Virtuelle statt volle Festplatten

Das Storage-System von Windows 8 hat Microsoft neu gestaltet. Zwar wurde mit ReFS ein neues, modernes Dateisystem für Windows 8 entwickelt, es kommt aber nur im Windows-8-Server zum Einsatz. Stattdessen verwendet Windows 8 NTFS in einer überarbeiteten Version, die Ausfallzeiten reduzieren soll. Diese werden zumeist von Chkdsk verursacht, das Festplatten auf Fehler überprüft, bevor das Dateisystem eingehängt werden kann.

Unter Windows 8 kann NTFS mehr Probleme im laufenden Betrieb lösen, so dass Chkdsk nicht mehr so häufig beim Systemstart ausgeführt werden muss. Ein ähnliches Ziel verfolgt auch die Spot-Verifizierung. Sie soll bei Problemen feststellen, ob wirklich die Festplatte schuld ist oder nur ein Speicherfehler vorliegt. Sollte ein Problem mit der Festplatte vorliegen, versucht Windows 8 dieses zunächst im laufenden Betrieb zu korrigieren, und zwar dann, wenn das System gerade nichts anderes zu tun hat. Und muss ein Dateisystem doch für eine Reparatur offline genommen werden, so versucht Windows 8, die Downtime zu minimieren, indem sehr gezielte Reparaturen durchgeführt werden.

Große Festplatten

Zudem wurde Windows 8 konsequent auf Festplatten mit dem sogenannten Advanced Format (AF), also Festplatten mit 4K-Sektoren, optimiert. So kann Windows 8 nun problemlos mit Festplatten mit einer Kapazität von über 2,2 TByte umgehen.

Dazu gibt es unter anderem neue APIs, über die Applikationen besser die physische Sektorgröße einer Festplatte abfragen können, und Anpassungen am Dateisystem NTFS und dem von Microsoft Hypervisor verwendeten VHDx-Dateiformat. Zudem wurde der Boot-Code von Windows überarbeitet, so dass Windows 8 nun korrekt von nativen 4K-Festplatten booten kann.

Festplatten werden virtualisiert

Die größte Neuerung in Sachen Storage ist aber die Einführung einer Storage-Virtualisierung, nicht nur für Server, sondern auch für normale Desktopsysteme. Sogenannte Storage Pools fassen physische Festplatten zusammen und Storage Spaces stellen aus dem aggregierten Speicherplatz virtuelle Laufwerke zur Verfügung. Daten werden so über mehrere Laufwerke verteilt, wobei der Nutzer festlegen kann, wie die Daten gegen Ausfälle einzelner Platten gesichert werden sollen.

Storage Pools

Bei den Storage Pools, in denen mehrere physische Festplatten zusammengefasst werden, spielt es keine Rolle, wie die Platten angeschlossen sind, ob per USB, Sata oder SAS. Auch JBODs (Just a Bunch of Disks) werden unterstützt. Die Platten dürfen auch heterogen sein, also unterschiedliche Größen haben und über verschiedene Schnittstellen angebunden sein. Dabei kann ein Storage Pool theoretisch aus beliebig vielen Festplatten bestehen, die Architektur sieht laut Microsoft keine Begrenzung vor. Intern hat Microsoft Storage Pools mit mehreren Hundert Festplatten getestet - Konfigurationen, wie es sie in Rechenzentren gibt.

Einrichten der Storage-Virtualisierung unter Windows 8

Wird ein Laufwerk aber einem solchen Storage Pool zugewiesen, kann Windows 8 es nicht mehr direkt ansprechen und auch Windows 7 kann mit solchen Laufwerken nicht umgehen.

Storage Spaces

Aus einem solchen Storage Pool kann Windows 8 dann mehrere sogenannte Storage Spaces erzeugen. Diese verhalten sich aus Sicht des Nutzers wie ein normales Laufwerk. Das bedeutet, die virtuellen Laufwerke können partitioniert, formatiert und mit Daten bestückt werden.

Was vielleicht auf den ersten Blick unnötig kompliziert klingt, schafft eine mächtige Basis, um Funktionen umzusetzen, die mit direkt genutzten physischen Laufwerken nicht realisierbar sind. Dazu zählen beispielsweise Thin Provisioning für größere Flexibilität und Resiliency für mehr Datensicherheit.

Thin Provisioning

Thin Provisioning bedeutet: Storage Spaces können größer sein als der in einem Storage Pool verfügbare Speicherplatz. Das gilt sowohl für die Gesamtmenge des reservierten Speicherplatzes aller Spaces als auch für jeden einzelnen Storage Space. Es ist also kein Problem, zwei Storage Spaces mit 10 und 50 TByte einzurichten, auch wenn nur zwei Festplatten mit je 2 TByte zur Verfügung stehen. Droht der in einem Storage Pool wirklich zur Verfügung stehende freie Speicherplatz knapp zu werden, erhält der Nutzer vom jeweiligen Storage Space eine Benachrichtigung und kann dann weitere Festplatten hinzufügen.

Der für einen Storage Space reservierte Speicher kann zudem jederzeit erhöht werden. Eine Verringerung des reservierten Speicherplatzes ist hingegen nicht möglich. Werden aber Daten auf einem Storage Space gelöscht, wird der Speicherplatz auch wieder freigegeben, so dass er auch von anderen Spaces, die sich aus dem gleichen Storage Pool speisen, verwendet werden kann.

Resiliency

Für jeden Storage Space lässt sich über Attribute bestimmen, wie die virtuellen Laufwerke gegen den Ausfall einzelner Festplatten abgesichert werden sollen. Dabei lässt sich beispielsweise eine Spiegelung aktivieren, so dass sämtliche Daten auf mindestens zwei physischen Platten abgelegt werden. Auch eine doppelte Spiegelung lässt sich aktivieren, so dass alle Daten mindestens auf drei Platten abgelegt werden. Das aber setzt voraus, dass mindestens zwei oder drei Festplatten zur Verfügung stehen. Fällt eine Platte aus, sorgt Windows 8 automatisch dafür, dass die dort gespeicherten Daten auf ein sogenanntes "Hot Spare" verteilt werden oder, steht dieses nicht zur Verfügung, auf die anderen Platten, vorausgesetzt, es ist dort ausreichend freier Speicherplatz vorhanden.

Neben dem Mirroring unterstützt Windows 8 auch das Resiliency-Attribut "Parity". Ähnlich wie bei Raid 5 werden dabei nur Redundanzinformationen über die physischen Laufwerke verteilt. Das ermöglicht eine Datenwiederherstellung, sollte eine Platte ausfallen. Im Vergleich zur Spiegelung ("Mirroring") benötigt der Parity-basierte Ansatz weniger Speicherplatz, ist dafür aber mit höherem I/O-Overhead verbunden. So eignen sich Parity-Spaces vor allem zum Speichern großer Mediendaten wie Videos, deren Inhalt sich selten ändert und die in aller Regel sequenziell gelesen werden.

Der Ausfall von Festplatten soll so keinen Einfluss auf das laufende Windows-System beziehungsweise die darauf ausgeführte Software haben. Zudem können so einzelne Festplatten im laufenden Betrieb durch größere ausgetauscht werden.