Volume (Datenspeicher)

Grundbegriff und Funktionsweise

Ein Volume bezeichnet in der Informatik eine „Collection“, also eine Sammlung adressierbarer Datenblöcke, die Betriebssysteme oder Anwendungsprogramme zur Datenspeicherung verwenden können. Die Datenblöcke müssen physisch nicht aufeinanderfolgend auf einem Datenträger liegen. Über das Volume werden sie jedoch so angesprochen, als bildeten sie eine fortlaufende Folge.

Ein Volume ist damit eine Abstraktion: Aus der fortlaufenden Folge von Sektoren auf einem konkreten Laufwerk wird eine logisch fortlaufende Folge von Datenblöcken, die unabhängig vom tatsächlichen Speichermedium verwendet werden kann. Volumes werden häufig zusammen mit Partitionen und realen Laufwerken oder anderen Datenspeichern eingesetzt. Je nach System werden die Begriffe teilweise synonym gebraucht.

Abgrenzung zu Partitionen und Datenträgern

Ein Volume oder eine Partition kann eine Partitionstabelle sowie eine oder mehrere Partitionen enthalten. Es kann aber auch ohne weitere Aufteilung verwendet werden. Nach einer allgemeinen Definition ist eine Partition wiederum ein Volume; beide Begriffe können daher dasselbe Blockgerät bezeichnen. Ihre konkrete Bedeutung unterscheidet sich jedoch je nach Betriebssystem oder Speichersystem.

In manchen Betriebssystemen steht Volume allgemein für einen Datenträger oder Datenspeicher. Damit das Betriebssystem ein Volume nutzen kann, muss es in der Regel ein verwendbares Dateisystem enthalten und eingebunden werden. Der Einhängepunkt ist die Stelle, unter der es im System erreichbar ist; unter Windows wird dafür beispielsweise ein Laufwerksbuchstabe vergeben.

Bei logischen Abstraktionen wie einem Logical Volume Manager oder Software-RAID gelten jeweils eigene Begriffe. Windows unterscheidet bei dynamischen Datenträgern etwa ein Einfaches Volume, ein Übergreifendes Volume und ein Stripesetvolume. Weil Daten dabei auf mehrere physische Festplatten oder ähnliche Speichermedien verteilt werden können, wird unter Windows teilweise „Volume“ statt „Laufwerk“ verwendet.

Verwendung in Betriebssystemen und Programmen

Ein Volume enthält sehr häufig ein Dateisystem. Dieses organisiert den verfügbaren Speicherplatz in Dateien und Verzeichnissen. Deshalb erscheint der Begriff in vielen Dateisystemen beispielsweise als Volume ID oder Volume Label. Bei zahlreichen Betriebssystemen werden auch eingehängte Datenträger beziehungsweise die darauf enthaltenen Dateisysteme als Volumes bezeichnet.

macOS von Apple nennt alle initialisierten Partitionen Volumes. Ihr Einhängepunkt liegt im Allgemeinen in einem Unterverzeichnis unterhalb von /Volumes. Windows von Microsoft verwendet neben der traditionellen Bezeichnung „Laufwerk“, die sich vom Laufwerksbuchstaben als Einhängepunkt ableitet, ebenfalls den Begriff Volume, unter anderem im Programm diskpart.

Unter vielen unixartigen Systemen gibt es flexible Speicherkonzepte. Der unter Linux verwendete Logical Volume Manager kann physische oder logische Datenspeicher zu Volume Groups zusammenfassen und sie anschließend in Logical Volumes aufteilen. Dabei stehen PV für Physical Volume(s), VG für Volume Group(s) und LV für Logical Volume(s).

Manche Programme greifen auch direkt auf ein Volume zu. Datenbanksysteme können beispielsweise so eingerichtet werden, dass sie eine Partition ohne Unterstützung durch ein Dateisystem unmittelbar zur Verwaltung ihrer Einträge verwenden. Ein solcher direkter Zugriff wird als Raw Device bezeichnet.

Auch virtuelle und logische Volumes können von den meisten Betriebssystemen verwaltet werden. Unter Unix, Linux, macOS und Windows lassen sich Dateien selbst als Volumes verwenden. Unter Unix ist dies seit jeher über ein Loop-Gerät möglich. macOS bindet .dmg-Speicherabbilder und Windows beispielsweise VHD-Festplattenabbilder auf diese Weise ein. ISO-Abbilder können auf vielen Systemen wie physische optische Speichermedien verwendet werden. Sie erhalten dann einen Einhängepunkt oder Laufwerksbuchstaben, der vom Zugriff auf ein physisches Medium nicht unterscheidbar ist. Teilweise wird dabei ein vollständiges virtuelles Laufwerk emuliert.

Laufwerk und Raw-Volume

Auf einigen Betriebssystemen ist Volume ein Synonym für einen einhängbaren Datenspeicher. Bei macOS gilt alles mit einem unterstützten Dateisystem als Volume. Unter Windows werden verfügbare Volumes dagegen hauptsächlich als Laufwerke bezeichnet und erhalten daher meist einen Laufwerksbuchstaben.

Von dieser Verwendung sind uninitialisierte Volumes nicht erfasst, wenn sie kein Dateisystem oder keine anderen vom Betriebssystem verwendbaren Datenstrukturen enthalten. Dienstprogramme zeigen solche Volumes dennoch häufig als Volumes oder Partitionen vom Typ Raw an. „Raw“ bedeutet hier roh beziehungsweise unformatiert.

RAID-Volumes

Ein frühes Beispiel für Volumes, deren Daten weder direkt fortlaufend noch zusammenhängend auf physischen Datenträgern liegen, sind bestimmte Formen von RAID-Volumes. Das „R“ in RAID steht für Redundanz.

Ein RAID-Controller tritt gegenüber dem Betriebssystem wie ein einzelnes physisches Laufwerk auf. Intern kann er die Daten jedoch auf mehrere physische Laufwerke verteilen. Je nach verwendeter RAID-Form kann dadurch der Ausfall eines Datenträgers verhindert werden, dass Daten verloren gehen.