فضای ذخیره‌سازی بلوکی (Block Storage) چیست؟

فضای ذخیره‌سازی بلوکی چیست؟

فضای ذخیره‌سازی بلوکی فناوری است که ذخیره‌سازی داده و دستگاه‌های ذخیره‌سازی را کنترل می‌کند. این فناوری هر داده‌ای، مانند یک فایل یا ورودی پایگاه داده را می‌گیرد و آن را به بلوک‌هایی با اندازه مساوی تقسیم می‌کند. سپس سیستم ذخیره‌سازی بلوکی، بلوک داده را روی فضای ذخیره‌سازی فیزیکی زیرین به روشی بهینه برای دسترسی و بازیابی سریع ذخیره می‌کند. توسعه‌دهندگان، فضای ذخیره‌سازی بلوکی را برای برنامه‌هایی که نیاز به دسترسی کارآمد، سریع و مطمئن به داده‌ها دارند، ترجیح می‌دهند. فضای ذخیره‌سازی بلوکی را به عنوان یک خط لوله مستقیم‌تر به داده‌ها در نظر بگیرید. در مقابل، فضای ذخیره‌سازی فایل یک لایه اضافی متشکل از یک سیستم فایل (NFS، SMB) برای پردازش قبل از دسترسی به داده‌ها دارد.

مزایای فضای ذخیره‌سازی بلوکی چیست؟

سازمان‌ها به دلیل مزایای زیر از فضای ذخیره‌سازی سطح بلوکی استفاده می‌کنند.

عملکرد:

فراداده، داده‌های اضافی است که داده‌های اصلی موجود در سیستم ذخیره‌سازی را توصیف می‌کند. فضای ذخیره‌سازی بلوکی از فراداده محدود استفاده می‌کند، اما برای عملیات خواندن/نوشتن به شناسه های منحصر به فرد اختصاص داده شده به هر بلوک متکی است. این امر سربار انتقال داده را کاهش می‌دهد و به سرور اجازه می‌دهد تا به طور کارآمد به داده‌های موجود در فضای ذخیره‌سازی بلوکی دسترسی داشته و آنها را بازیابی کند. از آنجا که فراداده فضای ذخیره‌سازی بلوکی محدود است، فضای ذخیره‌سازی بلوکی تأخیر بسیار کمی را برای حجم‌های کاری با عملکرد بالا ارائه می‌دهد. این امر برای برنامه‌های حساس به تأخیر مانند پایگاه‌های داده مورد نیاز است. به عنوان مثال، Viasat از Amazon Elastic Block Store (Amazon EBS) برای ثبت داده‌های توان عملیاتی بالا (تراکنش بالا) و بهینه‌سازی هزینه‌های ذخیره‌سازی استفاده می‌کند. سازمان‌ها از Amazon EBS برای بهینه‌سازی عملکرد و هزینه، مقیاس و چابکی و برای محافظت از داده‌ها با EBS Snapshots استفاده می‌کنند.

معماری فضای ذخیره‌سازی بلوکی مسیرهای متعددی را برای دسترسی به داده‌ها فراهم می‌کند، در حالی که فضای ذخیره‌سازی فایل فقط یک مسیر را فراهم می‌کند، به همین دلیل فضای ذخیره‌سازی بلوکی برای برنامه‌های با عملکرد بالا ترجیح داده می‌شود.

انعطاف‌پذیری و مقیاس‌پذیری:

دستگاه‌های ذخیره‌سازی بلوکی به محیط‌های شبکه خاصی محدود نیستند. بلوک‌های جداگانه را می‌توان برای سیستم‌عامل‌های مختلف، مانند ویندوز یا لینوکس پیکربندی کرد. توسعه‌دهندگان می‌توانند داده‌ها را در محیط‌های مختلف به اشتراک بگذارند تا از دسترسی بالا اطمینان حاصل کنند. معماری فضای ذخیره‌سازی بلوکی نیز بسیار مقیاس‌پذیر است. توسعه‌دهندگان می‌توانند بلوک‌های جدید را به بلوک‌های موجود اضافه کنند تا نیازهای رو به رشد ظرفیت را برآورده کنند.

اصلاح مکرر:

فضای ذخیره‌سازی بلوکی از نوشتن مکرر داده‌ها بدون تأثیر بر عملکرد پشتیبانی می‌کند. به جای بازنویسی کل فایل، سیستم بلوک خاصی را که نیاز به اصلاح دارد، شناسایی می‌کند. سپس، بلوک انتخاب شده را با داده‌های جدید بازنویسی می‌کند. این امر باعث می‌شود فضای ذخیره‌سازی بلوکی برای مدیریت فایل‌های بزرگ که نیاز به به‌روزرسانی مکرر دارند، بسیار کارآمد باشد.

کنترل دانه‌ای:

توسعه‌دهندگان درجه بالایی از کنترل را بر ذخیره‌سازی داده‌ها در فضای ذخیره‌سازی بلوکی به دست می‌آورند. به عنوان مثال، آنها می‌توانند با گروه‌بندی داده‌های سریع‌تغییر در بلوک‌های خاص و ذخیره فایل‌های ثابت در بلوک‌های دیگر، عملکرد را بهینه کنند. این امر عملکرد سیستم را بهبود می‌بخشد، زیرا به‌روزرسانی‌های مداوم فقط تعداد کمی از بلوک‌های داده را به جای کل فایل تحت تأثیر قرار می‌دهند. به عنوان مثال، فضای ذخیره‌سازی بلوکی به شما این انعطاف‌پذیری را می‌دهد که داده‌های سریع‌تغییر را روی دیسک حالت جامد (SSD) برای بالاترین عملکرد قرار دهید و داده‌های گرم یا سرد را روی هارد دیسک‌های کم‌هزینه‌تر (HDD) ذخیره کنید.

موارد استفاده از فضای ذخیره‌سازی بلوکی چیست؟

ویژگی‌های منحصر به فرد فضای ذخیره‌سازی بلوکی، آن را به گزینه ترجیحی برای برنامه‌های تراکنشی، حیاتی و ورودی/خروجی فشرده تبدیل می‌کند. فضای ذخیره‌سازی بلوکی برای طیف گسترده‌ای از برنامه‌ها از جمله پایگاه‌های داده رابطه‌ای یا تراکنشی، پایگاه‌های داده سری زمانی، کانتینرها، دیسک‌های بوت و سیستم‌های فایل هایپروایزر استفاده می‌شود.

شبکه‌های منطقه ذخیره‌سازی:

توسعه‌دهندگان اغلب فضای ذخیره‌سازی بلوکی را به عنوان یک شبکه منطقه ذخیره‌سازی (SAN) مستقر می‌کنند. SAN یک فناوری شبکه پیچیده است که فضای ذخیره‌سازی بلوکی را به چندین سیستم شبکه‌ای ارائه می‌دهد، گویی که این بلوک‌ها دستگاه‌های متصل محلی هستند. SANها معمولاً از اتصال فیبر کانال استفاده می‌کنند. در مقابل، یک فضای ذخیره‌سازی متصل به شبکه (NAS) یک دستگاه واحد است که فایل‌ها را از طریق اترنت ارائه می‌دهد.

معماری SAN از سه لایه تشکیل شده است:

• لایه میزبان شامل سرورهایی است که دسترسی به ذخیره‌سازی را مدیریت می‌کنند.
• لایه ذخیره‌سازی شامل دستگاه‌های ذخیره‌سازی بلوکی فیزیکی مانند نوار مغناطیسی، درایوهای دیسک یا رسانه‌های نوری است.
• لایه Fabric سرورهای SAN و ذخیره‌سازی SAN را با دستگاه‌هایی مانند سوئیچ‌های SAN، پل‌های پروتکل، روترها، کابل‌ها و دستگاه‌های دروازه پل می‌کند.

مهم است که توجه داشته باشید که SANها با استفاده از تکثیر همزمان یا ناهمزمان در مسافت‌های طولانی، افزونگی را به کار می‌برند. این امر باعث کاهش زمان از کارافتادگی در صورت عدم دسترسی به یک مکان جغرافیایی می‌شود.

معماری SAN می‌تواند با چندین نوع ذخیره‌سازی در یک محیط واحد، از جمله فضای ذخیره‌سازی بلوکی، کار کند. فضای ذخیره‌سازی بلوکی یک جایگزین بسیار کارآمد برای ذخیره‌سازی فایل در SANها ارائه می‌دهد.

کانتینرها:

توسعه‌دهندگان از فضای ذخیره‌سازی بلوکی برای ذخیره برنامه‌های کانتینری شده در فضای ابری استفاده می‌کنند. کانتینرها بسته‌های نرم‌افزاری هستند که شامل برنامه و فایل‌های منبع آن برای استقرار در هر محیط محاسباتی هستند. مانند کانتینرها، فضای ذخیره‌سازی بلوکی نیز به همان اندازه انعطاف‌پذیر، مقیاس‌پذیر و کارآمد است. با فضای ذخیره‌سازی بلوکی، توسعه‌دهندگان می‌توانند کانتینرها را به طور یکپارچه بین سرورها، مکان‌ها و محیط‌های عملیاتی منتقل کنند.

حجم‌های کاری تراکنشی:

حجم‌های کاری تراکنشی توالی داده‌های تولید شده در نقاط خاصی از فرآیندهای تجاری هستند. به عنوان مثال، سوابق فروش، گزارش‌های عملیات و هشدارهای ورود به سیستم، حجم‌های کاری تراکنشی هستند. سازمان‌هایی که تراکنش‌های حساس به زمان و حیاتی را پردازش می‌کنند، چنین حجم‌های کاری را در یک پایگاه داده با تأخیر کم، ظرفیت بالا و تحمل خطا ذخیره می‌کنند.فضای ذخیره‌سازی بلوکی به توسعه‌دهندگان اجازه می‌دهد تا یک پایگاه داده تراکنشی قوی، مقیاس‌پذیر و بسیار کارآمد راه‌اندازی کنند. از آنجا که هر بلوک یک واحد مستقل است، پایگاه داده به طور بهینه عمل می‌کند، حتی زمانی که داده‌های ذخیره شده رشد می‌کنند. علاوه بر این، بلوک‌های ذخیره‌سازی جداگانه را می‌توان در سرورهای مختلف میزبانی کرد و از تنگناهای دسترسی جلوگیری کرد.در برنامه‌های حیاتی، فضای ذخیره‌سازی بلوکی توسط یک آرایه افزونه از دیسک‌های مستقل (RAID) برای اطمینان از افزونگی داده‌ها ایمن می‌شود. سیستم RAID از فایل‌های داده در فضای ذخیره‌سازی ثانویه پشتیبان تهیه می‌کند و در صورت خرابی دیسک اصلی، کپی را بازیابی می‌کند. این امر تضمین می‌کند که برنامه هنگام ذخیره و بازیابی حجم‌های کاری تراکنشی در فضای ذخیره‌سازی بلوکی بدون وقفه باقی می‌ماند.

تجزیه و تحلیل و انبار داده:

فضای ذخیره‌سازی بلوکی با معماری HDFS (سیستم فایل توزیع شده Hadoop) Hadoop برای ذخیره داده‌ها به عنوان واحدهای توزیع شده مستقل استفاده می‌شود که عملکرد را برای برنامه‌های تحلیلی Hadoop و Kafka فراهم می‌کند.