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Wie unterscheiden sich Object Storages von File Storages?

Im Data- und Analytics-Kontext werden immer öfter Objects Storages für die initiale Speicherung (Ingest Layer) von Rohdaten und unstrukturierten Daten verwendet, wie Data Lakes, Staging Areas oder Raw Data Vaults. Sie scheinen so langsam bisherige File-Storage-Lösungen zu verdrängen. Speziell in Cloud-Plattformen entwickeln sich Objects Storages zu einer Schlüsseltechnologie für verschiedene Einsatzszenarien. Doch wo und wie unterscheiden sich Object Storages von File Storages? In diesem Artikel will ich diese Frage beantworten und in einer erweiterten Betrachtung auch Block Storages miteinbeziehen. Weiter will ich aufzeigen, wozu sich welcher Storage-Typ eignet.

Zuerst vorneweg: Alle diese Storages sind keine Datenbanken und haben auch nicht den Anspruch diese zu verdrängen. Kein einziger Hersteller ist in der Lage, das ACID-Prinzip zu erfüllen, das als Grundanforderung für Datenbank-Transaktionen gilt. Das Akronym ACID steht für:

  • Atomacy: Eine Transaktion wird immer ganz ausgeführt. Beispielsweise darf ein Insert eines Datensatzes nicht nur bruchstückhaft erfolgen.
  • Consistency: Zu Beginn und am Ende einer Transaktion ist die Datenbank in einem konsistenten Zustand. Das heißt, die Datenbank zeigt immer einen gültigen Zustand an.
  • Isolation: Bei der parallelen Verarbeitung von Transaktionen dürfen sich diese nicht gegenseitig behindern.
  • Durability: Die Speicherung muss langzeitig erfolgen.

Das für Transaktionen gültige ACID-Prinzip von Datenbanken ist ein elementarer Unterschied zu den Storages. Kein einziger dieser Storages kennt Transaktionen, sondern jeweils in Blöcken, Files oder Objekten.

Block Storages

Wie unterscheiden sich Object Storages von File Storages?

Block Storages speichern Datenblöcke auf physische Speichermedien wie z. B. Festplatten. Es ist somit eine hardware-nahe, performante Speicherform, die sich einzig um Speicherung kümmert.

Alle höheren Aufgaben der Zugriffsverwaltung werden üblicherweise durch das Betriebssystem, meist durch SCSI- oder SATA-Befehle übernommen – beispielsweise bei der gemeinsamen Nutzung (Sharing) oder Security. In üblichen Analytics-Anwendungen kommt der Nutzer nicht mit Block Storages in Berührung, auch wenn schlussendlich seine Daten auf physischen Medien in Blöcken gespeichert werden.

Block Storages werden auch auf der Ebene des physischen Speichermediums von Datenbanksystemen genutzt.

File Storages

Wie unterscheiden sich Object Storages von File Storages?

File Storages speichern Daten in Ordner-Hierarchien. Die Navigation erfolgt entlang der Filepfade anhand von Dateisystem-Befehlen direkt aus den Applikationen wie das NFS-Protokoll. Der Dateipfad und der Filename müssen der Applikation bekannt sein.

File Storages eignen sich vorzugweise für die Speicherung von Dateien beliebiger Formate in gemeinsamen Netzwerken. Die Verwaltung erfolgt entweder direkt durch das Betriebssystem (File System) oder indirekt durch Applikationen (wie Dokumenten-Management-Systeme, etc.).

File Storages können nahezu unbeschränkt horizontal skalieren, indem einfach weitere Nodes angefügt werden. Die einzige theoretische Beschränkung ist die Namenskonvention.

Object Storages

Wie unterscheiden sich Object Storages von File Storages?
Object Storages speichern Daten und Metadaten getrennt, wobei die freie Definition von Metadaten möglich ist. Die physische Speicherung erfolgt mittels einer eindeutigen Kennung in einem flachen Adressraum. Für die Navigation muss die physische Struktur nicht bekannt sein. Object Storages ermöglichen einen schnelleren Zugriff als File Storages, da die Navigation entlang der Ordner-Struktur entfällt. Der Zugriff erfolgt über REST-APIs oder SOAP via http.

Da sie keine direkten Updates durchführen können, eignen sie sich vor allem für die Verwaltung von statischen Daten in verteilten Infrastrukturen. Sie kennen nur folgende Befehle:

  • PUT: Erstellen eines Objekts
  • GET: Lesen eines Objekts
  • LIST: Auflisten aller Objekte
  • DELETE: Löschen eines Objekts

Object Storages skalieren ebenfalls horizontal.

Vergleich

Object StorageFile StorageBlock Storage
EigenschaftenGetrennte Speicherung von Objekten und Metadaten, inkl. frei definierten MetadatenSpeicherung von beliebigen Daten in gemeinsamen NetzwerkenHardwarenahe Speicherung in Blöcken
Einsatzzweck und Use CasesRelativ statische Dateien in
– Data Lakes
– Raw Data Vault
– Persistente Staging Areas in einer modernen Data-Warehouse-Architektur
– Backups
– Archive
Unternehmensweite Filesysteme für verschiedene Anwendung wie shared disksPhysische Speicherung auf Disks
SpeicherformFlacher AdressraumHierarchische Ordner-StrukturenPhysische Blöcke des Speichermediums
Zugriffsart und NavigationZugriff via Object-ID
REST und SOAP via HTTP
Kennt keine Updates
Navigation anhand der Ordnerstruktur
Protokolle: CIFS oder NFS
Zugriffsverwaltung erfolgt durch das Betriebssystem
Protokolle SATA, SCSI
SkalierungHorizontale Skalierung durch das Hinzufügen weiterer NodesHorizontale Skalierung durch das Hinzufügen weiterer Nodes
Stärken– Beliebig skalierbar in verteilten Infrastrukturen wie der Cloud
– Performantes Speichern, Lesen und Löschen von statischen Dateien
– Gemeinsame Nutzung von Dateien innerhalb eines Netzwerkes– Hohe Performance
Schwächen– Schlecht geeignet für häufige Änderungen von Dateien– übergreifende Nutzung über mehrere Rechenzentren oder Netzwerk-Domänen
– bei komplexen Ordnerstrukturen
– Einfache Datenmanagement-Aufgaben müssen getrennt durch das Betriebssystem übernommen werden
– Skalierung begrenzt durch physische Speichermedien
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Lösungen

Die nachfolgende Liste enthält beispielhaft einige Lösungen von ausgewählten Herstellern, ohne Anspruch auf Vollständigkeit und Marktrelevanz. Zwei Dinge fallen auf. Erstens: Die Hersteller sind eher pragmatisch bei der Produktbezeichnung vorgegangen und verwenden vielfach nur den Storage-Typ als Namen, während sie bei anderen Produkten kreativer waren. Ob dies so bleiben wird oder demnächst ein munteres Rebranding beginnt, bleibt abzuwarten. Und zweitens sind es mehrheitlich cloudbasierte Lösungen.

HerstellerObject StorageFile StorageBlock Storage
AmazonS3 Cloud StorageElastic File SystemElastic Block Store
MicrosoftBLOB StorageFile StorageDisk Storage
GoogleCloud StorageFilestore
AlibabaObject Storage ServiceApsara File Storage NASElastic Block Storage
Red HatCEPH StorageGluster Storage
ApacheHadoop distributed files System (HDFS)
DellElastic Cloud Storage
LinodeLinode Object StorageLinode Block Storage
Pure Storag– FlashArray//X
-FlashArray/CC
– FlashBlade

Gerne beraten wir Sie bei der Auswahl der für Sie am besten geeigneten Speicher- und Datenbanklösung für Ihre Daten- und Analytics-Infrastruktur, oder bei der Bestimmung der benötigten Architektur. Kommen Sie einfach auf uns zu.

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Ein Beitrag von:

Herbert Stauffer
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