Файловое хранение информации

Файловое хранение информации: структура, организация, принцип работы файловых СХД

С ростом объемов информации, которая используется в работе различных организаций, требования по ее сбору, обработке и хранению становятся все более строгими. История развития систем хранения данных прошла долгий путь от первых перфокарт и перфолент до современного высокотехнологичного оборудования.

В этом материале мы расскажем о том, что представляет собой файловое хранение информации, как оно работает и какие критерии выбора есть при поиске СХД.

Что такое СХД

Система хранения данных (СХД) – это набор взаимосвязанных компонентов, работа которых направлена на хранение и обработку информации в цифровом виде. Таким методом также обеспечивается резервное копирование, для защиты важных данных от потери.

Сегодня активно используются разные типы СХД. Они могут быть как структурированными, так и неструктурированными, обладать разной емкостью и другими параметрами. Это позволяет подобрать систему для любых задач.

Важно рассматривать СХД как совокупность не только аппаратных средств, но и специального программного обеспечения. При этом все компоненты должны хорошо работать в связке друг с другом, быть защищены от внешних угроз.

При проектировании систем хранения данных важен фактор индивидуального подбора. При этом учитывается ряд критериев, которым должна соответствовать готовая СХД. К ним относятся:

• Отказоустойчивость и общая надежность.
• Простота управления и настройки основных параметров.
• Оптимальная производительность.
• Возможность масштабирования.

Какими бывают СХД

В этом материале мы будем концентрироваться на файловых системах хранения данных. Они получили свое название, потому что структурированы как каталоги или папки, в которых располагаются отдельные файлы. При этом за их организацию отвечает подробное прописывание метаданных. Они же помогают и извлекать информацию, которая потребовалась пользователю.

Обычно такой формат СХД применяется для того, чтобы собирать информацию, которая не требует использования в операционных вычислениях. Для нее также характерна иерархическая структура хранения данных.

Подобные системы позволяют хранить большие массивы информации. Но при этом чем большее ее становится, тем медленнее работает СХД. Это происходит из-за постоянного усложнения иерархии – в итоге путь к определенному файлу становится дольше.

При этом, файловые СХД продолжают пользоваться популярностью в силу их надежности, стабильности работы и доступности.

В качестве альтернативы файловым СХД сегодня выступают блочные и объектные варианты. В случае с блочными разновидностями данные делятся на блоки. Каждому присваивается уникальный идентификатор. Это значительно расширяет возможности по части размещения на дисковом пространстве – найти то, что нужно, можно будет заметно проще и быстрее.

Современные блочные хранилища используются в качестве жесткого диска с возможностью создания виртуального варианта или установки ОС. Минус такого варианта в сложности использования и настройки. По этой причине формат выбирается, только если нужно обеспечить вычисления с высокой производительностью.

Объектные системы хранения данных также применяются в некоторых случаях. Для них характерно деление файлов на объекты. Они группируются, классифицируются и собираются в едином пространстве. Для работы с ними используются метаданные и идентификаторы.

Современные объектные СХД отличаются сложным устройством, но нужны они не всем. Подойдет такой формат для организации хранения очень больших массив неструктурированной информации. Это один из наиболее дорогих вариантов систем, работают они медленно, но в таких областях, как аналитика, big data или машинное обучение оказываются фактически незаменимыми.

Ключевые принципы работы СХД

Большое значение при выборе системы хранения данных имеет понимание принципа ее работы. Она подразумевает особенности взаимодействия друг с другом носителей информации и приложениями, которые ее используются.

Классический принцип работы, который сегодня используют многие системы – это разделение на три звена. Первое создает RAID-массивы, второе обрабатывает метаданные, а треть передает их приложению. При этом сами методы создания каждого звена могут отличаться – они выбираются быстро с учетом программного обеспечения, протоколов и различных аппаратных средств.

Топология может заметно отличаться. Есть три основных варианта, по которым организованы и работают многие современные СХД – это NAS, DAS и SAN. Рассмотрим каждый из них отдельно.

Особенности топологии NAS

NAS – это сокращение от Network Attached Storage. В системе есть основное хранилище для файлов, соединенное с локальной сетью.

В качестве хранилища обычно устанавливается сервер с высокой производительностью. На него ставится операционная система, так что все этапы работы с данными протекают непосредственно внутри хранилища – его характеристики это позволяют.

При работе используются протоколы NFS/CIFS. Доступ к размещенным на сервере данным могут получить все пользователи. При этом они имеют возможность работать с информацией одновременно.

Удобство формата Network Attached Storage в том, что он очень легко масштабируется. К нему можно подключить нужное количество виртуальных машин и другого оборудования в том случае, если исходных возможностей по каким-то причинам будет не хватать.

Особенности топологии DAS

Это сокращение от Direct Attached Storage. Проще всего понять принцип работы системы, если рассмотреть подключение флэшки к вашему ПК. В таком случае хранилище данных используется для их предоставления, а все что связано с обработкой происходит на сервере.

Пользователи во время работы подключаются к серверу и проводят через него все основные процессы. Доступ организуется дифференцированно. Для сервера он блочный, в том время как для клиента – файловый.

Преимущество топологии DAS заключаются в простоте ее реализации. Можно быстро развернуть такую СХД. К недостаткам относится необходимость подготовки выделенного хоста. Это несколько уменьшает возможности по масштабированию. При проектировании нужно четко понимать поставленную задачу, чтобы подготовить достаточно портов.

Особенности топологии SAN

Еще один вариант архитектуры. Свое название он получил сокращением от Storage Area Networks. Если рассматривать особенности устройства хранилища, то можно сказать, что оно находится где-то в промежутке между двумя описанными ранее.

Работа с метаданными уходит к серверу, в том время как сама СХД занимается предоставлением данных и обеспечением RAID.

Применение такой топологии значительно упрощает работу с разными вариантами хранилищ. Если первоначально СХД создавалась сильно разрозненной по части используемых инструментов, оперативная система объединит их в один диск.

Работает такая топология на FC и iSCSI протоколах и успешно применяется многими клиентами.

Как выбрать вариант СХД для использования

Удобство и простота работы с данными во многом зависит от того, насколько качественно была подобрана определенная система хранения данных. Определенный вариант стоит выбирать с индивидуальным учетом особенностей использования конкретным клиентов.

Чтобы подобрать оптимальный варианта СХД, стоит обратить внимание на ряд вопросов. К ним относятся такие, как:

• С какими данными вам предстоит работать? Нужно хорошо понимать, какой тип данных будет использовать конкретная система. Индивидуального подхода требуют крупные или неструктурированные массивы информации, а также другие сложные форматы. Если не учитывать типа данных, есть риск того, что система вполне может не справиться с ними.
• Какой объем данных будет использовать СХД? Накопитель, который собирает информацию, имеет очень большое значение. Всегда стоит выбирать оптимальный вариант с запасом, чтобы предусмотреть возможность масштабирования.
• Насколько высоким должен быть уровень отказоустойчивости системы? Здесь многое зависит от того, насколько ценные данные используются в системе, проанализировать, как их стоит защитить. На основании собранных данных рассчитываются точки восстановления системы, а также временные показатели.
• Какими будут нужные показатели производительности? Проще всего рассчитывать нужные показатели производительности, если вы работаете с готовым проектом. Но когда проектирование файловой системы хранения данных проводиться на перспективу, очень важно правильно подойти к аналитике и прогнозированию.

Очень большое значение имеет и выбор поставщика услуг. От того, насколько надежно он предоставляет услуги, будет зависеть надежность и сохранность ваших данных, а также целый ряд других показателей.