Amazon Elastic Block Store (EBS)

Amazon Elastic Block Store (EBS) bietet Datenträger für die Speicherung auf Blockebene zur Verwendung mit Amazon EC2 Instances. Amazon-EBS-Datenträger ermöglichen die Speicherung außerhalb der Instance, die unabhängig vom Status einer Instance besteht. Amazon Elastic Block Store bietet hochgradig verfügbare und äußerst zuverlässige Speicher-Datenträger, die einer ausgeführten Amazon EC2 Instance hinzugefügt werden können und innerhalb der Instance als Einheit ausgewiesen sind. Amazon EBS ist insbesondere für Anwendungen geeignet, die eine Datenbank, ein Dateisystem oder Zugriff auf einen Blockspeicher erfordern.

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Funktionen der Amazon-EBS-Datenträger

  • Amazon EBS ermöglicht Ihnen die Erstellung von Datenträgern mit einer Speicherkapazität von 1 GB bis 1 TB, die von Amazon EC2 Instances als Einheiten eingehängt werden können. Einer Instance können mehrere Datenträger zugewiesen werden.
  • Speicherdatenträger verhalten sich wie rohe, unformatierte Block-Geräte mit benutzerdefinierten Namen und Schnittstellen. Basierend auf Amazon-EBS-Datenträgern kann ein Dateisystem erstellt werden. Sie können die Datenträger aber auch auf jede andere Weise verwenden, auf die Sie ein Block-Gerät (wie z. B. eine Festplatte) verwenden würden.
  • Amazon-EBS-Datenträger befinden sich in einer bestimmten Availability Zone und können Instances zugewiesen werden, die sich in derselben Availability Zone befinden.
  • Jeder Datenträger wird automatisch innerhalb derselben Availability Zone repliziert. Dadurch werden Datenverluste verhindert, die sich durch den Ausfall einer einzigen Hardware-Komponente ergeben könnten.
  • Mithilfe von Amazon EBS können außerdem für einen gewünschten Zeitpunkt Snapshots von Datenträgern erstellt werden, die in Amazon S3 gespeichert werden. Diese Snapshots können als Startpunkt für neue Amazon-EBS-Datenträger und zum Schutz Ihrer Daten für eine lang anhaltende Beständigkeit verwendet werden. Mit einem einzigen Snapshot können beliebig viele Datenträger instanziiert werden.
  • AWS ermöglicht auch die Erstellung neuer Datenträger von durch AWS gehosteten öffentlichen Datensätzen.
  • Amazon CloudWatch stellt Leistungsdaten für EBS Datenträger bereit und gibt Ihnen einen detaillierten Überblick über Bandbreite, Durchsatz, Latenz und Queue-Tiefe. Die Metriken sind über das AWS CloudWatch-API oder die AWS Management Console zugänglich. Weitere Informationen, siehe Amazon CloudWatch.

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Verwendung von Amazon-EBS-Datenträgern

Amazon-EBS-Datenträger werden in einer bestimmten Availability Zone erstellt und können eine Größe zwischen 1 GB und 1 TB haben. Nachdem ein Datenträger erstellt wurde, kann er jeder beliebigen Amazon EC2 Instance zugewiesen werden, die sich in derselben Availability Zone befindet. Anschließend wird der Datenträger wie eine Festplatte oder andere Blockeinheit als eingehängte Einheit angezeigt. Zu diesem Zeitpunkt kann die Instance mit dem Datenträger wie mit einem lokalen Laufwerk interagieren, ihn mit einem Dateisystem formatieren oder direkt Anwendungen auf ihm installieren.

Ein Datenträger kann jeweils nur einer einzigen Instance zugewiesen werden. Es ist jedoch möglich, einer einzigen Instance mehrere Datenträger zuzuweisen. Das bedeutet, dass für eine Erhöhung der E/A und der Durchsatzleistung mehrere Datenträger zugewiesen und die Daten darauf verteilt werden können. Diese Möglichkeit ist insbesondere bei Datenbankanwendungen nützlich, bei denen häufig Zufallsabfragen und -einträge für den gesamten Datensatz vorgenommen werden. Falls eine Instance ausfällt oder vom Amazon EBS-Datenträger getrennt wird, kann der betreffende Datenträger einer beliebigen anderen Instance in der Availability Zone zugewiesen werden.

Amazon-EBS-Datenträger können außerdem als Boot-Partitionen für Amazon EC2 Instances verwendet werden. Dies ermöglicht die Ausweitung der Größe einer Boot-Partition auf bis zu 1 TB, die Beibehaltung einer Boot-Partition über die Lebensdauer der Instance hinaus sowie die Bündelung Ihres AMI mit nur einem Mausklick. Es ist auch möglich, von Amazon-EBS-Datenträgern gebootete Instances anzuhalten und unter Beibehaltung des Status mit sehr schnellen Anlaufzeiten neu zu starten. Wie bei Amazon EBS üblich, zahlen Sie nur für die tatsächlich genutzten Ressourcen.

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Amazon-EBS-Snapshots

Amazon EBS bietet die Möglichkeit der Sicherung von zeitpunktbezogenen Snapshots Ihrer Daten in Amazon S3. Dies gewährleistet eine dauerhafte Wiederherstellung. Bei Amazon-EBS-Snapshots handelt es sich um differenzielle Backups. Das bedeutet, dass nur die Blöcke einer Einheit, die sich seit dem letzten Snapshot geändert haben, inkrementell gesichert werden. Wenn sich beispielsweise bei einer Einheit mit einer Datenmenge von 100 GB seit dem letzten Snapshot nur 5 GB geändert haben, werden nur die zusätzlichen 5 GB der Snapshot-Daten in Amazon S3 gesichert. Obwohl Snapshots inkrementell gespeichert werden, werden beim Löschen eines Snapshots nur jene Daten gelöscht, die nicht für andere Snapshots benötigt werden. Selbst wenn einige frühere Snapshots gelöscht wurden, enthalten alle aktiven Snapshots alle Informationen, die zum Wiederherstellen des Datenträgers benötigt werden. Darüber hinaus dauert das Wiederherstellen des Datenträgers für alle Datenträger gleich lang und bietet damit die Wiederherstellungszeit voller Backups mit der Speicherersparnis inkrementeller Backups.

Mithilfe von Snapshots können zudem mehrere neue Datenträger instanziiert, die Größe eines Datenträgers ausgeweitet und Datenträger zwischen den Availability Zones verschoben werden. Es besteht die Option, einen neuen Datenträger auf Grundlage eines vorhandenen Amazon S3-Snapshots zu erstellen. In diesem Szenario ist der neue Datenträger am Anfang eine exakte Replikation des ursprünglichen Datenträgers. Durch die optionale Festlegung einer anderen Datenträgergröße oder einer anderen Availability Zone kann diese Funktion verwendet werden, um die Größe eines vorhandenen Datenträgers auszuweiten bzw. um Datenträger in neuen Availability Zones zu duplizieren. Bevor Sie mithilfe von Snapshots die Datenträgergröße ändern, müssen Sie überprüfen, ob das Dateisystem bzw. die Anwendung die Änderung der Größe einer Einheit unterstützt.

Auf Grundlage vorhandener Amazon S3-Snapshots erstellte neue Datenträger werden unauffällig im Hintergrund geladen. Das bedeutet, dass man nach der Erstellung eines Datenträgers auf Grundlage eines Snapshots nicht warten muss, bis alle Daten von Amazon S3 auf den Amazon-EBS-Datenträger übertragen wurden, bevor die zugewiesene Instance auf den Datenträger und die darauf gespeicherten Daten zugreifen kann. Wenn eine Instance auf ein Datenelement zugreift, das noch nicht geladen wurde, lädt der Datenträger die angeforderten Daten sofort von Amazon S3 herunter. Anschließend werden die restlichen Daten des Datenträgers im Hintergrund geladen.

Durch die Möglichkeit der gemeinsamen Verwendung von Amazon-EBS-Snapshots können Sie diese Daten problemlos Kollegen oder anderen Benutzern der AWS-Community zugänglich machen. Dank dieser Funktion können von Ihnen autorisierte Benutzer schnell auf gemeinsame Amazon-EBS-Snapshots zugreifen, um sie als Grundlage für ihre eigenen Amazon-EBS-Datenträger zu verwenden. Sie können Ihre Daten auch für alle AWS-Benutzer öffentlich zur Verfügung stellen. Benutzer, denen Sie entsprechende Zugriffsrechte erteilt haben, können ihre eigenen EBS-Datenträger auf Grundlage Ihres Snapshots erstellen. Ihr ursprünglicher Snapshot bleibt dabei intakt. Dies ist eine ausgezeichnete Methode für Entwickler, ihre Daten den anderen Benutzern der Amazon-EC2-Community problemlos zugänglich zu machen. Darüber hinaus können neue Kunden Amazon-EBS-Datenträger auf Grundlage eines vorhandenen Snapshots ganz einfach neu erstellen. Da alle Daten in der Amazon Cloud gespeichert werden, müssen Benutzer nicht auf zeitraubende Downloads warten, sondern können innerhalb weniger Minuten auf die Daten zugreifen.

Gemeinsame Verwendung von Snapshots

Die gemeinsame Verwendung von Snapshots ist über die AWS Management Console oder mithilfe von API-Anfragen möglich. Sie haben vollständige Kontrolle darüber, mit welchen Konten eine gemeinsame Verwendung der einzelnen Snapshots möglich ist. Es besteht auch die Möglichkeit, einen Snapshot der gesamten AWS-Community zugänglich zu machen.

AWS Management Console:

  1. Erstellen Sie einen neuen Amazon-EBS-Datenträger und kopieren Sie nur die Dateien, für die Sie auf diesem Datenträger eine gemeinsame Verwendung ermöglichen möchten.
  2. Melden Sie sich bei der AWS Management Console an, klicken Sie auf die Registerkarte "Amazon EC2" und klicken Sie im linken Navigationsbereich auf "Datenträger".
  3. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf den Datenträger und erstellen Sie einen Snapshot.
  4. Klicken Sie im linken Navigationsbereich auf "Snapshots".
  5. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf den Snapshot, für den Sie eine gemeinsame Verwendung zulassen möchten, und wählen Sie dann "Snapshot-Genehmigungen" aus.
  6. Fügen Sie die AWS-Kontonummern der Entwickler hinzu, denen Sie Zugriff gewähren möchten, oder lassen Sie eine öffentliche Verwendung durch alle Benutzer zu.
  7. Klicken Sie auf "Save", um die Berechtigungen zu aktivieren.

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Leistung der Amazon-EBS-Datenträger

Amazon EBS-Datenträger erzielen für Anwendungen, die sehr viele direkte Zugriffe auf Ihr Dataset durchführen, einen höheren Durchsatz als Amazon EC2-Instanzspeicher. Um den Durchsatz noch weiter zu optimieren, können Sie mehrere Datenträger an eine Instanz anschließen und die Daten mittels Striping auf mehrere Datenträger verteilen.

Die genaue Leistung ist abhängig von der Art der Anwendung (z. B. Zufalls- vs. sequenzielle E/A oder große vs. kleine Anfragegrößen). Daher ist es am besten, die tatsächlichen Anwendungen mit dem Datenträger zu vergleichen. Da Amazon-EBS-Datenträger einen Netzwerkzugriff erfordern, kann mit größeren Instances eine schnellere und konsistentere Durchsatzleistung erzielt werden.

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Beständigkeit der Amazon-EBS-Datenträger

Amazon-EBS-Datenträger sind hochgradig verfügbar und äußerst zuverlässig. Die auf Amazon EBS-Datenträgern enthaltenen Daten werden über mehrere Server in einer Availability Zone repliziert. Dadurch werden Datenverluste verhindert, die sich durch den Ausfall einer einzigen Komponente ergeben könnten. Die Beständigkeit eines Datenträgers hängt sowohl von dessen Größe als auch von dem Anteil der Daten ab, der sich seit dem letzten Snapshot geändert hat. Beispielsweise ist bei Datenträgern, bei denen sich seit dem letzten Amazon-EBS-Snapshot maximal 20 GB der Daten geändert haben, mit einer jährlichen Ausfallrate (AFR) von 0,1 % bis 0,5 % zu rechnen, wobei "Ausfall" den vollständigen Datenverlust bezeichnet. Im Vergleich dazu weisen Standardfestplatten in der Regel eine AFR von etwa 4 % auf. Damit sind EBS-Datenträger zehnmal zuverlässiger als herkömmliche Standardlaufwerke.

Da Amazon EBS-Server innerhalb einer einzigen Availability Zone repliziert werden, wird durch eine Spiegelung der Daten auf verschiedenen Amazon-EBS-Datenträgern innerhalb derselben Availability Zone die Beständigkeit des Datenträgers nicht entscheidend verbessert. Benutzern, die eine noch höhere Beständigkeit wünschen, bietet Amazon EBS die Möglichkeit der Erstellung zeitpunktbezogener Snapshots der zu einem bestimmten Zeitpunkt in Amazon S3 gespeicherten Datenträger sowie der automatischen Replikation in verschiedenen Availability Zones. Die häufige Erstellung von Snapshots der Datenträger ist daher eine bequeme und kostengünstige Möglichkeit, die langfristige Beständigkeit Ihrer Daten zu erhöhen. In dem unwahrscheinlichen Fall, dass Ihr Amazon-EBS-Datenträger tatsächlich ausfällt, bleiben sämtliche Snapshots des Datenträgers intakt und ermöglichen die Wiederherstellung des Datenträgers für den Zeitpunkt des letzten Snapshots.

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Kostenkalkulation

Mit Amazon Elastic Block Store zahlen Sie nur für die tatsächliche Nutzung. Die Datenträgerspeicherung wird gemäß der zugewiesenen Menge bis zur Freigabe berechnet. Die E/A-Prozesse für den Datenträger werden nach der Anzahl der an Ihren Datenträger gestellten Anforderungen berechnet. Beispielsweise betragen die Kosten 0,10 USD pro zugewiesenem GB im Monat und 0,10 USD pro 1 Million E/A-Anforderungen in der AWS-Region USA Ost. Mithilfe von Programmen wie IOSTAT können Sie die E/A-Nutzung Ihres Systems jederzeit genau berechnen. Da Anwendungen und Betriebssysteme jedoch oftmals unterschiedliche Caching-Vorgänge durchführen, werden auf Ihrer Rechnung wahrscheinlich weniger E/A-Anfragen aufgeführt als von Ihrer Anwendung tatsächlich durchgeführt wurden, es sei denn, Sie nehmen eine Synchronisierung aller E/A-Anfragen auf die Festplatte vor.

Beispiel: Für eine mittelgroße Website-Datenbank von 100 GB werden im Laufe eines Monats durchschnittlich 100 E/A pro Sekunde erwartet. Daraus ergeben sich Speicherkosten in Höhe von 10 USD pro Monat (100 GB x 0,10 USD/Monat) sowie Anfragekosten in Höhe von ca. 26 USD pro Monat (~ 2,6 Millionen Sekunden/Monat x 100 E/A pro Sekunde * 0,10 USD pro 1 Million E/A).

Die Speicherung der Snapshots basiert auf dem Speicherplatz, den Ihre Daten in Amazon S3 in Anspruch nehmen. Da die Daten vor der Speicherung in Amazon S3 komprimiert werden und Amazon EBS keine leeren Blöcke speichert, ist die Größe eines Snapshots wahrscheinlich wesentlich geringer als die Größe des Datenträgers. Für den ersten Snapshot eines Datenträgers speichert Amazon EBS eine vollständige Kopie Ihrer Daten in Amazon S3. Allerdings wird bei den einzelnen inkrementellen Snapshots jeweils nur der Teil des Amazon-EBS-Datenträgers in Amazon S3 gespeichert, der sich geändert hat.

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