Современные системы хранения данных (СХД)

Определение терминов «хранение данных» и «СХД»

В большинстве случаев под хранением понимают запись сведений на накопитель любого типа для последующего их применения в какой-либо сфере деятельности. А вот система хранения данных – это некий сервер физического или виртуального типа (или его часть), предназначение которого – хранить и обрабатывать файлы различного типа. В большинстве случаев СХД используются для работы с Big Data. Они используются для выполнения резервного копирования, обеспечения работы систем видеонаблюдения, обеспечения документооборота в рамках конкретной компании и так далее.

На скорость работы любой СХД влияют несколько основных факторов: например, используемая архитектура сервера и тот тип доступа к сети, который используется в конкретной компании.

Виртуализация СХД

Под виртуализацией платформ понимается разделение всего пласта ресурсов на отдельные диски логического типа, которые затем можно подключать в случае необходимости. Такой подход существенно облегчает процесс администрирования и обслуживания инфраструктуры. Суть в том, что администратор просто добавляет пул виртуальных дисков при помощи консоли, а сервер работает с ними уже как с физическими.

Чаще всего виртуализацию используют в тех случаях, если имеется две или более разрозненных СХД, которые необходимо объединить в одно целое. Запустить виртуализацию гораздо проще и дешевле, чем менять всё железо, выстраивая более объёмную систему, способную вместить все необходимые сведения. Причём если использовать возможности виртуализации, можно существенно сэкономить на построении инфраструктуры.

Преимущества виртуализации:

• Гибкость. Она даёт возможность быстро увеличить или уменьшить количество ресурсов, просто подключив необходимые к конкретному серверу.
• Эффективность. Подобная платформа даёт возможность быстро и эффективно управлять информацией, а также проводить анализ их использования клиентами.
• Экономичность. Даёт возможность перераспределять ресурсы и назначать даже старые диски разных типов в качестве накопителей для хранения информации.
• Универсальность. Позволяет подключать практически любые типы систем хранения данных (например, NAS, SAN, облачные хранилища и так далее).
• Сокращение затрат на администрирование. Позволяет существенно упростить инфраструктуру, что в результате приведёт к снижению затрат по её обслуживанию (в том числе можно будет сократить штат специалистов, обслуживающих ее). Виртуализация предполагает минимальное участие человека в работе платформы.
• Наращивание ёмкости хранения никак не влияет на бизнес-процессы, что крайне важно для сервисов, доступность которых должна быть круглосуточной.
• Процессы репликации и резервирования становятся проще и удобнее. Благодаря виртуализации появляется возможность настроить автоматическое создание резервных копий, а также подключить опцию зеркалирования дисков.

Получается, что виртуализация продуктов является необходимой для современного бизнеса, поскольку позволяет решать различные задачи при минимальных затратах со стороны заказчика. Клиенты же и вовсе никаких изменений не увидят, поскольку будут обращаться напрямую к данным, размещённым на накопителе. К тому же, такая технология (в отличие от облачных хранилищ) никак не зависит от скорости и стабильности Интернет-соединения.

Для чего бизнесу нужна система хранения данных

Система хранения данных (СХД) — это одна из основ, на которой строится современный бизнес. Представьте, что у вас есть потребность каждый день создавать гигабайты ценных сведений: клиентские сведения, финансовые отчеты, маркетинговые исследования, видеоконтент, документы и так далее. Всё это нужно где-то хранить, защищать и быстро извлекать при необходимости. 

Подобные продукты позволяют бизнесу эффективно управлять огромными массивами данных, обеспечивая их надежное хранение и быстрый доступ к ним. Это особенно важно, когда речь идет о компаниях, которые работают с большими объемами информации, — от интернет-магазинов и банков до медиакомпаний и научных центров. Благодаря таким платформам бизнес может масштабироваться, оставаясь стабильным и оперативным. Вы же не хотите, чтобы ваш онлайн-магазин «упал» в разгар продаж, потому что сервер не выдержал нагрузки? Решение, о котором мы сегодня говорим, как раз предотвращает подобные проблемы.

Кроме того, современные продукты обеспечивают высокий уровень безопасности. В эпоху, когда утечки сведений могут стоить бизнесу миллионов рублей, надёжное хранилище — это не роскошь, а необходимость. Успех многих проектов зависит от того, насколько оперативно можно получить нужную информацию. Платформы дают возможность быстро обрабатывать сведения и обеспечивать доступ к ним в реальном времени, что позволяет принимать решения без задержек.

Как устроена система хранения данных

Основные ее компоненты — это устройства хранения (дисковые массивы, SSD, HDD), контроллеры и сетевые интерфейсы. Дисковые массивы обеспечивают физическое хранение информации, а контроллеры отвечают за обработку и управление доступом. Они контролируют, как сведения читаются, записываются и передаются между устройствами и конечными пользователями. Сетевые интерфейсы нужны для подключения к другим устройствам в сети, обеспечивая быстрый и стабильный доступ к информации.

Современные варианты также включают в себя ещё и программные решения для виртуализации и управления данными. Это могут быть технологии для создания резервных копий, восстановления после сбоев, оптимизации хранилищ и распределения нагрузки. То есть, платформа автоматически может «подстраиваться» под текущие задачи и требования бизнеса. Например, если у вас растёт объём информации или нагрузка на выбранный продукт увеличивается, такая платформа способна динамически распределить ресурсы, чтобы обеспечить стабильную работу.

Независимо от того, нужен ли вам простой файловый сервер или сложная структура для обработки big data, они предлагают гибкость и надёжность для решения любых задач.

Классификация СХД

Существуют несколько основных типов систем, которые различают по разным признакам. Стоит более подробно остановиться на наиболее часто используемых вариантах. Так будет возможность выбрать наиболее подходящую под определённые задачи.

По типу подключения:

• Внутреннее. Имеется в виду стандартное подключение накопителей с необходимыми сведениями. То есть, они устанавливаются там же, где размещаются другие компоненты устройства и где они будут использоваться.
• Внешнее. Такое подключение предполагает наличие шины вне корпуса сервера или же производительной сетевой карты. В этом случае накопители могут размещаться на специальной стойке под диски. Такой вариант достаточно стабилен, но требует гораздо больших усилий для обеспечения бесперебойной работы.

По типу используемых накопителей:

• Дисковые. Наиболее распространённые сейчас. В них информация хранится на классических HDD (жёстких дисках). Они обладают отличной надёжностью и достаточно дешевы в обслуживании.
• Ленточные. Для записи файлов в таких накопителях используются магнитные ленты. Они применяются в основном для резервного копирования важной информации, как исключительно надёжные.
• Flash. В них для хранения файлов используются SSD (Solid State Drive). Подобные варианты обладают высокими скоростями записи и считывания, но в плане ресурса они немного отстают от дисковых, да и существенно дороже последних.
• Гибридные. В таких продуктах используются одновременно HDD и SSD-накопители. Получается неплохой баланс между надёжностью и скоростью. С их обслуживанием, как правило, проблем нет.

По форме хранения:

• Файлы. Именно такой тип повсеместно используется для решения разных задач. При этом структура такова, что данные остаются одинаковыми как для пользователя, так и для накопителя.
• Блоки. Здесь используются равные по объёму области, но общую их структуру задаёт пользователь. При использовании такого варианта есть возможность существенно повысить скорость работы за счёт отсутствия преобразовательного слоя «блоки-файлы».
• Объекты. Здесь все сведения сохраняются в виде объектов с метаданными. При этом используется плоская ФС.

По реализации:

• Аппаратные. Как правило, под этим типом понимаются «железные» RAID и HBA контроллеры, а также узкоспециализированные решения.
• Программные. Это специальные реализации RAID с ФС BtrFS, NFS, а также протоколами iSCSI, SDS.

Виды СХД по доступу к хранилищу

Теперь стоит подробнее рассмотреть наиболее популярные варианты решений, а также выделить их основные преимущества и недостатки. Это поможет сделать выбор в пользу наиболее подходящего из них.

DAS (Direct Attached Storage)

Именно этот вариант подключения накопителей использовался в первых серверах. Он же успешно применяется и в настоящее время. Суть его в том, что компьютер использует подключенный накопитель монопольно, обращаясь к нему поблочно. Поэтому скорость передачи данных традиционно высокая. Помимо этого, такой вариант организации сервера является одним из самых дешёвых. Поэтому при использовании DAS появляется возможность сэкономить.

Но у этой технологии есть ряд недостатков. Наиболее существенный заключается в том, что совместное использование дисков разных серверов невозможно. К примеру, если компании нужно несколько серверов, то при таком варианте одновременно пользоваться всеми мощностями не получится. В результате пострадает оптимизация платформы: получится дисбаланс – один сервер будет всегда загружен, а второй не сможет использовать всё пространство на диске.

Системы с одним накопителем как правило используются в компаниях с минимальной нагрузкой, либо в домашних условиях. Если необходимо хранить большие массивы информации, то несколько дисков объединяются в RAID программно или с помощью «железной» платы расширения. Также в них дополнительно настраивают кэширование на менее ёмком SSD накопителе, чтобы хоть как-то оптимизировать СХД.

SAN (Storage Area Network)

Это технология, предполагающая использование локальной сети выделенного типа. Позволит связать серверы друг с другом и решить проблему с утилизацией всего объёма накопителей серверами. Также она отличается хорошей отказоустойчивостью (в отличие от инфраструктуры, использующей DAS).

NAS (Network Attached Storage)

Это файловое хранилище, использующее сеть для своей работы. Оно даёт возможность подключать ресурсы накопителей посредством сетевых протоколов (например, NFS или SMB). В большинстве подобных систем используются основные принципы DAS, но в отличие от последнего NAS предоставляет общий файловый доступ. Поскольку работа в ней ведётся с применением сетевого подключения, то сам пул с накопителями легко может находиться от потребителей на изрядном удалении. Но могут возникать некоторые проблемы с сетевым каналом (время от времени), поскольку весь он будет занят NAS. Проблема решается использованием отдельных сетевых карт исключительно под ее нужды. Также NAS берёт все задачи по предоставлению общего доступа на себя, в отличие от того же SAN.

Unified Storage

Представляют собой универсальные продукты, которые одновременно могут совмещать в себе функции NAS и SAN. По статистике, чаще всего в Unified Storage используют именно функционал SAN, так как в ней можно настроить файловый доступ к дисковому пространству. Для обеспечения файлового доступа требуются производительные карты (чтобы установить стабильное сетевое соединение).Сама файловая система создаётся на отдельном блочном устройстве и уже через сетевое соединение она раздаётся по сети клиентам при помощи какого-либо файлового протокола (наиболее часто используется NFS). По статистике, они используются достаточно редко (большинство клиентов предпочитают классические или облачные варианты).

SDS (Software-Defined Storage)

Под этим названием скрывается программно-определяемая СХД, работа которой основана на принципах DAS. В ней дисковые хранилища, предназначенные для нескольких разных серверов, объединяются в цельный пул и таким образом клиенты получают быстрый доступ к общедисковому пространству. Чаще всего для их организации используются максимально защищённые от сбоев файловые системы GlusterFS и Ceph, но также встречаются варианты на основе классических ФС LVM2, iSCSI или NFS. Главное преимущество SDS заключается в том, что данная технология даёт возможность построить отказоустойчивую и производительную СХД даже в том случае, если у клиента стандартное (или вовсе устаревшее) оборудование.

Кроме того, если в ней убрать зависимость от общей локальной сети и запустить её на выделенных сетевых картах, получится добиться производительности крупных СХД вроде SAN\NAS, при этом исключив недостатки последних. По мнению некоторых специалистов, за SDS будущее, поскольку подобная инфраструктура универсальна и её можно использовать для разных задач. Также оборудование, необходимое для организации SDS теряет в своей стоимости гораздо быстрее, чем специальные аппаратные компоненты, использующиеся для запуска той же SAN. В результате, есть возможность существенно сэкономить. Из недостатков SDS только достаточно высокая сложность системы и чрезмерная перегруженность (требуется больше оборудования).

Как выбрать СХД для бизнеса

Прежде всего, определитесь с задачами, которые она должна решать. Если вашей компании нужно хранить и обрабатывать огромные БД с высокой скоростью, лучше выбрать блочные хранилища. Они обеспечивают быстрый доступ и идеально подходят для задач, связанных с виртуализацией и БД. Если же требуется централизованный доступ к файлам для нескольких сотрудников, обратите внимание на файловые хранилища, такие как NAS. А если нужно хранить большое количество неструктурированной информации — например, архивы видеофайлов или резервные копии — стоит рассмотреть объектные хранилища.

Следующий важный аспект — масштабируемость. Ваш бизнес развивается, и СХД должна быть готова расти вместе с ним. Обратите внимание на платформы, которые легко можно расширить без остановки работы. 

Выбирайте продукты, которые поддерживают создание резервных копий и защиту сведений от потерь. Например, многие современные продукты предлагают встроенные возможности для автоматического бэкапа и восстановления данных, что минимизирует риск утечек и сбоев.

И, конечно, не забудьте о бюджете. Сначала определитесь с приоритетами — что для вашего бизнеса важнее: скорость, объем хранения или надежность? На основе этого можно подобрать оптимальное решение в нужной ценовой категории. Хороший совет — не экономить на подобном, если надежность информации критична для вашего бизнеса. Помните, что стоимость простоев и потерь может оказаться гораздо выше, чем инвестиции в качественное оборудование.