Содержание:
- Что такое система хранения данных и для чего нужна СХД
- Чем СХД отличается от сервера и обычного накопителя
- Как устроена система хранения данных
- Основные виды систем хранения данных
- Файловое, блочное и объектное хранение данных
- Как СХД обеспечивает сохранность и доступность данных
- Где применяются системы хранения данных
- Как СХД подключается к платформе виртуализации
- Локальная или облачная СХД: что выбрать
- Как выбрать систему хранения данных
- Частые ошибки при выборе СХД
- Главное по теме
Что такое система хранения данных и для чего нужна СХД
Система хранения данных, или СХД, — аппаратно-программный комплекс для централизованного размещения, защиты и предоставления информации серверам, приложениям и пользователям. В отличие от набора дисков, СХД управляет операциями ввода-вывода, распределяет емкость, контролирует доступ, отслеживает состояние оборудования и поддерживает восстановление после сбоев.
Корпоративная СХД:
- объединяет дисковые ресурсы в общий пул;
- предоставляет данные нескольким серверам;
- поддерживает требуемую скорость чтения и записи;
- сохраняет доступность при отказе компонентов;
- создает снимки и удаленные копии;
- масштабируется по мере роста данных;
- централизует управление и наблюдение за системой.
СХД применяют везде, где данные нужны нескольким серверам одновременно и где простой хранилища останавливает работу сервисов. СХД может быть отдельным дисковым массивом, кластером, программно-определяемой платформой или облачной услугой. Конкретные сценарии разобраны ниже.
Чем СХД отличается от сервера и обычного накопителя
Жесткий диск HDD или твердотельный накопитель SSD — физический носитель. Он хранит информацию, но сам по себе не обеспечивает сетевой доступ, резервирование контроллеров, создание удаленных копий и централизованное управление. Полноценная СХД включает накопители, контроллеры, буферную память, интерфейсы подключения и управляющее программное обеспечение.
Сервер выполняет вычисления: запускает приложения, базы данных и виртуальные машины. СХД отвечает за хранение и предоставляет информацию с заданной скоростью и уровнем доступности. Несколько серверов могут обращаться к общему пулу, а администратор — управлять емкостью и защитой из одной панели.
NAS и SAN обозначают разное. NAS — это сама система хранения, которая отдает файлы по сети. SAN — сеть между серверами и дисковыми массивами, по которой передается блочный трафик. NAS хранит данные, SAN их доставляет.
Как устроена система хранения данных
Физическую основу СХД образуют жесткие диски HDD и твердотельные накопители SSD. SSD подключают по двум протоколам: SATA/SAS или NVMe. NVMe разработан под флеш-память, использует шину PCI Express и обрабатывает тысячи параллельных очередей команд, поэтому дает меньшую задержку, чем SATA. Жесткие диски выгодны для емких архивов, SSD обеспечивают меньшую задержку, а NVMe применяют для баз данных, аналитики и других чувствительных ко времени отклика систем.
Накопители устанавливают в корпус или дисковые полки. Контроллер принимает запросы, управляет RAID, распределяет операции между дисками и следит за целостностью данных. В отказоустойчивой СХД используют два контроллера и более.
Буферная память, или кеш, ускоряет повторное чтение, объединяет мелкие записи и сглаживает пики нагрузки. Диски и группы RAID объединяют в пулы. Из них создают тома, файловые ресурсы и LUN — логические устройства, которые сервер воспринимает как отдельные блочные накопители.
В состав СХД также входят сетевые порты, резервные блоки питания, вентиляторы и программное обеспечение управления. Поэтому производительность зависит не только от дисков, но и от контроллеров, кеша, сети и настроек RAID.
Основные виды систем хранения данных
СХД классифицируют по способу подключения, уровню доступа, типу носителей и архитектуре. По составу выделяют массивы на жестких дисках, гибридные решения и полностью твердотельные системы.
По способу расширения применяют:
- вертикальное масштабирование — добавление дисков, памяти, портов и полок в существующую систему;
- горизонтальное масштабирование — добавление полноценных узлов в кластер.
DAS, NAS и SAN
DAS — хранилище с прямым подключением к одному серверу. Такая схема проста, но ограничивает совместный доступ и масштабирование.
NAS — сетевое файловое хранилище. Оно предоставляет файлы по протоколам NFS и SMB. NFS — сетевая файловая система, распространенная в средах Linux и Unix.
SMB — протокол доступа к общим файлам и сетевым ресурсам, характерный для инфраструктуры Windows. NAS подходит для документов, общих папок, пользовательских каталогов и медиаматериалов.
SAN — сеть хранения данных, через которую серверы получают блочный доступ к логическим томам СХД. Она может работать на основе Fibre Channel, iSCSI или NVMe-oF. Fibre Channel передает команды SCSI по выделенной оптической сети с собственными коммутаторами и адаптерами HBA. Сеть изолирована от Ethernet и не использует TCP/IP, поэтому дает предсказуемую задержку, но требует отдельного оборудования. iSCSI передает команды доступа к блочным устройствам через IP-сеть. NVMe-oF переносит команды NVMe по сетевой среде и применяется в высокопроизводительных системах.
SAN используют для виртуализации, баз данных и критичных приложений, которым нужны низкая задержка, несколько сетевых путей и общий дисковый пул.
Три схемы отличаются точкой подключения и уровнем доступа:
DAS подключается напрямую к одному серверу по SAS или PCIe, отдаёт блочный доступ, совместную работу не поддерживает. Задача — локальные данные одного сервера.
NAS работает через Ethernet, отдаёт файлы по NFS и SMB, открывает совместный доступ к каталогам. Задача — общие документы и пользовательские папки.
SAN передает блоки по FC, iSCSI или NVMe-oF, дает нескольким серверам общий доступ к томам. Задача — виртуализация и высоконагруженные базы данных.
SDS и облачные хранилища
SDS — программно-определяемая система хранения данных. Ее программный слой объединяет диски стандартных серверов, распределяет информацию между узлами и предоставляет блочный, файловый или объектный доступ. Такая архитектура масштабируется добавлением серверов и часто применяется в гиперконвергентной инфраструктуре, где один и тот же сервер отдает и вычислительные ресурсы, и дисковую емкость, а отдельный дисковый массив не нужен. Облачная СХД предоставляется как услуга. Поставщик обслуживает оборудование, а клиент получает нужную емкость через сеть. Модель снижает первоначальные расходы и упрощает расширение, но итоговая стоимость зависит от объема данных, количества операций, исходящего трафика и условий обслуживания.
Файловое, блочное и объектное хранение данных
Файловое хранение организует данные в папках и каталогах. Оно подходит для документов, домашних каталогов и совместной работы. Доступ обычно предоставляется по NFS или SMB.
Блочное хранение делит информацию на участки фиксированного размера. Сервер получает логический том как локальный диск и самостоятельно создает файловую систему. Такая модель применяется для виртуальных машин, баз данных и транзакционных систем.
Объектное хранение сохраняет данные как объекты с идентификатором и метаданными. Доступ организуют через S3-совместимый API, набор HTTP-запросов для записи, чтения и удаления объектов. Приложение обращается к хранилищу по HTTP, а не через файловую систему. Эта модель подходит для архивов, журналов событий, резервных копий, медиаматериалов и озер данных.
Как СХД обеспечивает сохранность и доступность данных
Надежность строится на нескольких уровнях. Диски объединяют в отказоустойчивые группы, контроллеры и блоки питания дублируют, а сервер подключают к хранилищу по нескольким путям. Дополнительные копии размещают на другой системе или площадке.
До проектирования определяют RPO — допустимый период потери данных, и RTO — допустимое время восстановления. Эти показатели задают требования к резервному копированию, репликации и срокам возврата сервиса в работу.
RAID, резервное копирование и репликация
RAID — избыточный массив независимых дисков. RAID 1 создает зеркальные копии, RAID 5 выдерживает отказ одного диска, RAID 6 — двух. RAID 5 хранит блок четности, вычисленный из данных остальных дисков группы: по нему массив восстанавливает содержимое одного отказавшего накопителя. RAID 6 считает два независимых блока четности и переживает отказ двух дисков. Каждая запись требует пересчета четности, поэтому скорость записи ниже, чем у зеркала. RAID 10 объединяет зеркальные пары в чередующийся массив: данные разбиваются на блоки и распределяются между парами, каждая из которых хранит две копии. Выбранный уровень влияет на полезную емкость, скорость записи и восстановление массива.
RAID не заменяет резервное копирование. Он не защищает от удаления файлов, логической порчи, вредоносного шифрования или потери площадки. Резервная копия должна быть независимой и регулярно проверяться восстановлением.
Репликация переносит данные на другую СХД. Синхронная схема уменьшает возможную потерю информации, но требует сети с низкой задержкой. Асинхронная передает изменения с интервалом и подходит для удаленных площадок. В распределенных объектных системах также применяют избыточное кодирование: объект делят на k фрагментов и добавляют m проверочных, после чего система восстанавливает данные при потере любых m частей. Накладные расходы ниже, чем у трехкратной репликации.
Снимки (снапшоты), шифрование и разграничение доступа
Снимок данных фиксирует состояние тома или файловой системы в определенный момент. Он помогает отменить ошибочные изменения или быстро восстановить файлы, но не заменяет независимую резервную копию.
Шифрование защищает информацию на дисках и при передаче. Для него требуется безопасное управление ключами. Права предоставляют по принципу минимальных привилегий. В файловой среде используют учетные записи и списки управления доступом, в SAN — зонирование коммутаторов и ограничение видимости логических томов. Для защиты копий от вредоносного шифрования применяют неизменяемые снимки и запрет удаления объектов.
Где применяются системы хранения данных
Типовые сценарии:
- виртуализация и серверные кластеры — блочные тома SAN, производительные NAS или SDS;
- базы данных — решения с низкой задержкой и высокой скоростью случайных операций;
- общие документы — файловая СХД по NFS или SMB;
- резервные копии и архивы — емкие HDD-массивы или объектные хранилища;
- видеонаблюдение и медиапроизводство — системы с высокой последовательной пропускной способностью;
- аналитика и озера данных — масштабируемое объектное хранение.
Компания может сочетать несколько решений: виртуальные машины размещать на твердотельном массиве, офисные документы — в NAS, а резервные копии — в объектном хранилище.
Как СХД подключается к платформе виртуализации
Платформа виртуализации определяет, какие протоколы СХД можно использовать. Российская платформа SpaceVM подключает внешние хранилища по iSCSI, NFS, Fibre Channel и работает с кластерной файловой системой GFS2. Общий пул дает узлам кластера одновременный доступ к томам виртуальных машин, без этого недоступны миграция ВМ между узлами и автоматический перезапуск при отказе хоста.
До закупки СХД сверяют с матрицей совместимости платформы: набор поддерживаемых протоколов у SpaceVM отличается от прежних решений на VMware, поэтому при переходе часть подключений придется перенастраивать. Отдельно закладывают время на перенос виртуальных машин — при миграции с vSphere исходная ВМ останавливается, живого переноса между платформами нет, поэтому окно простоя планируют заранее.
Локальная или облачная СХД: что выбрать
Локальная СХД дает полный контроль над оборудованием, сетью и физическим доступом. Она подходит при стабильной нагрузке, больших объемах активных данных и строгих требованиях к задержке. При этом компания оплачивает оборудование, лицензии, питание, охлаждение и поддержку.
Облачное хранение быстрее запускается и масштабируется без закупки новых дисков. Оно удобно для разработки, резервного копирования и распределенного доступа, но зависит от канала связи, тарифов на операции и выгрузку данных, а также от условий поставщика.
Для российских компаний к выбору добавляется требование по размещению данных. Персональные данные граждан РФ по 152-ФЗ хранят на территории страны, поэтому под них берут локальную СХД или облако российского провайдера с ЦОД в России. Зарубежные облачные хранилища под такие данные не подходят. Отдельный аргумент за локальное решение или отечественное ПО — курс на импортозамещение: оборудование и платформы из реестра отечественного ПО снимают риск отзыва лицензий и прекращения поддержки, с которым столкнулись пользователи ушедших вендоров.
На практике часто применяют смешанную модель: критичные данные оставляют локально, а архивы и резервные копии переносят в облако.
Как выбрать систему хранения данных
Выбор начинают с анализа нагрузки. Определяют приложения, объем чтения и записи, размер блока, характер доступа, число одновременных запросов и допустимое время отклика. Затем оценивают рост данных, требования к восстановлению и совместимость с серверами, операционными системами, платформами виртуализации, базами данных, адаптерами, коммутаторами и программами резервного копирования.
До закупки желательно провести испытание на данных и запросах, близких к рабочим. Оно покажет реальную задержку, поведение системы при заполнении пула и скорость работы при отказе компонентов.
Емкость, производительность и масштабируемость
Сырая емкость равна сумме номинальных объемов дисков. Полезная емкость меньше из-за RAID, резервных накопителей, служебных областей, снимков и запаса свободного пространства.
Дедупликация находит одинаковые блоки и хранит один экземпляр, заменяя остальные ссылками. Сжатие сокращает объем внутри блока. Уже сжатые видеофайлы, архивы и зашифрованная информация почти не сокращаются.
Производительность оценивают по трем показателям:
- IOPS — количество операций ввода-вывода в секунду;
- пропускная способность — объем передаваемых данных;
- задержка — время выполнения запроса.
IOPS рассматривают вместе с размером блока, долей чтения и записи и числом одновременно обрабатываемых запросов. Для критичных приложений смотрят не только среднюю задержку, но и процентили p95 и p99: они показывают отклик самых медленных запросов, по которым пользователь и оценивает работу системы.
Тонкое выделение емкости (thin provisioning) резервирует за томом логический объем, а физические блоки массив выделяет только при первой записи.
Отказоустойчивость и стоимость владения
Нужно определить, какие отказы должна выдерживать система: диска, полки, контроллера, кабеля, коммутатора, узла или всей площадки. Для критичных сервисов применяют дублированные контроллеры, резервные блоки питания и многопутевое подключение.
Совокупная стоимость владения включает:
- оборудование и лицензии;
- адаптеры и коммутаторы;
- техническую поддержку;
- питание, охлаждение и место в стойках;
- администрирование;
- перенос данных;
- последующее расширение.
Недорогая начальная конфигурация может привести к высоким расходам, если для роста потребуется заменить контроллеры, купить фирменные диски или дополнительные лицензии. Поэтому предложения сравнивают по полезной емкости, производительности, отказоустойчивости и набору функций.
Частые ошибки при выборе СХД
Основные ошибки:
- покупка дискового объема без анализа нагрузки;
- сравнение систем по сырой, а не полезной емкости;
- выбор по максимальному IOPS без учета размера блока и характера операций;
- восприятие RAID и снимков как замены резервному копированию;
- отсутствие проверки совместимости;
- игнорирование снижения производительности при восстановлении RAID;
- неучтенные лицензии и условия расширения;
- сравнение локального и облачного хранения только по начальной цене.
Порядок действий перед закупкой: снять профиль нагрузки с работающих систем за две-четыре недели; рассчитать полезную емкость с учетом выбранного уровня RAID и запаса 20–30%; проверить совместимость с платформой виртуализации по матрице вендора; провести пилот на реальных данных; посчитать TCO на горизонте пяти лет вместе с лицензиями и расширением.
Главное по теме
- СХД отличается от набора дисков управлением: контроллеры, резервные пути, снимки, централизованное управление. Отдельный диск этого не дает.
- Три схемы подключения: DAS – для одного сервера, NAS – файлы по сети, SAN – блочный доступ к общим томам для виртуализации и СУБД.
- RAID защищает от отказа диска, но не заменяет резервную копию: от удаления, шифровальщика и потери площадки спасает только независимый бэкап.
- Выбор начинают с профиля нагрузки, а не с объема. Сравнивают по полезной, а не сырой емкости и считают TCO на пять лет.
- Для данных под 152-ФЗ — размещение в РФ: локальная СХД или российское облако. Платформа виртуализации задает список поддерживаемых протоколов хранения.
Алексей Мензовитый
Директор SpaceVM
