Blockweise Speicherung Was ist ein Blockgerät?

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DataCore Software GmbH

Ein Blockgerät ist ein digitales Datenspeichergerät, das die Daten intern blockweise speichert und verwaltet. Die Datenblöcke haben eine feste Größe und können über eine jeweils eigene eindeutige Adresse angesprochen, gelesen und geschrieben werden. Bei den üblicherweise für Computer verwendeten Datenspeichergeräten wie Festplatten, SSDs oder USB-Flash-Laufwerken handelt es sich um Blockspeichergeräte.

Der englische Begriff für Blockgerät oder Blockspeichergerät lautet block device. Bei einem Blockgerät handelt es sich um ein digitales Datenspeichergerät, das die Daten in Blöcken fester Größe speichert und verwaltet. Die Datenblöcke stellen die kleinste vom Gerät adressierbare Dateneinheit dar und sind jeweils mit einer eigenen eindeutigen Adresse versehen. Über diese Adresse kann auf die Datenblöcke einzeln zugegriffen werden. Der Zugriff kann wahlfrei oder sequenziell erfolgen.

Durch diese blockbasierte Arbeitsweise mit direkter Ansteuerung der Datenblöcke erzielen die Datenspeichergeräte hohe Zugriffs- und Schreib-/Lesegeschwindigkeiten. Die Verwaltung der Metadaten ist im Vergleich zu Byte-adressierbaren Speicherzugriffen zudem deutlich effizienter. Die Fragmentierung lässt sich gut kontrollieren, und freier Speicherplatz ist einfach wiederverwendbar.

Prinzipielle Funktionsweise eines Blockgeräts

Typische Blockgrößen heutiger Blockspeichergeräte sind 512 Byte oder 4 KiB. Sie hängen vom spezifischen Gerät ab. Die Blöcke können jeweils nur im Ganzen gelesen oder geschrieben werden. Um die Performance des Blockgeräts zu steigern und die Anzahl an physischen Lese-/Schreibvorgängen zu reduzieren, werden die Daten über einen I/O-Cache (Systempuffer) geleitet. Das Betriebssystem eines Rechners spricht das Blockgerät über eine eindeutige Kennung und einen gerätespezifischen Treiber an. Unter Linux sind Blockgeräte beispielsweise als Gerätedateien im /dev-Verzeichnis abgebildet (zum Beispiel „/dev/sda“). Blockgeräte sind in diesem Verzeichnis nach der Eingabe des Befehls „ls -l“ am führenden „b“ vor den Rechten zu erkennen. Character Devices (zeichenorientierte Geräte), die Daten als kontinuierlichen Zeichenstrom (Byte für Byte) senden und empfangen und keinen wahlfreien Zugriff unterstützen (wie serielle Schnittstellen oder Eingabegeräte), haben ein vorangestelltes „c“.

Das Betriebssystem fügt eine Abstraktionsschicht ein, die die blockbasiert gespeicherten Daten in einem Dateisystem mit Pfaden, Berechtigungen und Metadaten abbildet. Allerdings muss die Blockgröße eines Blockgeräts nicht zwangsläufig identisch mit der Blockgröße eines Dateisystems sein. Das Blockgerät stellt die physischen oder logischen Speicherblöcke bereit, während das Dateisystem diese Blöcke zur Dateiorganisation in einer eigenen, oft davon abweichenden Blockgröße nutzt. Eine Datei besteht aus einem oder mehreren Blöcken. Blöcke müssen nicht zusammenhängend vorliegen, sondern können frei auf dem Speichermedium verteilt sein. Die Zuordnung wird vom Dateisystem verwaltet. Das Betriebssystem sorgt für die Übersetzung der Dateioperationen in blockbasierte Aktionen. Die Anwendungen auf einem Rechner müssen sich nicht mit den hardwarenahen Blockdetails beschäftigen.

Beispiele für Blockgeräte

Die meisten Speichergeräte, die heute üblicherweise in Computern und anderen elektronischen Geräten verwendet werden, sind Blockgeräte. Beispiele für solche Speichergeräte sind:

• herkömmliche Festplatten (HDDs),

• Solid State Drives (SSDs),

• USB-Flash-Speicher wie USB-Sticks,

• Speicherkarten wie SD-Karte,

• optische Laufwerke und Speichermedien wie CDs, DVDs und Blu-ray Discs,

• bestimmte NVDIMM- und PMEM-Devices im Blockmodus,

• virtuell angebundene netzwerkbasierte Blockgeräte (zum Beispiel per iSCSI oder Fibre Channel).

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