چرا ذخیره‌سازی شیء‌محور و بلوک‌محور مورد توجه کارشناسان شبکه قرار دارند؟

شبکه‌های فضای ذخیره‌سازی

قبل از آن‌که دو معماری پرکاربرد در دنیای شبکه‌های محلی و ذخیره‌سازی را مورد بررسی قرار دهیم، اجازه دهید توضیح کوتاهی درباره شبکه‌ فضای ذخیره‌سازی (SAN) ارائه کنیم. شبکه‌ فضای ذخیره‌سازی، یک شبکه ارتباطی است که امکان ذخیره‌سازی داده‌ها و دسترسی به آن‌ها را ارائه می‌کند. SANها هر یک از بلوک‌های منطقی را همانند یک دستگاه ذخیره‌سازی به دیگر سیستم‌های شبکه‌ای متصل می‌کنند. به‌طور مثال، سرورها می‌توانند با استفاده از یکی از کانال‌های ارتباطی رایج مثل فیبر نوری، رابط سیستم کامپیوتر کوچک اینترنتی (iSCSI) یا Infiniband به SAN متصل شوند. همچنین، امکان پیکر‌بندی چند آرایه ذخیره‌سازی در SAN وجود دارد تا بتوان سرور‌ها را به یک‌دیگر متصل کرد. شبکه‌های SAN بر مبنای لایه‌های مختلفی به‌شرح زیر ساخته می‌شوند: 

لایه اول: لایه میزبان است که میزبان سرور یا سرورها است و توسط یک سیستم‌‌عامل تحت شبکه کنترل می‌شوند. این سرورها از طریق کارت HBA سرنام Host Bus Adapter به شبکه داده متصل شده و از طریق یک کابل به شبکه ذخیره‌سازی متصل می‌شوند.

لایه دوم: وظیفه اتصال لایه میزبان به لایه فابریک را بر عهده دارد. لایه‌ای که مجموعه‌ای از دستگاه‌ها مانند سن‌سوئیچ‌ها، روترها، پل‌های پروتکل (Protocol Bridges) و دستگاه‌های دروازه مرزی و کابل‌ها در آن مستقر شده‌اند. 

لایه فابریک: این لایه مربوط به لایه ذخیره‌سازی است که متشکل از دستگاه‌های ذخیره‌سازی فیزیکی مثل حافظه‌های حالت جامد، دیسک‌های سخت، نوارهای مغناطیسی یا رسانه‌های نوری است.

در پس‌زمینه تمامی این لایه‌ها، معماری‌هایی قرار دارند که وظیفه ذخیره‌سازی درست اطلاعات روی رسانه‌ها را بر عهده دارند. این معماری‌ها به دستگاه‌ها و نرم‌افزارها نشان می‌دهند که چگونه باید اطلاعات را به‌شکل بهینه ذخیره‌‌سازی کنند، به‌طوری که از فضای در دسترس به‌شکل درستی استفاده شود و مهم‌تر آن‌که فرآیند خواندن و نوشتن با کمترین زمان تاخیر انجام شود. امروزه، معماری‌های مختلفی مثل ذخیره‌سازی فایل‌محور و نمونه‌های مشابه مورد استفاده قرار می‌گیرند، اما ذخیره‌سازی بلوک‌محور و شیء‌محور مورد توجه کارشناسان شبکه قرار دارند.

مطلب پیشنهادی

زنجیره‌ای متصل از راه‌حل‌های امنیتی

به‌کارگیری زنجیره بلوکی در امنیت سایبری چه معنایی دارد؟

ذخیره‌سازی بلوک‌محور (Block Storage) چیست؟

همان‌گونه که اشاره شد، داده‌ها ارزشمندترین اطلاعاتی هستند که هر سازمانی دارد. این داده‌ها از منابع مختلفی به‌دست می‌آیند. از این‌رو، ذخیره‌سازی داده‌ها یکی از مهم‌ترین کارهایی است که شرکت‌ها و کارشناسان شبکه انجام می‌دهند. نکته ظریف در این زمینه، نحوه ذخیره‌سازی اطلاعات است. یکی از روش‌های امن برای ذخیره‌سازی داده، معماری ذخیره‌سازی بلوک‌محور است که در شبکه‌های ذخیره‌سازی SAN و زیرساخت‌های رایانش ابری از آن استفاده می‌شود. 

ذخیره‌سازی شیء‌محور که گاهی‌اوقات ذخیره‌سازی سطح بلوک (Block-Level Storage) نامیده می‌شود، یک معماری مطمئن برای ذخیره فایل‌های داده در شبکه‌های فضای ذخیره‌سازی (SAN) یا محیط‌های ذخیره‌سازی ابرمحور است. تقریبا بیشتر شرکت‌های بزرگ از معماری ذخیره‌سازی بلوک‌محور برای ذخیره‌سازی، پردازش، انتقال سریع داده‌ها و دستیابی به عملکردهای بالا استفاده می‌کنند. 

مکانیزم ذخیره‌سازی بلوک‌محور، داده‌ها را به چند بلوک تقسیم می‌کند و به هر بلوک یک شناسه منحصربه‌فرد می‌دهد. در شبکه‌های SAN معماری فوق به این صورت عمل می‌کند که بلوک‌های داده را در مکان‌های مختلفی ذخیره‌سازی می‌کند. به بیان دقیق‌تر، این امکان وجود دارد تا بلوک‌های داده را در سیستم‌های مختلفی ذخیره کرد. در این حالت، هر بلوک به‌گونه‌ای پیکربندی و پارتیشن‌بندی می‌شود تا قابلیت کار با سیستم‌عامل‌های مختلف را داشته باشد. 

علاوه بر این، معماری ذخیره‌سازی بلوک‌محور با توزیع داده‌ها در محیط‌های ذخیره‌سازی چندگانه، مسیرهای مختلفی برای داده‌ها ایجاد می‌کند و به کاربران اجازه می‌دهد به‌سرعت به اطلاعات موردنیاز خود دسترسی پیدا کنند. هنگامی که کاربر یا یک برنامه کاربردی از یک سیستم مبتنی بر معماری بلوک‌محور داده‌هایی را درخواست می‌کند، فرآیند بازیابی و تجمیع بلوک‌های داده ذخیره‌سازی‌شده در سیستم‌های مختلف انجام می‌شود و داده‌ها با قالب اصلی و به‌شکل یکپارچه در اختیار کاربر یا برنامه کاربردی قرار می‌گیرد. 

یکی از مزایای بالقوه معماری ذخیره‌سازی بلوک‌محور، ارائه راهکاری برای ساخت فضای ذخیره‌سازی خام است، به‌طوری‌که سیستم‌‌عامل‌‌های سرور بتوانند به آن متصل شوند. این فضای خام را می‌توان به‌شکل دیسک‌های سخت جداگانه‌ای در نظر گرفت که اجازه می‌دهند برای هر نوع برنامه‌ای، از جمله فایل، پایگاه داده، سیستم فایل ماشین مجازی (VMFS) و استقرار ابر خصوصی (Private cloud) از آن استفاده کرد.

به‌طور مثال، شرکتی را تصور کنید که در نظر دارد چند ماشین مجازی داشته باشد. این شرکت بر مبنای معماری ذخیره‌سازی بلوک‌محور می‌تواند یک ولوم ذخیره‌سازی برای ذخیره فایل VMFS ایجاد و آن‌را قالب‌بندی کند و در ادامه ماشین‌های مجازی خود را روی آن نصب کند. انعطاف‌پذیری بالای معماری فوق باعث شده تا گزینه مناسبی برای کار با کانتینرها باشد. بر مبنای معماری ذخیره‌سازی بلوکی، می‌توانید کانتینرها را به‌سرعت تعریف و راه‌اندازی کنید.

مطلب پیشنهادی

سرمایه‌گذاری روی آینده

برنامه‌نویسی زنجیره‌بلوکی چیست و چرا آینده‌دار است؟

آرایه‌های رید در معماری ذخیره‌سازی بلوک‌محور 

در حالت عادی، ذخیره‌سازی بلوک‌محور فاقد قابلیت افزونگی (Redundancy) است، به همین دلیل برای دستیابی به اصل افزونگی مجبور هستید داده‌ها را در مکان‌های مختلفی ذخیره‌سازی کنید. کارشناسان شبکه برای حل این مشکل از معماری رید در تعامل با معماری ذخیره‌سازی بلوک‌محور استفاده می‌کنند. معماری رید (RAID) به آرایه‌ای از دیسک‌های ذخیره‌سازی اشاره دارد که برای محافظت از داده‌ها بر مبنای آرایش خاصی در کنار یک‌دیگر قرار می‌گیرند. بسته به معماری مورد استفاده، اگر یک یا دو دیسک از کار بیفتد، داده‌های روی دیسک‌های دیگر می‌توانند بدون آن‌که کاربر متوجه شود، مسئولیت‌های دیسک خراب را بر عهده بگیرند تا اختلالی در عملکرد شبکه ایجاد نشود. 

سرویس‌های ابری بلوک‌‌محور 

شرکت‌هایی که به دنبال مکانیزم‌های ذخیره‌سازی ابرمحور هستند، می‌توانند از ذخیره‌سازی سطح بلوکی، فایل یا شیء برای ذخیره‌سازی داده‌های خود استفاده کنند. ذخیره‌سازی سطح بلوکی به‌عنوان سرویس (BSSaaS)، در ابر و در قالب ذخیره‌سازی سازمانی به‌عنوان سرویس (ESaaS) در دسترس قرار دارند. در بیشتر موارد، هنگام کار با ESaaS، کاربران باید یکی از راه‌حل‌های IaaS یا PaaS را انتخاب کنند و برنامه‌ها و سرورهای خود را به‌شکل مستقیم در فضای ابری مستقر کنند.

هنگامی که قصد استفاده از راه‌حل‌های ابرمحور را دارید، زمان پاسخ‌گویی به درخواست‌های کاربران برای دسترسی به داده‌های ذخیره‌سازی‌شده روی ابر، معیار مهمی است که نباید به‌سادگی از کنار آن عبور کرد. به همین دلیل، باید با توجه به نیازها از معماری و مقیاس‌بندی مناسبی استفاده کرد. ذخیره‌سازی سطح بلوکی مستقل از منابع محاسباتی است. از این‌رو، اگر حجم فعالیت‌های تجاری گسترش پیدا کرد، تنها کاری که باید انجام دهید ساخت حجم‌های اضافی در ارائه‌دهنده ESaaS است. 

سازمان‌هایی که اصول کاری آن‌ها مبتنی بر ابر ترکیبی است، برای دستیابی به اصل مقیاس‌پذیری مجبور به خرید هارددیسک‌های اضافی با هدف پیاده‌سازی رید‌هایی مثل RAID 5 یا RAID 6 هستند؛ در شرایطی که سرویس‌های ابری که از معماری سطح بلوکی استفاده می‌کنند، زیرساختی مطمئن و پایدار برای ذخیره‌سازی اطلاعات در اختیار سازمان‌ها قرار می‌دهند که بالاترین سطح از مقیاس‌پذیری را ارائه می‌کند. 

مطلب پیشنهادی

حدومرز فناوری‌های نوین

بزرگ‌ترین باورهای اشتباهی که پیرامون زنجیره بلوکی قرار دارند

ذخیره‌سازی بلوک‌محور چه مزایایی ارائه می‌کند؟

شبیه به ذخیره‌سازی شیء‌محور و دیگر مکانیزم‌های ذخیره‌سازی ابری، ذخیره‌سازی بلوک‌محور قابلیت‌های موردنیاز کاربران را در اختیار آن‌ها قرار می‌دهد. با این‌حال، کسب‌وکار‌ها به‌دلیل مزایای زیر به سراغ راه‌حل‌های ذخیره‌سازی بلوک‌محور می‌روند: 

• عملکرد بالا: نرخ انجام عملیات ورودی و خروجی (IOPS) بالا و تاخیر کم را ارائه می‌کند و برنامه‌های حساس به زمان که باید به تراکنش‌های زیادی رسیدگی کنند، نیاز مبرمی به آن دارند. به بیان دقیق‌تر، دسترسی به اطلاعات در کوتاه‌ترین زمان را تضمین می‌کند. در نتیجه، پاسخ‌گویی به درخواست‌های کاربران در زمان کوتاهی انجام می‌شود. 
• سازگاری: ذخیره‌سازی بلوک‌محور توانایی کار با سیستم‌عامل‌ها و سیستم‌های فایلی مختلف را دارد. به همین دلیل، بالاترین سطح از سازگاری با شبکه‌های محلی را ارائه می‌کند. 
• انعطاف‌پذیری: ذخیره‌سازی بلوک‌محور، دستیابی به مقیاس‌پذیری افقی را تسهیل می‌کند. به‌طوری‌که کارشناسان شبکه می‌توانند گره‌هایی را به خوشه‌ها اضافه کنند تا ظرفیت ذخیره‌سازی بیشتری در اختیار کلاینت‌های شبکه قرار گیرد. 
• عملکرد مناسب در مورد فایل‌های حجیم: سازمان‌هایی که حوزه فعالیت‌های آن‌ها تولید محتوای چندرسانه‌ای است، مجبور هستند فایل‌های حجیمی مثل فایل‌های ویدیویی را ذخیره‌سازی کنند. فایل‌هایی که باید ویرایش‌های مختلفی روی آن‌ها انجام شود. ذخیره‌سازی بلوک‌محور، به سازمان‌ها اجازه می‌دهد در کمترین زمان ممکن به فایل‌های موردنظر دست پیدا کنند. 
• سرورهای ایمیل: سرورهای ایمیل می‌توانند از انعطاف‌پذیری و مقیاس‌پذیری ذخیره‌سازی بلوکی استفاده کنند. بد نیست بدانید Microsoft Exchange به‌دلیل عدم پشتیبانی از ذخیره‌سازی متصل به شبکه، به مکانیزم ذخیره‌سازی بلوک‌محور نیاز دارد. 
• پایگاه داده: ذخیره‌سازی بلوک‌محور، سریع، کارآمد، انعطاف‌پذیر و مقیاس‌پذیر است. این ویژگی‌ها به معماری ذخیره‌سازی بلوکی اجازه می‌دهد به بهترین شکل از پایگاه‌های داده و آن‌هایی که باید حجم زیادی از محاوره‌ها را مدیریت کنند و کمترین تاخیر را داشته باشند، پشتیبانی کند.

ذخیره‌سازی شیء‌محور چیست؟ 

ذخیره‌سازی شیء‌محور (Object Storage)، یک معماری ذخیره‌سازی داده‌ها است که هدفش مدیریت حجم گسترده‌‌ای از داده‌های فاقد ساختار است. همان‌گونه که از نام این مدل مشخص است، امکان ذخیره‌سازی این داده‌ها در بانک‌های اطلاعاتی رابطه‌ای سنتی که متشکل از سطرها و ستون‌ها هستند وجود ندارد. علاوه بر این، نگه‌داری و پشتیبان‌گیری از این داده‌ها چالش‌های خاص خود را دارد. موسسه تحقیقاتی IDC برآورد کرده است که داده‌های بدون ساختار تا سال 2025 میلادی بیش از 80 درصد حجم داده‌های تولیدشده در سراسر جهان را به خود اختصاص می‌دهند. 

همزمان که ذخیره‌سازی و مدیریت مقرون‌به‌صرفه این حجم عظیم از داده‌ها برای سازمان‌ها در حال تبدیل شدن به یکی از چالش‌های بزرگ بود، کارشناسان حوزه شبکه موفق به ابداع راهکاری برای غلبه بر این مشکل شدند که «معماری شیء‌محور» نام دارد؛ یک معماری ذخیره‌سازی منعطف و مقیاس‌پذیر که موفق شد به‌خوبی مشکل ذخیره‌سازی این حجم از داده‌ها را حل کند. مقیاس‌پذیری بالایی که ذخیره‌سازی شیء‌محور ارائه می‌کند به اندازه‌ای عالی عمل می‌کند که مورد استقبال ارائه‌دهندگان خدمات ابری قرار گرفته است. البته، امکان پیاده‌سازی این معماری ذخیره‌سازی داده‌ها از طریق مکانیزم‌های سنتی مثل فایل‌ها یا ذخیره‌سازی سطح بلوک (block-based) وجود ندارد، زیرا سیستم مدیریت فایل خاص خود را دارد. این معماری ذخیره‌سازی داده‌ها با راه‌حل‌های نوآورائه‌ای که ارائه کرده باعث شده تا سازمان‌های بزرگ فرآیندهای آرشیو‌سازی و پشتیبان‌گیری خود را از رویکردهای سنتی به‌سمت معماری شیء‌محور سوق دهند. در معماری شیء‌محور می‌توانید داده‌ها را در حجم‌های بالایی در مقیاس ترابایت، پتابایت یا فراتر از آن بدون مشکل ذخیره‌سازی و مدیریت کنید.

معماری شیء‌محور به چه شکلی داده‌ها را ذخیره‌سازی می‌کند؟ 

در این معماری، داده‌ها در قالب مفهومی که شیء (Object) نام دارد و واحدهای گسسته‌ای از داده‌ها هستند، ذخیره‌سازی می‌شوند. به عبارت دیگر، بر خلاف معماری ذخیره‌سازی فایل‌محور (File-Based) در معماری مذکور دیگر خبری از پوشه‌ها و مسیرهای تودرتو برای دسترسی به فایل‌ها نیست. هر شیء را می‌توان به‌عنوان یک مخزن ساده و مستقل در نظر گرفت که شامل داده‌ها، فراداده‌ها (اطلاعات توصیفی مربوط به شیء) و شماره شناسایی منحصربه‌فردی است که ماهیت یک شیء و نحوه دسترسی به شیء را تعریف می‌کند. با استفاده از این شماره شناسایی منحصربه‌فرد، برنامه‌های کاربردی می‌توانند بدون مشکل فایل‌ها و داده‌های مورد نیاز خود را پیدا کرده و به آن‌ها دسترسی پیدا کنند. در معماری فوق، شما می‌توانید با تجمیع طیف گسترده‌ای از دستگاه‌های شیء‌محور که OSD نامیده می‌شوند، مخزن واحدی ایجاد کنید و این منابع را بر مبنای معماری توزیع‌شده برای شبکه ارتباطی تعریف کنید. مکانیزم فوق مزایای مهمی ارائه می‌کند که مقیاس‌پذیری نامحدود، انعطاف‌پذیری و تسریع در فرآیند بازیابی پس از فاجعه، از جمله آن‌ها است. 

همان‌گونه که اشاره کردیم، ذخیره‌سازی شیء‌محور مشکلات مرتبط با پوشه‌ها و سلسله مراتب مکانیزم ذخیره‌سازی فایل‌محور را برطرف می‌کند. همچنین، اجازه می‌دهد اشیاء را به‌شکل محلی ذخیره‌سازی کنید، هرچند در بیشتر موارد اشیاء به‌جای ذخیره‌سازی در سیستم‌های محلی، در سرورهای ابرمحور یا مستقر در شبکه محلی نگه‌داری می‌شوند تا دسترسی به آن‌ها ساده باشد. 

در معماری شیء‌محور، دسترسی به داده‌ها از طریق واسط‌های برنامه‌نویسی کاربردی RESTful API مبتنی بر پروتکل HTTP انجام می‌شود. در این حالت، می‌توانید از طریق اجرای محاوره‌هایی بر مبنای فراداده‌های مرتبط با اشیاء، از طریق اینترنت یا شبکه محلی و از دستگاه خود و مکانی که در آن حضور دارید به داده‌ها دسترسی داشته باشید. با توجه به این‌که واسط‌های برنامه‌نویسی کاربردی از دستورات HTTP پشتیبانی می‌کنند، می‌توانید از طریق فراخوانی دستوراتی مثل POST برای آپلود، GET برای بازیابی و دریافت یا DELETE برای حذف یک شیء اقدام کنید.

به‌طور مثال، به کمک فراخوانی یک واسط برنامه‌نویسی کاربردی می‌توانید به‌راحتی هر تعداد فایلی را که در نظر دارید روی یک شیء ذخیره‌سازی کنید. اما این تمام امکاناتی نیست که معماری فوق در اختیارتان قرار می‌دهد. به‌لطف استاندارد قدرتمند RESTful API شما می‌توانید کارهای بیشتری مثل ساخت، بازخوانی، به‌روزرسانی یا حذف اشیاء را بر مبنای معماری فوق انجام دهید. با ارائه چنین قابلیت‌های کاربردی انعطاف‌پذیری، برنامه‌های کاربردی می‌توانند بدون مشکل اشیاء، کانتینرها، حساب‌های کاربری، چند‌مستاجری و مکانیزم‌های امنیتی را مدیریت کنند. 

ذخیره‌سازی شیء‌محور چه مزایایی ارائه می‌دهد؟ 

ما در عصری زندگی می‌کنیم که روزانه حجم گسترده‌ای از اطلاعات فاقد ساختار توسط پلتفرم‌ها و سیستم‌های مختلف متصل به وب تولید می‌شوند. زیرساخت‌های سنتی ذخیره‌سازی اطلاعات این توانایی را ندارند تا به‌شکل منسجم و دقیقی این حجم از داده‌ها را ذخیره‌سازی کنند؛ در شرایطی که معماری شیءمحور به‌دلیل عدم وابستگی به رویکرد ذخیره‌سازی فایل‌محور قادر است حجم زیادی از اطلاعات را در قالب یک شیء منفرد ذخیره‌سازی کند. این توانایی ذاتی برای ذخیره‌سازی داده‌ها به سازمان‌ها اجازه می‌دهد بدون مشکل به ذخیره‌سازی و مدیریت داده‌های خود بپردازند. از دیگر مزایای بالقوه ذخیره‌سازی شیء‌محور به موارد زیر باید اشاره کرد: 

• کانتینرها: ذخیره‌سازی شیء‌محور توانایی کار با پلتفرم‌های کانتینری مثل کوبرنتیس را دارد و با ارائه راهکاری منسجم به توسعه‌دهندگان اجازه می‌دهد اطلاعات را به‌شکل ایمن در کانتینر‌ها ذخیره‌سازی کنند. همین مسئله باعث شده تا فرآیند مدیریت و انتقال کانتینرها با سهولت انجام شود. 
• امکان بازیابی سریع اطلاعات: ذخیره‌سازی شیء‌محور می‌تواند یک راه‌حل پشتیبان اضافی برای ذخیره‌سازی در مکانی نزدیک به کاربر و بازیابی سریع اطلاعات در موارد ضروری را ارائه دهد. 
• ذخیره‌سازی و مدیریت دیتاهای بدون ساختار: با توجه به این‌که، حجم داده‌های تولیدشده در شبکه‌های اجتماعی، حس‌گرهای هوشمند، تجهیزات اینترنت اشیاء و غیره روزبه‌روز بیشتر می‌شود و تقریبا بیشتر این داده‌ها فاقد ساختار هستند، ذخیره‌سازی شیء‌محور، مکانیزمی منسجم برای سازمان‌دهی این مدل اطلاعات ارائه می‌دهد. 
• مقیاس‌پذیری بالا: کارشناسان شبکه می‌توانند به ساده‌ترین شکل و متناسب با نیازهای کاری به مقیاس‌بندی فضای موردنیاز برای ذخیره‌سازی داده‌ها بپردازند. 
• شخصی‌سازی فراداده‌ها: فراداده‌ها در معماری شیء‌محور نقش کلیدی دارند و توصیف‌کننده اطلاعاتی هستند که هر شیء نگه‌داری می‌کند. با شخصی‌سازی فراداده‌ها این امکان به‌وجود می‌آید تا در مدت زمان کوتاه‌تری به داده‌های موردنیاز دست پیدا کرد. 
• سازگاری با زیرساخت‌های ابرمحور: تقریبا تمامی شرکت‌های بزرگ ارائه‌دهنده خدمات ابری، از معماری ذخیره‌سازی شیء‌محور پشتیبانی می‌کنند. از این‌رو، اگر به‌عنوان یک توسعه‌دهنده یا شرکت تجاری با حجم زیادی از داده‌های فاقد ساختار روبه‌رو هستید، معماری شیء‌محور پاسخ‌گوی این نیاز کاری شما است.