Ein verteiltes Dateisystem (Distributed File System, DFS) ist ein System zur Datenspeicherung und -verwaltung, das es Nutzern oder Anwendungen ermöglicht, auf Dateien wie PDFs, Word-Dokumente, Bilder, Videos, Audiodateien usw. von einem gemeinsam genutzten Speicherplatz auf einem oder mehreren vernetzten Servern zuzugreifen. Durch die gemeinsame Nutzung und Speicherung von Daten in einem Cluster von Servern ermöglicht ein DFS vielen Anwendern die gemeinsame Nutzung von Speicherressourcen und Datendateien auf vielen Geräten.
Für welche Anwendungsfälle eignet sich ein Distributed File System (DFS)?
Es gibt zwei Hauptgründe, warum ein Unternehmen ein DFS nutzen sollte:
- Um Daten dauerhaft auf sekundären Speichermedien zu speichern
- Um Informationen einfach, effizient und sicher zwischen Benutzern und Anwendungen zu teilen
Als Subsystem des Betriebssystems des Computers werden von einem DFS Dateien verwaltet, organisiert, gespeichert, geschützt, abgerufen und freigegeben. Anwendungen oder Benutzer können Datendateien im System genauso speichern oder darauf zugreifen wie auf eine lokale Datei. Von ihren Computern oder Smartphones aus können die Anwender alle freigegebenen Ordner des DFS als einen einzigen Pfad sehen, der in einer baumartigen Struktur zu den auf mehreren Servern gespeicherten Dateien verzweigt.
Ein DFS hat zwei entscheidende Komponenten:
- Standorttransparenz – das bedeutet, dass die Nutzer einen einzigen Namensraum für alle Dateien sehen, unabhängig davon, welchen Computer sie für den Zugriff oder die Speicherung der Dateien verwenden. Die Anwender können nicht erkennen, wo die Datei ursprünglich gespeichert wurde und können die Dateien innerhalb der Ordner nach Bedarf verschieben, ohne den Pfadnamen ändern zu müssen.
- Redundanz – durch eine Dateireplikationsfunktion verteilt ein DFS Kopien einer Datei auf die Nodes des Clusters, wodurch die Daten auch bei einem Serverausfall hochverfügbar bleiben.
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Wie funktioniert ein Distributed File System (DFS)?
Bei einem DFS werden Bildschirmarbeitsplätze und Server miteinander vernetzt, um ein paralleles Dateisystem mit einem Cluster von Speichernodes zu schaffen. Das System ist unter einem einzigen Namensraum und Speicherpool zusammengefasst und kann einen schnellen Datenzugriff über mehrere Hosts oder Server gleichzeitig ermöglichen.
Die Daten selbst können sich auf einer Vielzahl von Speichergeräten oder -systemen befinden, von Festplattenlaufwerken (HDDs) über Solid State Drives (SSDs) bis hin zur Public Cloud. Unabhängig davon, wo die Daten gespeichert werden, kann das DFS entweder als eigenständiger (oder unabhängiger) Namensraum mit nur einem Hostserver oder als domainbasierter Namensraum mit mehreren Hostservern eingerichtet werden.
Wenn ein Benutzer auf einen Dateinamen klickt, um auf diese Daten zuzugreifen, prüft das DFS mehrere Server, je nachdem, wo sich der Benutzer befindet, und stellt dann die erste verfügbare Kopie der Datei in dieser Servergruppe bereit. So wird verhindert, dass einer der Server überlastet wird, wenn viele Anwender auf die Dateien zugreifen, und die Daten bleiben auch bei einer Störung oder einem Ausfall des Servers verfügbar.
Durch die DFS-Dateireplikation werden alle Änderungen an einer Datei auf alle Instanzen dieser Datei auf den Servernode kopiert.
Features eines Distributed File Systems
Es gibt viele DFS-Lösungen, die Unternehmen dabei helfen sollen, ihre Dateien zu verwalten, zu organisieren und darauf zuzugreifen, aber die meisten dieser Lösungen bieten die folgenden Features:
- Zugriffstransparenz – Anwender greifen auf Dateien so zu, als ob sie lokal auf ihren eigenen Bildschirmarbeitsplätzen gespeichert wären
- Standorttransparenz – die Host-Rechner müssen nicht wissen, wo sich die Dateidaten tatsächlich befinden, da das DFS dies verwaltet
- Dateisperren – das System sperrt Dateien, die standortübergreifend verwendet werden, um zu verhindern, dass zwei Benutzer von verschiedenen Standorten aus gleichzeitig Änderungen an derselben Datei vornehmen
- Verschlüsselung für Daten bei der Übertragung – das DFS schützt Daten, indem es sie verschlüsselt, während sie sich durch das System bewegen
- Unterstützung für mehrere Protokolle – Hosts können über eine Reihe von Protokollen auf Dateien zugreifen, z. B. Server Message Block (SMB), Network File System (NFS) und Portable Operating System Interface (POSIX), um nur einige zu nennen
Was sind die Vorteile eines Distributed File Systems?
Der größte Vorteil eines Distributed File Systems ist, dass Menschen von vielen Orten aus auf dieselben Daten zugreifen können. Außerdem macht es den Informationsaustausch über verschiedene Regionen hinweg einfach und äußerst effizient. Ein DFS macht das Kopieren von Dateien von einem Standort zum anderen oder das Verschieben von Ordnern überflüssig – all das kostet Zeit und Mühe, die besser an anderer Stelle investiert werden.
Zu den weiteren Vorteilen und Vorzügen gehören:
- Belastbarkeit der Daten – da die Dateien an mehr als einem Ort gespeichert sind, bedeutet ein Serverausfall keine Katastrophe
- Netzwerkeffizienz – schwere Workloads verlangsamen das System nicht, da das DFS Daten vom nächsten verfügbaren Node abrufen kann
- Zugriff auf die neuesten Informationen – Änderungen, die an gemeinsam genutzten Ordnern oder Dateien vorgenommen werden, sind für jeden, der das DFS nutzt, sofort sichtbar und verfügbar
- Einfache Skalierbarkeit – Die Erweiterung des Systems bedeutet einfach das Hinzufügen weiterer Nodes ........Hohe Zuverlässigkeit – Datenverluste werden durch die Replizierung von Dateien über mehrere Hosts hinweg zu einem viel geringeren Problem
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Was ist der Unterschied zwischen Distributed File Systems und Objektspeicher?
Ähnlich wie ein DFS speichert auch der Objektspeicher Informationen über viele Nodes eines Clusters hinweg und ermöglicht so einen schnellen, stabilen und effizienten Zugriff auf die Daten. Sie eliminieren beide den potenziellen „Single Point of Failure“. Aber sie sind nicht dasselbe.
DFS und Objektspeicher unterscheiden sich in vielerlei Hinsicht, unter anderem:
- Struktur – Anstatt Datendateien in einer hierarchischen Struktur zu speichern, wie es beim DFS der Fall ist, besteht der Objektspeicher aus flachen Buckets von Objekten.
- API – wie bereits erwähnt, unterstützt ein DFS herkömmliche Dateisystemprotokolle, sodass es mit fast jeder Anwendung funktioniert. Für den Objektspeicher ist die REST-API (Representational State Transfer API) erforderlich, die für den Einsatz im Web entwickelt wurde, da sie auf HTTP-Anfragen für den Zugriff und die Nutzung von Daten beruht. Es gibt zwei Spezifikationen, mit denen Anwendungen auf Objektspeicher zugreifen können – die von Amazon entwickelte S3-Spezifikation und die von RedHat entwickelte Openshift Swift API.
- Änderungsmethode – ein DFS ermöglicht es den Anwendern, Änderungen oder „Schreibvorgänge“ an jeder beliebigen Stelle einer Datei vorzunehmen. Um eine Änderung im Objektspeicher vorzunehmen, müssen die Nutzer ein Objekt komplett ersetzen.
Distributed File System-Beispiele und Anwendungsfälle
Wenn es darum geht, eine DFS-Lösung zu finden, gibt es viele Möglichkeiten. Diese reichen von kostenloser Open-Source-Software wie Ceph und Hadoop DFS über Fernzugriffsoptionen wie AWS S3 und Microsoft Azure bis hin zu proprietären Lösungen wie Nutanix Files und Nutanix Objects.
Die Eigenschaften eines DFS machen es ideal für eine Reihe von Anwendungsfällen, vor allem, weil es besonders gut für Workloads geeignet ist, die umfangreiche, zufällige Lese- und Schreibvorgänge und datenintensive Jobs im Allgemeinen erfordern. Dazu können komplexe Computersimulationen, Hochleistungsrechner, Protokollverarbeitung und maschinelles Lernen (Künstliche Intelligenz, KI) gehören.
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