Как устроены хранилища данных: обзор для новичков

в 11:37, , рубрики: 1cloud, Блог компании 1cloud.ru, объектное хранилище, Разработка веб-сайтов, Разработка под e-commerce, хостинг, хранение данных

Международный рынок гипермасштабируемых дата-центров растет с ежегодными темпами в 11%. Основные «драйверы» — предприятия, подключенные устройства и пользователи — они обеспечивают постоянное появление новых данных. Вместе с объемом рынка растут и требования к надежности хранения и уровню доступности данных.

Ключевой фактор, влияющий на оба критерия — системы хранения. Их классификация не ограничивается типами оборудования или брендами. В этой статье мы рассмотрим разновидности хранилищ — блочное, файловое и объектное — и определим, для каких целей подходит каждое из них.

Как устроены хранилища данных: обзор для новичков - 1
/ Flickr / Jason Baker / CC

Типы хранилищ и их различия

Хранение на уровне блоков лежит в основе работы традиционного жесткого диска или магнитной ленты. Файлы разбиваются на «кусочки» одинакового размера, каждый с собственным адресом, но без метаданных. Пример — ситуация, когда драйвер HDD пишет и считывает блоки по адресам на отформатированном диске. Такие СХД используются многими приложениями, например, большинством реляционных СУБД, в списке которых Oracle, DB2 и др. В сетях доступ к блочным хостам организуется за счет SAN с помощью протоколов Fibre Channel, iSCSI или AoE.

Файловая система — это промежуточное звено между блочной системой хранения и вводом-выводом приложений. Наиболее распространенным примером хранилища файлового типа является NAS. Здесь, данные хранятся как файлы и папки, собранные в иерархическую структуру, и доступны через клиентские интерфейсы по имени, названию каталога и др.

Как устроены хранилища данных: обзор для новичков - 2

/ Wikimedia / Mennis / CC

При этом следует отметить, что разделение «SAN — это только сетевые диски, а NAS — сетевая файловая система» искусственно. Когда появился протокол iSCSI, граница между ними начала размываться. Например, в начале нулевых компания NetApp стала предоставлять iSCSI на своих NAS, а EMC — «ставить» NAS-шлюзы на SAN-массивы. Это делалось для повышения удобства использования систем.

Что касается объектных хранилищ, то они отличаются от файловых и блочных отсутствием файловой системы. Древовидную структуру файлового хранилища здесь заменяет плоское адресное пространство. Никакой иерархии — просто объекты с уникальными идентификаторами, позволяющими пользователю или клиенту извлекать данные.

Марк Горос (Mark Goros), генеральный директор и соучредитель Carnigo, сравнивает такой способ организации со службой парковки, предполагающей выдачу автомобиля. Вы просто оставляете свою машину парковщику, который увозит её на стояночное место. Когда вы приходите забирать транспорт, то просто показываете талон — вам возвращают автомобиль. Вы не знаете, на каком парковочном месте он стоял.

Большинство объектных хранилищ позволяют прикреплять метаданные к объектам и агрегировать их в контейнеры. Таким образом, каждый объект в системе состоит из трех элементов: данных, метаданных и уникального идентификатора — присвоенного адреса. При этом объектное хранилище, в отличие от блочного, не ограничивает метаданные атрибутами файлов — здесь их можно настраивать.

Как устроены хранилища данных: обзор для новичков - 3
/ 1cloud

Применимость систем хранения разных типов

Блочные хранилища

Блочные хранилища обладают набором инструментов, которые обеспечивают повышенную производительность: хост-адаптер шины разгружает процессор и освобождает его ресурсы для выполнения других задач. Поэтому блочные системы хранения часто используются для виртуализации. Также хорошо подходят для работы с базами данных.

Недостатками блочного хранилища являются высокая стоимость и сложность в управлении. Еще один минус блочных хранилищ (который относится и к файловым, о которых далее) — ограниченный объем метаданных. Любую дополнительную информацию приходится обрабатывать на уровне приложений и баз данных.

Файловые хранилища

Среди плюсов файловых хранилищ выделяют простоту. Файлу присваивается имя, он получает метаданные, а затем «находит» себе место в каталогах и подкаталогах. Файловые хранилища обычно дешевле по сравнению с блочными системами, а иерархическая топология удобна при обработке небольших объемов данных. Поэтому с их помощью организуются системы совместного использования файлов и системы локального архивирования.

Пожалуй, основной недостаток файлового хранилища — его «ограниченность». Трудности возникают по мере накопления большого количества данных — находить нужную информацию в куче папок и вложений становится трудно. По этой причине файловые системы не используются в дата-центрах, где важна скорость.

Объектные хранилища

Что касается объектных хранилищ, то они хорошо масштабируются, поэтому способны работать с петабайтами информации. По статистике, объем неструктурированных данных во всем мире достигнет 44 зеттабайт к 2020 году — это в 10 раз больше, чем было в 2013. Объектные хранилища, благодаря своей возможности работать с растущими объемами данных, стали стандартом для большинства из самых популярных сервисов в облаке: от Facebook до DropBox.

Такие хранилища, как Haystack Facebook, ежедневно пополняются 350 млн фотографий и хранят 240 млрд медиафайлов. Общий объем этих данных оценивается в 357 петабайт.

Хранение копий данных — это другая функция, с которой хорошо справляются объектные хранилища. По данным исследований, 70% информации лежит в архиве и редко изменяется. Например, такой информацией могут выступать резервные копии системы, необходимые для аварийного восстановления.

Но недостаточно просто хранить неструктурированные данные, иногда их нужно интерпретировать и организовывать. Файловые системы имеют ограничения в этом плане: управление метаданными, иерархией, резервным копированием — все это становится препятствием. Объектные хранилища оснащены внутренними механизмами для проверки корректности файлов и другими функциями, обеспечивающими доступность данных.

Плоское адресное пространство также выступает преимуществом объектных хранилищ — данные, расположенные на локальном или облачном сервере, извлекаются одинаково просто. Поэтому такие хранилища часто применяются для работы с Big Data и медиа. Например, их используют Netflix и Spotify. Кстати, возможности объектного хранилища сейчас доступны и в сервисе 1cloud.

Благодаря встроенным инструментам защиты данных с помощью объектного хранилища можно создать надежный географически распределенный резервный центр. Его API основан на HTTP, поэтому к нему можно получить доступ, например, через браузер или cURL. Чтобы отправить файл в хранилище объектов из браузера, можно прописать следующее:

<form action  = "[url_storage/account/container/object]"
      method  = "post"
      enctype = "multipart/form-data">
      <input type="hidden" name="redirect"  value="[url_result]">
      <input type="hidden" name="signature" value="[hmac]">
      <input type="file"   name="file_name">
      <input type="submit">
</form>

После отправки к файлу добавляются необходимые метаданные. Для этого есть такой запрос:

curl -i [url_storage/account/container/object] -X POST 
-H "X-Auth-Token: [token]" -H "X-Object-Meta-ValueA: [value-a]"

Богатая метаинформация объектов позволит оптимизировать процесс хранения и минимизировать затраты на него. Эти достоинства — масштабируемость, расширяемость метаданных, высокая скорость доступа к информации — делают объектные системы хранения оптимальным выбором для облачных приложений.

Однако важно помнить, что для некоторых операций, например, работы с транзакционными рабочими нагрузками, эффективность решения уступает блочным хранилищам. А его интеграция может потребовать изменения логики приложения и рабочих процессов.

P.S. Еще несколько материалов о хранении данных из блога 1cloud:

Автор: 1cloud

Источник

Поделиться

* - обязательные к заполнению поля