Windows 8: Details zum Storage Space

Hier hatte ich ja bereits Anfang Dezember 2011 von einer als Storage Space bezeichneten Technik berichtet. Nun hat Steven Sinofsky im Windows Team Blog einen Artikel [3] zum Thema veröffentlicht und beschreibt die neue Windows 8-Funktion.

Eigentlich dachte ich, dass diese Funktion Windows 8 Server vorbehalten bleibt. Es handelt sich dabei um ein Feature, mit dem sich Festplatten zu virtuellen Speichereinheiten zusammenfassen lassen, so dass Inhalte fehlertolerant auf den Medien gespiegelt werden können. Sinofsky bestätigt nun, dass Windows 8 eine Funktion namens Storage Spaces beinhalten wird, die folgendes bietet:

• Festplattenlaufwerke können zu Speicherpools zusammengefasst werden. Der Speicherpool lässt sich durch Hinzufügen neuer Disks leicht erweitern. Festplatten dürfen dabei über USB, SATA (Serial ATA), oder SAS (Serial Attached SCSI) angeschlossen werden. Neu ist für mich, dass der Speicherpool Festplatten unterschiedlicher Kapazität beinhalten darf.
• Storages Spaces ermöglicht die Verwendung von als "Spaces" bezeichneten virtuellen Laufwerken, die sich wie physische Festplatten verhalten, aber mit neuen Features (Provisioning, Fehlertoleranz gegen Ausfall eines Datenträgers) aufwarten können.

Sinofsky erklärt dann, dass in Windows Home Server eine mittlerweile veralterte Drive Extender-Technology verwendete werde, Storage Spaces diese alte Drive Extender-Technologie aber nicht 1:1 ersetzen solle, aber viele der dort genutzten Funktionen abdecke. Storage Spaces kann dabei genau so gut auf einem einzelnen PC eines Heimanwenders als auch in großen Data-Centern von Firmen mit vielen Rechnern im Verbund eingesetzt werden.

Von Pools und Spaces

Die folgende, von Microsoft publizierte, Abbildung verdeutlicht das Konzept der Storage Pools. Mehrere Festplatten (hier 2 USB-Festplatten) werden für eine Benutzung in einem Pool aufgenommen. Diese Speichermedien werden komplett zum Pool hinzugeschlagen und sind nicht mehr separat durch Windows 8 nutzbar.

(Quelle: Microsoft)

Dieser Speicherpool kann anschließend zum Anlegen von einem oder mehreren Spaces (virtuellen Disks) genutzt werden. Die nachfolgende, von Microsoft publizierte, Abbildung verdeutlicht die Abbildung der realen Festplatte auf den Speicherpool und die Verwendung von Spaces als virtuelle Disks.

(Quelle: Microsoft)

Die im Pool angelegte virtuelle Disk lässt sich wie jedes reguläre Festplattenlaufwerk verwenden. Der Administrator kann die virtuelle Disk partitionieren, formatieren und zum Speichern freigeben. Die so erzeugten logischen Laufweke bzw. der Space weist aber einige interessante Eigenschaften auf.

• Die logische Speicherkapazität des Space wird gemäß obiger Skizze mit 10 TByte angegeben, obwohl die zugeordneten physischen Festplatten nur 4 TByte Kapazität aufweisen. Man braucht sich also theoretisch keinen Kopf mehr über ungenügend "freien Speicher" zu machen (jedenfalls nicht, solange die physisch vorhandenen Festplatten nicht voll sind).
• Zudem wird eine Art Fehlertoleranz (Resiliency) durch das mirrored-Attribut bereitgestellt. Dieses Attribut bewirkt, dass die Inhalt des Space immer durch Windows 8 auf mindestens zwei physische Laufwerke gespiegelt werden.  Fällt ein Laufwerk aus, kann immer noch auf die Daten zugegriffen werden.

Microsoft bezeichnet die Erweiterung der physikalischen Speicherkapazität (hier 4 TB) auf die genannten 10 TB, gespiegelten Speicher als thin provisioning. Diese Technik stellt sicher, dass die vorhandene Plattenkapazität nur bei Bedarf (z. B. beim Kopieren von Daten auf das virtuelle Laufwerk) für den Space verwendet wird. Vorher allokierte Speicherbereiche können beim Löschen von Dateien wieder freigegeben und im gleichen oder anderen Spaces des jeweiligen Pools neu verwendet werden. Hierzu setzt die Storage Spaces-Funktion auf die Treiber des unterlagerten (NTFS)-Dateisystems auf.

Speicherplatz ausbaubar

Dies ermöglicht den Speicher nach Bedarf auszubauen. Wird der freie Speicherplatz auf den physisch vorhandenen Laufwerken knapp, können neue Laufwerke per USB, SATA etc. zum Pool hinzugefügt werden. Storage Space kann dann die neuen Kapazitäten dem Pool zuordnen und so den Spaces wieder freien Speicher bereitstellen. Der Benutzer wird über eine Popup-Nachricht informiert, wenn der Speicher im Pool knapp wird und neue Festplatten hinzugefügt werden müssen.

(Quelle: Microsoft)

Obige Abbildung von Microsoft zeigt, dass zu den 4 TB weitere 12 TB hinzugefügt wurden. Das Wechseln von Festplatten mit Clonen der Daten sollte damit der Vergangenheit angehören. Vor allem wird das Ganze einfacher, da der Benutzer lediglich die gekauften Medien zum Pool hinzufügen muss – den Rest erledigt Windows 8 automatisch. Das Ganze funktioniert, bis die maximale Kapazität von 10 TByte erreicht ist. Diese maximale logische Kapazität lässt sich, nach Angaben von Microsoft, auch erhöhen.

Fehlertoleranz beim Festplattenspeicher

Die zweite (optionale) Kernfunktion von Storage Space ist die Möglichkeit zur fehlertoleranten Speicherung (Resilence). Wird die betreffende Option durch das mirrored-Attribut aktiviert, spiegelt Windows 8 die Daten immer auf mindestens zwei (optional 3) unterschiedlichen physikalischen Laufwerken des Speicherpools. Fällt ein physikalisches Laufwerk aus, können die Daten von den Spiegelplatten gelesen werden. Ein Konzept, welches auch bei RAID-Laufwerken zur Anwendung kommt. Bei Storage Space ist es aber so, dass die Spiegelung auf mehrere Platten den restlichen Windows-Komponenten komplett verborgen bleibt. Storage Space erledigt alle Aufgaben im Hintergrund und informiert den Administrator lediglich über den Ausfall einer physischen Festplatte. Gleichzeitig versucht Storage Space den Ausfall einer Festplatte zu kompensieren und die Daten auf andere Festplatten des Pools zu spiegeln. Dies funktioniert so lange, wie alternative Festplatten mit freier Kapazität im Pool verfügbar sind.

(Quelle: Microsoft)

Sinofsky geht dann im Blog noch auf einige Feinheiten von Storage Spaces im Bezug auf die Fehlertoleranz ein. In einem Q&A-Abschnitt werden auch die Dialogfelder zum Verwalten des Storage Space vorgestellt (siehe obige Abbildung). Unter dem Strich klingt die neue Funktion des Storage Space recht vielversprechend (wenn auch bisherige Windows-Versionen so etwas in Grundzügen über dynamische Festplatten realisieren konnten). Es bleibt nun abzuwarten, wie sich diese Funktion in der Windows 8 Beta verhält und ob diese auch in den Home-Versionen enthalten sein wird – die Ausführungen Sinofskys im Blog deuten so etwas indirekt an. Weitere Details lassen sich im Microsoft-Beitrag [3] nachlesen. Unter [2] hat auch heise.de einen Artikel zum Thema online gestellt, der noch einige Informationen enthält.

Links:
1: Windows 8 Storage Space und ReFS
2: Windows 8: Die Rückkehr des Drive Extenders
3: Virtualizing storage for scale, resiliency, and efficiency