dann in Zonen zusammengefasst werden, aus denen die Zuordnung von Dateisystem-Clustern durchgeführt wird.

Zettabyte File System oder ZFS ist eine Kombination aus einem Dateisystem und einem Logical Volume Manager, die ursprünglich von Sun Microsystems für Solaris erstellt wurde und jetzt unter Linux und anderen UNIX-basierten Betriebssystemen verwendet wird, normalerweise für große Speicherumgebungen. Mit ZFS ist es möglich, alle verfügbaren Speichergeräte (lokale HDDs/SSDs, SANs, gemeinsam genutzte Geräte usw.), die als eine einzige Einheit verwaltet werden, zusammenzufassen und diesen Pool durch Hinzufügen weiterer Festplatten zu einem Live-System zu erweitern, um zusätzliche Kapazität zu erhalten. Ein ZFS-Volumen ist einfach ein ZFS-Dateisystem, das aus einem ZFS-Pool erstellt wurde. Solche Volumen können Simple, Mirror und RAID-Z sein. Ein Simple-ZFS-Volumen erstreckt sich über eine Reihe von Laufwerken in einem Pool und kann mit RAID 0 verglichen werden, jedoch mit Verhinderung der Dateibeschädigung und anderen Vorteilen von ZFS.

RAID-Z ist eine Fehlertoleranzoption, die vom ZFS-Dateisystem angeboten wird. Ein RAID-Z-Volumen wird in einem ZFS-Speicherpool erstellt, der aus mindestens drei Festplatten besteht. RAID-Z ähnelt einem softwarebasierten RAID 5 und verfügt über ein analoges Datenverteilungsschema (ein Stripe-Set mit einzelner verteilter Parität), es werden jedoch keine Streifen mit fester Breite verwendet: Jeder logische Block ist seine eigene Stripe-Breite und wird auf alle Geräte verteilt.

Für höheren Schutz stehen auch RAID-Z2 und RAID-Z3 zur Verfügung, mit denen das System den Ausfall von zwei oder sogar drei Festplatten aushalten kann.

Btrfs ist ein modernes Linux-Dateisystem, das unter anderem native RAID-Unterstützung bietet, dessen Verwaltung im Vergleich zu herkömmlichem Linux-Mdadm wesentlich flexibler ist. Btrfs-RAID erfordert keine vorläufigen Berechnungen der Festplattengröße oder -anzahl: Eine beliebige Anzahl von Festplatten beliebiger Größe kann an das Array angeschlossen werden, während das System die Daten automatisch entsprechend dem gewählten RAID-Level auf die Festplatten verteilt. Die verfügbaren RAID-Levels umfassen RAID 0, RAID 1, RAID 5, RAID 6 und RAID 10.

EqualLogic ist eine Reihe von iSCSI-basierten SAN- und NAS-Systemen, die von Dell für kleine und mittlere Unternehmen hergestellt werden. Je nach Modell verwendet das System möglicherweise Festplatten oder mischt diese mit SSDs in einem einzigen Array. Festplatten-Arrays, die als Mitglieder bezeichnet werden, können unterschiedlichen Typs sein (RAID 5, RAID 6, RAID 10, RAID 50, RAID 60) und werden in einer Gruppe von bis zu 16 organisiert. Ein einzelnes Mitglied besteht aus 16 bis 48 Laufwerke und kann in Pools segmentiert werden. Solche Pools enthalten Volumen, die über das Netzwerk dargestellt werden und von hosts virtueller Maschinen oder anderen Computern verwendet werden.

WD My Cloud Home ist eine Reihe von NAS-Produkten für Endverbraucher, die von Western Digital entwickelt wurden. Die Geräte sind sowohl als Einzellaufwerk- (My Cloud Home) als auch als Doppellaufwerk-Optionen (My Cloud Home Duo) erhältlich. Die Laufwerke der letzteren werden unter Verwendung der Spanning-, Striping- oder Mirroring-Technik zu einer einzigen logischen Einheit zusammengefasst. Der Speicher wird dem Endbenutzer als einzelnes freigegebenes Volumen dargestellt, der darauf über das Internet mithilfe einer webbasierten Oberfläche oder der zugehörigen Anwendungen für PC, Mac, Android oder iOS zugriffen kann. Obwohl Ext4 als Hauptdateisystem zum Speichern von Benutzerdaten auf WD My Cloud Home-Geräten verwendet wird, unterscheidet sich seine Implementierung in diesem Fall erheblich von der typischen Linux-Variante des Ext-Dateisystems. Die Dateinamen und Verzeichnisse auf WD My Cloud Home-Volumen werden vom System selbst definiert, während die vom Benutzer angegebenen Dateinamen über eine spezielle Datenbank mit ihnen verknüpft werden, in der auch die eindeutige ID für jede Datei und andere Metadaten, einschließlich der Informationen zur Platzierung der Datei in der Verzeichnishierarchie, gespeichert werden. Solche Datenbank ist wichtig, um die “technische” Struktur des Speichers in eine vom Benutzer verständliche Form zu bringen.