M

MLOG

Українська

Детальне дослідження проєктування, архітектур та технологій для створення масштабованих, надійних і економічно ефективних рішень для зберігання даних.

Створення масштабованих та надійних систем зберігання даних: вичерпний посібник

У сучасному світі, що керується даними, здатність зберігати, управляти та отримувати доступ до величезних обсягів інформації є надзвичайно важливою для організацій будь-якого розміру. Від невеликих стартапів до транснаціональних корпорацій, потреба у надійних та масштабованих системах зберігання даних є першорядною. Цей вичерпний посібник досліджує принципи, архітектури, технології та найкращі практики створення рішень для зберігання даних, які можуть задовольнити постійно зростаючі вимоги сучасних додатків та робочих навантажень. Ми розглянемо різноманітні аспекти, щоб читачі з різним технічним досвідом могли зрозуміти основні концепції та застосувати їх до своїх конкретних потреб.

Розуміння основ систем зберігання даних

Перш ніж занурюватися в деталі створення систем зберігання даних, важливо зрозуміти фундаментальні концепції та термінологію. У цьому розділі будуть розглянуті ключові компоненти та характеристики, що визначають систему зберігання даних.

Ключові компоненти системи зберігання даних

Ключові характеристики системи зберігання даних

Архітектури зберігання даних: вибір правильного підходу

Різні архітектури зберігання даних пропонують різні компроміси з точки зору продуктивності, масштабованості, надійності та вартості. Розуміння цих архітектур є вирішальним для вибору правильного рішення для конкретного застосування або робочого навантаження.

Системи зберігання з прямим підключенням (DAS)

DAS — це традиційна архітектура зберігання, де пристрої зберігання безпосередньо підключені до хост-сервера. Це просте та економічно ефективне рішення для невеликих розгортань, але йому не вистачає можливостей масштабування та спільного використання.

Переваги DAS:

Недоліки DAS:

Мережеві сховища даних (NAS)

NAS — це архітектура зберігання на рівні файлів, де пристрої зберігання підключені до мережі, а клієнти отримують до них доступ за допомогою протоколів спільного доступу до файлів, таких як NFS (Network File System) та SMB/CIFS (Server Message Block/Common Internet File System). NAS забезпечує централізоване зберігання та спільний доступ, що робить його придатним для файлових серверів, резервного копіювання та архівування.

Переваги NAS:

Недоліки NAS:

Мережа зберігання даних (SAN)

SAN — це архітектура зберігання на рівні блоків, де пристрої зберігання підключені до виділеної мережі, а сервери отримують до них доступ за допомогою протоколів на рівні блоків, таких як Fibre Channel (FC) та iSCSI (Internet Small Computer System Interface). SAN забезпечує високу продуктивність та масштабованість, що робить його придатним для вимогливих додатків, таких як бази даних, віртуалізація та відеомонтаж.

Переваги SAN:

Недоліки SAN:

Об'єктне сховище

Об'єктне сховище — це архітектура зберігання, де дані зберігаються як об'єкти, а не файли чи блоки. Кожен об'єкт ідентифікується унікальним ID і містить метадані, що його описують. Об'єктне сховище є високомасштабованим та довговічним, що робить його придатним для зберігання великих обсягів неструктурованих даних, таких як зображення, відео та документи. Хмарні сервіси зберігання, такі як Amazon S3, Google Cloud Storage та Azure Blob Storage, базуються на об'єктних сховищах.

Переваги об'єктного сховища:

Недоліки об'єктного сховища:

Гіперконвергентна інфраструктура (HCI)

HCI — це конвергентна інфраструктура, яка поєднує обчислювальні, сховищні та мережеві ресурси в єдину інтегровану систему. HCI спрощує управління та розгортання, що робить її придатною для віртуалізованих середовищ та приватних хмар. Зазвичай вона використовує програмно-визначене сховище (SDS) для абстрагування базового обладнання та надання таких функцій, як захист даних, реплікація та дедуплікація.

Переваги HCI:

Недоліки HCI:

Технології зберігання даних: вибір правильних носіїв та протоколів

Вибір носіїв та протоколів зберігання даних відіграє вирішальну роль у визначенні продуктивності, надійності та вартості системи зберігання.

Носії даних

Протоколи зберігання

Захист та надійність даних: забезпечення цілісності даних

Захист та надійність даних є критично важливими аспектами проєктування систем зберігання. Надійна стратегія захисту даних необхідна для запобігання втраті даних та забезпечення безперервності бізнесу.

RAID (Надлишковий масив незалежних дисків)

RAID — це технологія, яка об'єднує кілька фізичних дисків в один логічний блок для підвищення продуктивності, надійності або обох цих показників. Різні рівні RAID пропонують різні компроміси між продуктивністю, надлишковістю та вартістю.

Резервне копіювання та відновлення

Резервне копіювання та відновлення є важливими компонентами стратегії захисту даних. Резервні копії слід створювати регулярно та зберігати в окремому місці для захисту від втрати даних через збій обладнання, пошкодження програмного забезпечення або людську помилку. Процедури відновлення повинні бути чітко визначені та протестовані, щоб забезпечити швидке та ефективне відновлення даних у разі катастрофи.

Типи резервних копій:

Реплікація

Реплікація — це технологія, яка копіює дані з однієї системи зберігання на іншу, забезпечуючи надлишковість даних та можливості аварійного відновлення. Реплікація може бути синхронною або асинхронною.

Кодування з виправленням помилок (Erasure Coding)

Кодування з виправленням помилок — це метод захисту даних, що зазвичай використовується в об'єктних сховищах для забезпечення високої довговічності. Замість простої реплікації, цей метод розбиває дані на фрагменти, обчислює фрагменти парності та зберігає всі фрагменти на різних вузлах зберігання. Це дозволяє системі реконструювати вихідні дані, навіть якщо деякі фрагменти втрачені.

Оптимізація масштабованості та продуктивності

Масштабованість та продуктивність є критично важливими факторами при проєктуванні систем зберігання. Система повинна бути здатною обробляти зростаючі обсяги даних та робочі навантаження без шкоди для продуктивності.

Горизонтальне масштабування проти вертикального масштабування

Кешування

Кешування — це техніка, яка зберігає часто використовувані дані на швидкому рівні зберігання, такому як SSD або пам'ять, для підвищення продуктивності. Кешування може бути реалізовано на різних рівнях, включаючи контролер зберігання, операційну систему та додаток.

Рівневе зберігання (Tiering)

Рівневе зберігання — це техніка, яка автоматично переміщує дані між різними рівнями зберігання на основі частоти доступу до них. Часто використовувані дані зберігаються на швидших, дорожчих рівнях, тоді як рідко використовувані дані зберігаються на повільніших, дешевших рівнях. Це оптимізує вартість та продуктивність системи зберігання.

Дедуплікація даних

Дедуплікація даних — це техніка, яка усуває надлишкові копії даних для зменшення вимог до ємності зберігання. Вона зазвичай використовується в системах резервного копіювання та архівування.

Стиснення

Стиснення даних — це техніка, яка зменшує розмір даних для економії місця на сховищі. Вона зазвичай використовується в системах резервного копіювання та архівування.

Хмарне сховище: використання потужності хмари

Хмарне сховище стало все більш популярним варіантом для організацій будь-якого розміру. Постачальники хмарних сховищ пропонують широкий спектр послуг зберігання, включаючи об'єктне, блокове та файлове сховища.

Переваги хмарного сховища:

Типи хмарних сховищ:

Що слід враховувати при виборі хмарного сховища:

Управління та адміністрування даних

Ефективне управління та адміністрування даних є важливими для забезпечення якості, цілісності та безпеки даних, що зберігаються в системах. Це включає політики та процеси для контролю доступу, зберігання та видалення даних.

Управління життєвим циклом даних

Управління життєвим циклом даних (DLM) — це процес, який керує потоком даних від їх створення до остаточного видалення. DLM допомагає організаціям оптимізувати витрати на зберігання, покращити безпеку даних та відповідати нормам щодо зберігання даних. Часто це включає рівневе зберігання даних на основі їхнього віку та частоти доступу, переміщуючи старіші дані на менш дорогі рівні.

Адміністрування даних (Data Governance)

Адміністрування даних — це набір політик, процесів та стандартів, які регулюють управління та використання даних. Адміністрування даних допомагає організаціям забезпечити точність, послідовність та надійність даних. Воно також допомагає захищати конфіденційність даних та відповідати нормативним вимогам. Ключові аспекти включають:

Управління метаданими

Метадані — це дані про дані. Ефективне управління метаданими є вирішальним для розуміння, організації та доступу до даних, що зберігаються в системах. Управління метаданими включає визначення стандартів метаданих, їх збір та використання для пошуку та отримання даних. Поширені приклади включають імена файлів, дати створення, дати модифікації, розміри файлів та інформацію про автора.

Нові тенденції в системах зберігання даних

Індустрія зберігання даних постійно розвивається. Ось деякі з нових тенденцій у системах зберігання даних:

Обчислювальні сховища (Computational Storage)

Обчислювальне сховище — це технологія, яка інтегрує обчислювальні можливості безпосередньо в пристрій зберігання. Це дозволяє виконувати обробку даних ближче до самих даних, зменшуючи затримку та покращуючи продуктивність. Такі додатки, як машинне навчання та аналітика даних, можуть значно виграти від обчислювальних сховищ.

Постійна пам'ять (Persistent Memory)

Постійна пам'ять — це новий тип пам'яті, який поєднує швидкість DRAM з постійністю NAND флеш-пам'яті. Постійна пам'ять пропонує дуже низьку затримку та високу пропускну здатність, що робить її придатною для вимогливих додатків, таких як бази даних та обчислення в пам'яті. Приклади включають Intel Optane DC Persistent Memory.

Програмно-визначене сховище (SDS)

Програмно-визначене сховище (SDS) — це архітектура зберігання, яка абстрагує апаратне забезпечення від програмного забезпечення для зберігання. SDS дозволяє організаціям гнучкіше та ефективніше керувати ресурсами зберігання. Вона забезпечує такі функції, як автоматизоване надання ресурсів, рівневе зберігання та реплікація, незалежно від базового обладнання.

Компонована інфраструктура (Composable Infrastructure)

Компонована інфраструктура — це гнучка інфраструктура, яка дозволяє організаціям динамічно розподіляти обчислювальні, сховищні та мережеві ресурси для задоволення потреб конкретних додатків. Це дозволяє організаціям оптимізувати використання ресурсів та зменшити витрати.

Висновок

Створення масштабованих та надійних систем зберігання даних — це складне завдання, що вимагає ретельного планування та виконання. Розуміючи основи систем зберігання, обираючи правильну архітектуру та технології, а також впроваджуючи ефективні стратегії захисту та управління даними, організації можуть створювати рішення для зберігання, які відповідатимуть їхнім поточним та майбутнім потребам. Оскільки індустрія зберігання продовжує розвиватися, важливо бути в курсі нових тенденцій та технологій, щоб забезпечити оптимізацію ваших систем зберігання за продуктивністю, масштабованістю та економічною ефективністю. Цей посібник надає фундаментальне розуміння для IT-фахівців у всьому світі для створення надійних та ефективних рішень для зберігання даних.