M

MLOG

Čeština

Hloubkový průzkum návrhu, architektur, technologií a postupů pro budování škálovatelných, spolehlivých a nákladově efektivních řešení pro ukládání dat po celém světě.

Budování škálovatelných a spolehlivých úložných systémů: Komplexní průvodce

V dnešním světě řízeném daty je schopnost ukládat, spravovat a přistupovat k obrovskému množství informací klíčová pro organizace všech velikostí. Od malých startupů po nadnárodní korporace je potřeba robustních a škálovatelných úložných systémů prvořadá. Tento komplexní průvodce zkoumá principy, architektury, technologie a osvědčené postupy pro budování úložných řešení, která dokáží splnit neustále rostoucí požadavky moderních aplikací a pracovních zátěží. Budeme se zabývat různými aspekty, abychom zajistili, že čtenáři s různým technickým zázemím pochopí základní koncepty a budou je moci aplikovat na své specifické potřeby.

Porozumění základům úložných systémů

Než se ponoříme do specifik budování úložných systémů, je nezbytné porozumět základním konceptům a terminologii. Tato část se bude zabývat klíčovými komponentami a charakteristikami, které definují úložný systém.

Klíčové komponenty úložného systému

Klíčové charakteristiky úložného systému

Architektury úložišť: Výběr správného přístupu

Různé architektury úložišť nabízejí různé kompromisy z hlediska výkonu, škálovatelnosti, spolehlivosti a nákladů. Porozumění těmto architekturám je klíčové pro výběr správného řešení pro danou aplikaci nebo pracovní zátěž.

Direct-Attached Storage (DAS)

DAS je tradiční architektura úložišť, kde jsou úložná zařízení přímo připojena k hostitelskému serveru. Jedná se o jednoduché a nákladově efektivní řešení pro nasazení v malém měřítku, ale postrádá škálovatelnost a možnosti sdílení.

Výhody DAS:

Nevýhody DAS:

Network-Attached Storage (NAS)

NAS je architektura úložišť na úrovni souborů, kde jsou úložná zařízení připojena k síti a klienti k nim přistupují pomocí protokolů pro sdílení souborů jako NFS (Network File System) a SMB/CIFS (Server Message Block/Common Internet File System). NAS poskytuje centralizované úložiště a možnosti sdílení, což ho činí vhodným pro souborové servery, zálohování a archivaci.

Výhody NAS:

Nevýhody NAS:

Storage Area Network (SAN)

SAN je architektura úložišť na úrovni bloků, kde jsou úložná zařízení připojena k dedikované síti a servery k nim přistupují pomocí protokolů na úrovni bloků jako Fibre Channel (FC) a iSCSI (Internet Small Computer System Interface). SAN poskytuje vysoký výkon a škálovatelnost, což ho činí vhodným pro náročné aplikace jako databáze, virtualizace a střih videa.

Výhody SAN:

Nevýhody SAN:

Objektové úložiště

Objektové úložiště je architektura úložišť, kde jsou data ukládána jako objekty, nikoli jako soubory nebo bloky. Každý objekt je identifikován jedinečným ID a obsahuje metadata, která objekt popisují. Objektové úložiště je vysoce škálovatelné a odolné, což ho činí vhodným pro ukládání velkého množství nestrukturovaných dat, jako jsou obrázky, videa a dokumenty. Služby cloudového úložiště jako Amazon S3, Google Cloud Storage a Azure Blob Storage jsou založeny na objektovém úložišti.

Výhody objektového úložiště:

Nevýhody objektového úložiště:

Hyperkonvergovaná infrastruktura (HCI)

HCI je konvergovaná infrastruktura, která kombinuje výpočetní, úložné a síťové zdroje do jednoho integrovaného systému. HCI zjednodušuje správu a nasazení, což ji činí vhodnou pro virtualizovaná prostředí a soukromé cloudy. Obvykle využívá softwarově definované úložiště (SDS) k abstrahování podkladového hardwaru a poskytování funkcí jako ochrana dat, replikace a deduplikace.

Výhody HCI:

Nevýhody HCI:

Technologie úložišť: Výběr správných médií a protokolů

Výběr úložných médií a protokolů hraje klíčovou roli při určování výkonu, spolehlivosti a nákladů úložného systému.

Úložná média

Protokoly úložišť

Ochrana dat a spolehlivost: Zajištění integrity dat

Ochrana dat a spolehlivost jsou klíčovými aspekty návrhu úložného systému. Robustní strategie ochrany dat je nezbytná k prevenci ztráty dat a zajištění kontinuity podnikání.

RAID (Redundant Array of Independent Disks)

RAID je technologie, která kombinuje více fyzických disků do jedné logické jednotky za účelem zlepšení výkonu, spolehlivosti nebo obojího. Různé úrovně RAID nabízejí různé kompromisy mezi výkonem, redundancí a náklady.

Zálohování a obnova

Zálohování a obnova jsou základními součástmi strategie ochrany dat. Zálohy by měly být prováděny pravidelně a ukládány na odděleném místě, aby se předešlo ztrátě dat v důsledku selhání hardwaru, poškození softwaru nebo lidské chyby. Postupy obnovy by měly být dobře definovány a testovány, aby se zajistilo, že data lze v případě katastrofy rychle a efektivně obnovit.

Typy záloh:

Replikace

Replikace je technologie, která kopíruje data z jednoho úložného systému do druhého, čímž poskytuje redundanci dat a možnosti obnovy po havárii. Replikace může být synchronní nebo asynchronní.

Erasure Coding (mazací kódování)

Erasure coding je metoda ochrany dat běžně používaná v objektových úložných systémech k zajištění vysoké odolnosti. Místo jednoduché replikace, erasure coding rozděluje data na fragmenty, vypočítává paritní fragmenty a ukládá všechny fragmenty na různé úložné uzly. To umožňuje systému rekonstruovat původní data, i když jsou některé fragmenty ztraceny.

Škálovatelnost a optimalizace výkonu

Škálovatelnost a výkon jsou klíčovými faktory při navrhování úložných systémů. Systém by měl být schopen zvládat rostoucí množství dat a zvyšující se pracovní zátěže bez kompromisů ve výkonu.

Horizontální škálování vs. Vertikální škálování

Caching (vyrovnávací paměť)

Caching je technika, která ukládá často používaná data do rychlé úložné vrstvy, jako jsou SSD nebo paměť, za účelem zlepšení výkonu. Caching může být implementován na různých úrovních, včetně řadiče úložiště, operačního systému a aplikace.

Tiering (vrstvení)

Tiering je technika, která automaticky přesouvá data mezi různými úložnými vrstvami na základě frekvence jejich přístupu. Často používaná data jsou uložena na rychlejších a dražších úložných vrstvách, zatímco zřídka používaná data jsou uložena na pomalejších a levnějších úložných vrstvách. Tím se optimalizují náklady a výkon úložného systému.

Deduplikace dat

Deduplikace dat je technika, která odstraňuje redundantní kopie dat za účelem snížení požadavků na úložnou kapacitu. Běžně se používá v zálohovacích a archivačních systémech.

Komprese

Komprese dat je technika, která zmenšuje velikost dat za účelem úspory úložného prostoru. Běžně se používá v zálohovacích a archivačních systémech.

Cloudové úložiště: Využití síly cloudu

Cloudové úložiště se stalo stále populárnější volbou pro organizace všech velikostí. Poskytovatelé cloudových úložišť nabízejí širokou škálu úložných služeb, včetně objektového úložiště, blokového úložiště a souborového úložiště.

Výhody cloudového úložiště:

Typy cloudového úložiště:

Co zvážit u cloudového úložiště:

Správa a řízení dat (Data Management and Governance)

Efektivní správa a řízení dat jsou nezbytné pro zajištění kvality, integrity a bezpečnosti dat uložených v úložných systémech. To zahrnuje zásady a procesy pro kontrolu přístupu k datům, jejich uchovávání a likvidaci.

Správa životního cyklu dat

Správa životního cyklu dat (DLM) je proces, který řídí tok dat od jejich vytvoření až po jejich konečnou likvidaci. DLM pomáhá organizacím optimalizovat náklady na úložiště, zlepšit zabezpečení dat a dodržovat předpisy o uchovávání dat. Často zahrnuje vrstvení dat na základě jejich stáří a frekvence přístupu, přičemž starší data se přesouvají na levnější úložné vrstvy.

Řízení dat (Data Governance)

Řízení dat je soubor zásad, procesů a standardů, které řídí správu a používání dat. Řízení dat pomáhá organizacím zajistit, aby data byla přesná, konzistentní a spolehlivá. Pomáhá také chránit soukromí dat a dodržovat datové předpisy. Klíčové aspekty zahrnují:

Správa metadat

Metadata jsou data o datech. Efektivní správa metadat je klíčová pro pochopení, organizaci a přístup k datům uloženým в úložných systémech. Správa metadat zahrnuje definování standardů metadat, jejich zachycování a používání k vyhledávání a získávání dat. Mezi běžné příklady patří názvy souborů, data vytvoření, data úprav, velikosti souborů a informace o autorovi.

Nové trendy v úložných systémech

Odvětví úložišť se neustále vyvíjí. Zde jsou některé z nových trendů v úložných systémech:

Výpočetní úložiště (Computational Storage)

Výpočetní úložiště je technologie, která integruje výpočetní schopnosti přímo do úložného zařízení. To umožňuje provádět zpracování dat blíže k datům, což snižuje latenci a zlepšuje výkon. Aplikace jako strojové učení a analýza dat mohou z výpočetního úložiště výrazně těžit.

Persistentní paměť (Persistent Memory)

Persistentní paměť je nový typ paměti, který kombinuje rychlost DRAM s perzistencí NAND flash. Persistentní paměť nabízí velmi nízkou latenci a vysokou šířku pásma, což ji činí vhodnou pro náročné aplikace jako databáze a in-memory computing. Příklady zahrnují Intel Optane DC Persistent Memory.

Softwarově definované úložiště (SDS)

Softwarově definované úložiště (SDS) je architektura úložišť, která abstrahuje hardware úložiště od softwaru úložiště. SDS umožňuje organizacím spravovat úložné zdroje flexibilněji a efektivněji. Umožňuje funkce jako automatizované poskytování, vrstvení dat a replikaci, nezávisle na podkladovém hardwaru.

Skládatelná infrastruktura (Composable Infrastructure)

Skládatelná infrastruktura je flexibilní infrastruktura, která umožňuje organizacím dynamicky alokovat výpočetní, úložné a síťové zdroje tak, aby vyhovovaly potřebám konkrétních aplikací. To umožňuje organizacím optimalizovat využití zdrojů a snížit náklady.

Závěr

Budování škálovatelných a spolehlivých úložných systémů je složitý úkol, který vyžaduje pečlivé plánování a provedení. Porozuměním základům úložných systémů, výběrem správné architektury a technologií a implementací efektivních strategií ochrany a správy dat mohou organizace budovat úložná řešení, která splní jejich současné i budoucí potřeby. Vzhledem k tomu, že se odvětví úložišť neustále vyvíjí, je důležité sledovat nové trendy a technologie, aby vaše úložné systémy zůstaly optimalizovány z hlediska výkonu, škálovatelnosti a nákladové efektivity. Tento průvodce poskytuje základní znalosti pro IT profesionály po celém světě k budování robustních a efektivních úložných řešení.