فارسی

کاوشی عمیق در طراحی، معماری‌ها، فناوری‌ها و بهترین شیوه‌های سیستم‌های ذخیره‌سازی برای ساخت راه‌حل‌های ذخیره‌سازی داده مقیاس‌پذیر، قابل اعتماد و مقرون‌به‌صرفه در سراسر جهان.

ساخت سیستم‌های ذخیره‌سازی مقیاس‌پذیر و قابل اعتماد: راهنمای جامع

در دنیای داده‌محور امروز، توانایی ذخیره، مدیریت و دسترسی به حجم وسیعی از اطلاعات برای سازمان‌ها در هر اندازه‌ای حیاتی است. از استارتاپ‌های کوچک گرفته تا شرکت‌های چندملیتی، نیاز به سیستم‌های ذخیره‌سازی قوی و مقیاس‌پذیر امری ضروری است. این راهنمای جامع به بررسی اصول، معماری‌ها، فناوری‌ها و بهترین شیوه‌ها برای ساخت راه‌حل‌های ذخیره‌سازی می‌پردازد که بتوانند پاسخگوی نیازهای روزافزون برنامه‌ها و بارهای کاری مدرن باشند. ما جنبه‌های مختلفی را پوشش خواهیم داد تا اطمینان حاصل کنیم که خوانندگان با پیشینه‌های فنی متفاوت می‌توانند مفاهیم اصلی را درک کرده و آن‌ها را در نیازهای خاص خود به کار گیرند.

درک مبانی سیستم‌های ذخیره‌سازی

پیش از پرداختن به جزئیات ساخت سیستم‌های ذخیره‌سازی، درک مفاهیم و اصطلاحات بنیادی ضروری است. این بخش اجزا و ویژگی‌های کلیدی را که یک سیستم ذخیره‌سازی را تعریف می‌کنند، پوشش خواهد داد.

اجزای کلیدی سیستم ذخیره‌سازی

ویژگی‌های کلیدی سیستم ذخیره‌سازی

معماری‌های ذخیره‌سازی: انتخاب رویکرد مناسب

معماری‌های مختلف ذخیره‌سازی، توازن‌های متفاوتی از نظر عملکرد، مقیاس‌پذیری، قابلیت اطمینان و هزینه ارائه می‌دهند. درک این معماری‌ها برای انتخاب راه‌حل مناسب برای یک برنامه یا بار کاری خاص، حیاتی است.

ذخیره‌سازی متصل مستقیم (DAS)

DAS یک معماری ذخیره‌سازی سنتی است که در آن دستگاه‌های ذخیره‌سازی مستقیماً به یک سرور میزبان متصل می‌شوند. این یک راه‌حل ساده و مقرون‌به‌صرفه برای پیاده‌سازی‌های در مقیاس کوچک است، اما فاقد قابلیت‌های مقیاس‌پذیری و اشتراک‌گذاری است.

مزایای DAS:

معایب DAS:

ذخیره‌سازی متصل به شبکه (NAS)

NAS یک معماری ذخیره‌سازی در سطح فایل است که در آن دستگاه‌های ذخیره‌سازی به یک شبکه متصل شده و توسط کلاینت‌ها با استفاده از پروتکل‌های اشتراک‌گذاری فایل مانند NFS (Network File System) و SMB/CIFS (Server Message Block/Common Internet File System) قابل دسترسی هستند. NAS قابلیت‌های ذخیره‌سازی متمرکز و اشتراک‌گذاری را فراهم می‌کند و برای سرویس‌دهی فایل، پشتیبان‌گیری و بایگانی مناسب است.

مزایای NAS:

معایب NAS:

شبکه ذخیره‌سازی (SAN)

SAN یک معماری ذخیره‌سازی در سطح بلوک است که در آن دستگاه‌های ذخیره‌سازی به یک شبکه اختصاصی متصل شده و توسط سرورها با استفاده از پروتکل‌های سطح بلوک مانند کانال فیبری (FC) و iSCSI (Internet Small Computer System Interface) قابل دسترسی هستند. SAN عملکرد و مقیاس‌پذیری بالایی را فراهم می‌کند و برای برنامه‌های پرتقاضا مانند پایگاه‌های داده، مجازی‌سازی و ویرایش ویدئو مناسب است.

مزایای SAN:

معایب SAN:

ذخیره‌سازی شیء (Object Storage)

ذخیره‌سازی شیء یک معماری ذخیره‌سازی است که در آن داده‌ها به صورت اشیاء (objects) ذخیره می‌شوند، نه فایل یا بلوک. هر شیء با یک شناسه منحصر به فرد شناسایی می‌شود و حاوی فراداده‌ای است که شیء را توصیف می‌کند. ذخیره‌سازی شیء بسیار مقیاس‌پذیر و بادوام است و برای ذخیره حجم زیادی از داده‌های بدون ساختار مانند تصاویر، ویدئوها و اسناد مناسب است. سرویس‌های ذخیره‌سازی ابری مانند Amazon S3، Google Cloud Storage و Azure Blob Storage بر اساس ذخیره‌سازی شیء هستند.

مزایای ذخیره‌سازی شیء:

معایب ذخیره‌سازی شیء:

زیرساخت فرامتقارن (HCI)

HCI یک زیرساخت متقارن است که منابع محاسباتی، ذخیره‌سازی و شبکه‌سازی را در یک سیستم واحد و یکپارچه ترکیب می‌کند. HCI مدیریت و پیاده‌سازی را ساده می‌کند و برای محیط‌های مجازی‌سازی شده و ابرهای خصوصی مناسب است. این سیستم معمولاً از ذخیره‌سازی تعریف‌شده توسط نرم‌افزار (SDS) برای انتزاعی کردن سخت‌افزار زیرین و ارائه ویژگی‌هایی مانند حفاظت از داده، تکثیر و حذف داده‌های تکراری استفاده می‌کند.

مزایای HCI:

معایب HCI:

فناوری‌های ذخیره‌سازی: انتخاب رسانه و پروتکل‌های مناسب

انتخاب رسانه و پروتکل‌های ذخیره‌سازی نقش مهمی در تعیین عملکرد، قابلیت اطمینان و هزینه یک سیستم ذخیره‌سازی ایفا می‌کند.

رسانه ذخیره‌سازی

پروتکل‌های ذخیره‌سازی

حفاظت از داده و قابلیت اطمینان: تضمین یکپارچگی داده‌ها

حفاظت از داده و قابلیت اطمینان، جنبه‌های حیاتی طراحی سیستم ذخیره‌سازی هستند. یک استراتژی قوی برای حفاظت از داده برای جلوگیری از از دست رفتن داده‌ها و تضمین تداوم کسب‌وکار ضروری است.

RAID (آرایه افزونه دیسک‌های مستقل)

RAID فناوری است که چندین دیسک فیزیکی را در یک واحد منطقی واحد ترکیب می‌کند تا عملکرد، قابلیت اطمینان یا هر دو را بهبود بخشد. سطوح مختلف RAID توازن‌های متفاوتی بین عملکرد، افزونگی و هزینه ارائه می‌دهند.

پشتیبان‌گیری و بازیابی

پشتیبان‌گیری و بازیابی اجزای ضروری یک استراتژی حفاظت از داده هستند. پشتیبان‌ها باید به طور منظم انجام شوند و در مکانی جداگانه ذخیره شوند تا در برابر از دست رفتن داده‌ها به دلیل خرابی سخت‌افزار، خرابی نرم‌افزار یا خطای انسانی محافظت شوند. رویه‌های بازیابی باید به خوبی تعریف و آزمایش شوند تا اطمینان حاصل شود که داده‌ها می‌توانند در صورت بروز فاجعه به سرعت و به طور موثر بازیابی شوند.

انواع پشتیبان‌گیری:

تکثیر (Replication)

تکثیر یک فناوری است که داده‌ها را از یک سیستم ذخیره‌سازی به دیگری کپی می‌کند و قابلیت‌های افزونگی داده و بازیابی از فاجعه را فراهم می‌کند. تکثیر می‌تواند همزمان (synchronous) یا ناهمزمان (asynchronous) باشد.

کدگذاری حذفی (Erasure Coding)

کدگذاری حذفی یک روش حفاظت از داده است که معمولاً در سیستم‌های ذخیره‌سازی شیء برای ارائه دوام بالا استفاده می‌شود. به جای تکثیر ساده، کدگذاری حذفی داده‌ها را به قطعات (fragments) تقسیم می‌کند، قطعات پاریتی را محاسبه می‌کند و تمام قطعات را در گره‌های ذخیره‌سازی مختلف ذخیره می‌کند. این به سیستم اجازه می‌دهد تا داده‌های اصلی را حتی اگر برخی از قطعات از بین بروند، بازسازی کند.

مقیاس‌پذیری و بهینه‌سازی عملکرد

مقیاس‌پذیری و عملکرد ملاحظات حیاتی در هنگام طراحی سیستم‌های ذخیره‌سازی هستند. سیستم باید قادر به مدیریت حجم روزافزون داده‌ها و بارهای کاری فزاینده بدون به خطر انداختن عملکرد باشد.

مقیاس‌پذیری افقی در مقابل مقیاس‌پذیری عمودی

کش کردن (Caching)

کش کردن تکنیکی است که داده‌های پرکاربرد را در یک لایه ذخیره‌سازی سریع، مانند SSDها یا حافظه، ذخیره می‌کند تا عملکرد را بهبود بخشد. کش کردن می‌تواند در سطوح مختلف، از جمله کنترلر ذخیره‌سازی، سیستم عامل و برنامه، پیاده‌سازی شود.

لایه‌بندی (Tiering)

لایه‌بندی تکنیکی است که به طور خودکار داده‌ها را بر اساس فرکانس دسترسی آن‌ها بین لایه‌های مختلف ذخیره‌سازی جابجا می‌کند. داده‌های پرکاربرد در لایه‌های ذخیره‌سازی سریع‌تر و گران‌تر ذخیره می‌شوند، در حالی که داده‌های کم‌کاربرد در لایه‌های ذخیره‌سازی کندتر و ارزان‌تر ذخیره می‌شوند. این کار هزینه و عملکرد سیستم ذخیره‌سازی را بهینه می‌کند.

حذف داده‌های تکراری (Data Deduplication)

حذف داده‌های تکراری تکنیکی است که نسخه‌های اضافی داده‌ها را برای کاهش نیاز به ظرفیت ذخیره‌سازی حذف می‌کند. این تکنیک معمولاً در سیستم‌های پشتیبان‌گیری و بایگانی استفاده می‌شود.

فشرده‌سازی (Compression)

فشرده‌سازی داده تکنیکی است که اندازه داده‌ها را برای صرفه‌جویی در فضای ذخیره‌سازی کاهش می‌دهد. این تکنیک معمولاً در سیستم‌های پشتیبان‌گیری و بایگانی استفاده می‌شود.

ذخیره‌سازی ابری: بهره‌گیری از قدرت ابر

ذخیره‌سازی ابری به گزینه‌ای به‌طور فزاینده محبوب برای سازمان‌ها در هر اندازه‌ای تبدیل شده است. ارائه‌دهندگان ذخیره‌سازی ابری طیف گسترده‌ای از خدمات ذخیره‌سازی، از جمله ذخیره‌سازی شیء، ذخیره‌سازی بلوک و ذخیره‌سازی فایل را ارائه می‌دهند.

مزایای ذخیره‌سازی ابری:

انواع ذخیره‌سازی ابری:

ملاحظات برای ذخیره‌سازی ابری:

مدیریت و حاکمیت داده‌ها

مدیریت و حاکمیت مؤثر داده‌ها برای تضمین کیفیت، یکپارچگی و امنیت داده‌های ذخیره‌شده در سیستم‌های ذخیره‌سازی ضروری است. این شامل سیاست‌ها و فرآیندهایی برای کنترل دسترسی، نگهداری و امحای داده‌ها می‌شود.

مدیریت چرخه حیات داده (DLM)

مدیریت چرخه حیات داده (DLM) فرآیندی است که جریان داده‌ها را از زمان ایجاد تا امحای نهایی آن‌ها مدیریت می‌کند. DLM به سازمان‌ها کمک می‌کند تا هزینه‌های ذخیره‌سازی را بهینه کنند، امنیت داده‌ها را بهبود بخشند و با مقررات نگهداری داده‌ها مطابقت داشته باشند. این فرآیند اغلب شامل لایه‌بندی داده‌ها بر اساس سن و فرکانس دسترسی، و انتقال داده‌های قدیمی‌تر به لایه‌های ذخیره‌سازی ارزان‌تر است.

حاکمیت داده (Data Governance)

حاکمیت داده مجموعه‌ای از سیاست‌ها، فرآیندها و استانداردهایی است که مدیریت و استفاده از داده‌ها را کنترل می‌کند. حاکمیت داده به سازمان‌ها کمک می‌کند تا اطمینان حاصل کنند که داده‌ها دقیق، سازگار و قابل اعتماد هستند. همچنین به حفاظت از حریم خصوصی داده‌ها و انطباق با مقررات داده‌ها کمک می‌کند. جنبه‌های کلیدی عبارتند از:

مدیریت فراداده (Metadata Management)

فراداده، داده‌ای درباره داده است. مدیریت مؤثر فراداده برای درک، سازماندهی و دسترسی به داده‌های ذخیره‌شده در سیستم‌های ذخیره‌سازی حیاتی است. مدیریت فراداده شامل تعریف استانداردهای فراداده، ضبط فراداده و استفاده از فراداده برای جستجو و بازیابی داده‌ها است. نمونه‌های رایج شامل نام فایل، تاریخ ایجاد، تاریخ تغییر، اندازه فایل و اطلاعات نویسنده است.

روندهای نوظهور در سیستم‌های ذخیره‌سازی

صنعت ذخیره‌سازی دائماً در حال تحول است. در اینجا برخی از روندهای نوظهور در سیستم‌های ذخیره‌سازی آورده شده است:

ذخیره‌سازی محاسباتی (Computational Storage)

ذخیره‌سازی محاسباتی فناوری است که قابلیت‌های پردازشی را مستقیماً در دستگاه ذخیره‌سازی ادغام می‌کند. این امر اجازه می‌دهد تا پردازش داده‌ها نزدیک‌تر به داده‌ها انجام شود و تأخیر کاهش یافته و عملکرد بهبود یابد. برنامه‌هایی مانند یادگیری ماشین و تحلیل داده‌ها می‌توانند از ذخیره‌سازی محاسباتی بهره زیادی ببرند.

حافظه پایدار (Persistent Memory)

حافظه پایدار نوع جدیدی از حافظه است که سرعت DRAM را با پایداری فلش NAND ترکیب می‌کند. حافظه پایدار تأخیر بسیار کم و پهنای باند بالایی را ارائه می‌دهد و برای برنامه‌های پرتقاضا مانند پایگاه‌های داده و محاسبات درون حافظه‌ای مناسب است. نمونه‌ها شامل حافظه پایدار Intel Optane DC است.

ذخیره‌سازی تعریف‌شده توسط نرم‌افزار (SDS)

ذخیره‌سازی تعریف‌شده توسط نرم‌افزار (SDS) یک معماری ذخیره‌سازی است که سخت‌افزار ذخیره‌سازی را از نرم‌افزار ذخیره‌سازی انتزاعی می‌کند. SDS به سازمان‌ها اجازه می‌دهد تا منابع ذخیره‌سازی را با انعطاف‌پذیری و کارایی بیشتری مدیریت کنند. این فناوری ویژگی‌هایی مانند تخصیص خودکار منابع، لایه‌بندی داده‌ها و تکثیر را مستقل از سخت‌افزار زیرین فعال می‌کند.

زیرساخت ترکیب‌پذیر (Composable Infrastructure)

زیرساخت ترکیب‌پذیر یک زیرساخت انعطاف‌پذیر است که به سازمان‌ها اجازه می‌دهد تا منابع محاسباتی، ذخیره‌سازی و شبکه‌سازی را به صورت پویا برای پاسخگویی به نیازهای برنامه‌های خاص تخصیص دهند. این امر به سازمان‌ها امکان می‌دهد تا بهره‌وری منابع را بهینه کرده و هزینه‌ها را کاهش دهند.

نتیجه‌گیری

ساخت سیستم‌های ذخیره‌سازی مقیاس‌پذیر و قابل اعتماد یک کار پیچیده است که نیاز به برنامه‌ریزی و اجرای دقیق دارد. با درک اصول سیستم‌های ذخیره‌سازی، انتخاب معماری و فناوری‌های مناسب و پیاده‌سازی استراتژی‌های مؤثر حفاظت و مدیریت داده، سازمان‌ها می‌توانند راه‌حل‌های ذخیره‌سازی بسازند که نیازهای فعلی و آینده آنها را برآورده کند. با ادامه تحول صنعت ذخیره‌سازی، مهم است که از روندهای و فناوری‌های نوظهور آگاه بمانید تا اطمینان حاصل کنید که سیستم‌های ذخیره‌سازی شما برای عملکرد، مقیاس‌پذیری و مقرون‌به‌صرفه بودن بهینه باقی می‌مانند. این راهنما یک درک بنیادی برای متخصصان فناوری اطلاعات در سراسر جهان برای ساخت راه‌حل‌های ذخیره‌سازی قوی و کارآمد فراهم می‌کند.