Система хранения данных (СХД)

   СХД в общем случае - это комплекс, состоящий из аппаратных хранилищ с теми или иными носителями информации (HDD, SSD, ленточные картриджи,...), объединенных сетью хранения и программного обеспечения управления и контроля.

   Общее пространство в системе хранения данных делится на:

• оперативное;
• резервное;
• архивное.

Оперативное хранение

   Раздел СХД, информация в котором непосредственно участвует в производственной деятельности предприятия. В свою очередь, этот раздел может разделяться на несколько уровней (tier), отличающихся скоростью доступа к информации - так называемое, иерархическое хранение. Делается это для оптимизации стоимости системы.

   Самые востребованные, "горячие" данные или данные, скорость доступа к которым существенно влияет на общую производительность вычислительной системы, помещаются верхний уровень системы хранения, на самые быстрые носители. Обычно, эти данные составляют небольшую долю от общего объема хранимой информации. На нижних уровнях располагается менее критичная к скорости доступа информация ("холодные данные"), стоимость хранения которой значительно меньше за счет использования более дешевых носителей.

Таблица 1. Сравнение стоимости единицы объема для разных типов накопителей (данные на 1 кв. 2018)

Резервное хранение

   Резервное хранилище должно располагаться на отдельном хранилище в системе хранения данных (для безопасности) и содержит одну или несколько копий важной, критической к потере информации. Резервная копия может содержать полный объем данных на заданную дату (полный бэкап) или это может быть серия изменений (инкрементов) за определенные периоды времени. В случае отказа основного хранилища или потери им данных, информация может быть оперативно восстановлена с резервной копии. При этом, чем чаще и регулярнее делается резервная копия, тем меньше вероятность безвозвратной потери информации и меньше время восстановления системы. Соответственно - меньше риск финансовых потерь. Обратная сторона процесса бэкапа - на него отвлекаются вычислительные ресурсы системы и пропускная способность сети хранения. Не оптимально выстроенное резервное копирование может привести к существенной потере производительности или даже остановке.

   Частным случаем резервного хранения является полная оперативная копия рабочего раздела хранилища - зеркало. Принцип работы зеркала достаточно прост. Запись данных ведется одновременно в два хранилища. В случае затруднений в получении данных от основного хранилища, чтение производится с "зеркального". В отличие от резервного хранилища, зеркало имеет единственную копию данных. Соответственно - безвозвратные потери информации, вызванные ошибочными или злонамеренными действиями пользователя или сбоем программного обеспечения невозможно восстановить с помощью зеркала. Подобная операция будет произведена синхронно на обоих хранилищах, так как является для системы легитимной.

Архивное хранение

   Архив организуется на носителях с самой низкой стоимостью единицы объема для данных, доступ к которым крайне редок. Скорость получения данных из архива, как правило, не является существенным показателем.

   До недавнего времени, традиционным носителем для архивного хранения были ленточные накопители, так как они имели самый низкий показатель стоимость/емкость. Правда, к непосредственной стоимости ленточного картриджа добавлялась стоимость устройства чтения/записи - стримера и стоимость робота, подающего кассеты в стример. Таким образом, в действительности, относительная низкая стоимость достигалась при использовании большого количества ленточных картриджей.

   В настоящее время, в качестве архивных носителей все чаще используют накопители на жестких дисках. Все производители НЖМД имеют в своей номенклатуре специальные архивные серии накопителей, использующие технологии для уменьшения стоимости единицы объема и потребления электроэнергии. Это НЖМД с низкими оборотами шпинделя и большой плотностью записи. Еще большего эффекта производители добиваются с помощью оптимизированных для архивного применения методов - в частности, черепичной записи информации (Shingled Magnetic Recording, SMR), когда последующая дорожка частично затирает информацию на предыдущей, но в итоге ширина дорожки уменьшается, увеличивая тем самым плотность записи.

   Архивное хранение на НЖМД имеет существенный недостаток по сравнению с ленточными системами - в большинстве систем они подключены постоянно (онлайн), в то время, как ленты складируются вне устройства чтения/записи (оффлайн). В теории - оффлайн информация подвергается меньшему риску порчи или потери, но в большинстве случаев экономические соображения берут верх и некоторый компромисс, принимаемый для систем на жестких дисках компенсируется выигрышем в стоимости и удобстве пользования.

Подключение хранилища

   По методу подключения к серверу или серверам в системе хранения данных, хранилища делят на прямого подключения (Direct Attached Storage, DAS) и хранилища для сети хранения (Storage Area Network, SAN).

СХД прямого подключения (DAS)

   Если одиночный сервер работает с одним или несколькими хранилищами - часто используют СХД прямого подключения. Сервер соединен с хранилищем интерфейсом SAS. Контроллер RAID может располагаться внутри сервера (внутренний контроллер) или в хранилище (внешний контроллер) - в таком случае в сервере должен быть соответствующий контроллер интерфейса.

   С внутренним контроллером СХД вырождается до дисковой полки (JBOD) - корпуса с блоками питания для установки накопителей, содержащего объединительную плату интерфейса. С точки зрения надежности такая система не сильно защищена, т.к. не предусматривает наличие дублирующего контроллера.

Рис. 1. СХД с внешним контроллером

   Система хранения данных с внешним контроллером переносит управление массивом дисков (RAID) из сервера в хранилище. В сервере устанавливается адаптер интерфейса (Host Bus Adapter). При такой схеме подключения, операционная система видит массив дисков как один или несколько томов большого объема, параметры которых задаются во внешнем контроллере. Адаптер интерфейса, при этом, использует стандартный набор драйверов - то есть, такая организация RAID оказывается операционно-независимой, что часто востребовано. СХД с внешним контроллером, как правило, позволяют установить дублирующий, избыточный контроллер - резко повышая тем самым отказоустойчивость системы.

   Интерфейс SAS имеет ограничения на длину кабелей. Если возникает задача подключения дискового массива, разнесенного с сервером на несколько метров, необходимо использовать отличный от SAS интерфейс - Fibre Channel, например.

Сетевая система хранения данных SAN

   В случае, если несколько серверов IT системы предприятия работают с одним или несколькими общими хранилищами данных, используется сеть хранения SAN для их взаимного соединения. Серверы и хранилища данных оснащаются соответствующим адаптером интерфейса

   Сеть хранения может быть построена на широко распространенном Ethernet (для файлового доступа) или iSCSI (блочный доступ). Для того, чтобы сеть хранения не стала "бутылочным горлышком" системы, приводящей к потере производительности, желательно использовать 10G, 40/50G Ethernet.

   Широкое распространение получили сети хранения на специально оптимизированных интерфейсах, обеспечивающих наряду с высокой пропускной способностью минимальные задержки передачи пакетов. Это, в первую очередь, Fibre Channel, а также стремительно прогрессирующий, экстремально быстрый интерфейс InfiniBand компании Mellanox.

   Несложная структура из 2..3 серверов и 1..2 хранилищ может быть построена на соединениях точка-точка, поскольку хранилища с внешними контроллерами имеют, как правило, по 2 или более интерфейсных портов. Более развитая IT система потребует использование одного или нескольких коммутаторов. Для повышения отказоустойчивости все пути соединения серверов с хранилищами дублируются, соответственно - количество коммутаторов в такой системе удваивается. Коммутаторы также позволяют оптимизировать трафик данных, разделяя его на непересекающиеся потоки. Управление правами доступа в сети хранения позволяет повысить уровень безопасности хранения данных, отсекая доступ к информации, не нужной конкретной группе пользователей или сервисов.

Рис. 2. СХД в сети хранения SAN

Перейдите в раздел каталога

Системы хранения Infortrend для выбора линейки необходимой СХД;

Сервер Supermicro для выбора готового сервера на базе Supermicro, подходящего для ваших задач;

Сетевое оборудование Ethernet, Fibre Channel, Infiniband для подбора сетевого оборудования сети хранения SAN