آموزش رایگان Data Storage Networking؛ آرایه‌های ذخیره‌سازی چیست و چه کاربردی دارد؟

در ادامه مقالات آموزش رایگان data storage networking، به بحث آرایه‌های ذخیره سازی می‌رسیم. در این مقاله روش های san، nas، unified storage و آرایه ذخیره سازی را بررسی کرده و مکانیزم افزونگی را شرح می‌دهیم. با فالنیک همراه باشید. برای دریافت قیمت استوریج و همچنین خرید استوریج hp ، خرید استوریج qnap و همچنین استوریج emc می‌توانید روی لینک بزنید و از مشاوره رایگان متخصصین فالنیک استفاده کنید.

• مقدمه ای بر آرایه ذخیره سازی
• آرایه ذخیره سازی چیست؟
• معرفی ذخیره سازیSAN
• معرفی ذخیره سازی NAS
• معرفی ذخیره سازی یکپارچه
• بررسی معماری آرایه ذخیره‌سازی
• مکانیزم افزونگی چیست؟

مقدمه ای بر آرایه ذخیره سازی

در گذشته، آرایه‌های ذخیره‌سازی، فریم‌های بزرگی از هارد دیسک‌ها بودند که فضای زیادی از مرکز داده را اشغال می‌کردند و میزان مصرف انرژی آن‌ها معادل تأمین برق یک شهر کوچک بود. بزرگ‌ترین آرایه‌های ذخیره‌سازی بیش از 10 کابینت را میزبانی می‌کردند که هزاران دیسک دیسک، صدها پورت در نمای روبرویی و حافظه کشی معادل چندین ترابایت را در خود جای داده بودند. این آرایه‌های ذخیره‌سازی درون کابینت‌های تخصصی قرار می‌گرفتند و بزرگ‌ترین دغدغه یک مدیر مرکز داده به شمار می‌رفتند. علاوه بر این، خرید آن‌ها گران بود، مدیریت آن‌ها پیچیده بود و انعطاف‌پذیری خیلی کمی داشتند.

این آرایه‌ها برای افرادی که به عنوان مشاور در حوزه ذخیره‌سازی کار می‌کنند، سودآور بود، زیرا تنها به شرکت‌ها در مورد خرید گزینه مطلوب مشاوره فنی ارائه می‌کردند، اما برای شرکت‌هایی که در زمینه ارائه خدمات ذخیره‌سازی به فعالیت اشتغال داشتند، چندان جالب توجه نبودند و در مجموع به‌لحاظ پاسخ‌گویی به نیازهای تجاری عملکرد چندان جالبی نداشتند. شکل زیر یک آرایه 11 فریمی EMC VMAX را نشان می‌دهد.

خوشبختانه، شرایط به سرعت تغییر کرد و با ورود گسترده ذخیره‌سازه‌های حالت جامد و زیرساخت‌های ابرمحور فرآیند پیاده‌سازی و مدیریت رسانه‌های ذخیره‌ساز ساده‌تر شد. ورود این دو فناوری به دنیای ذخیره‌سازی برای فروشندگان راه‌حل‌های ذخیره‌ساز چندان خوشایند نبود، زیرا مجبور شدند برای حضور ماندگار در بازار به فکر نوآوری در زمینه ارائه راه‌حل‌های ذخیره‌سازی بروند. نتیجه آن شد که آرایه‌های ذخیره‌سازی با مصرف انرژی کمتر، مدیریت ساده‌تر، برنامه‌های کاربردی هوشمندتر، ابعاد کوچک‌تر، استانداردتر و در برخی موارد ارزان‌تر به بازار وارد شدند.

قبل از این‌که وارد جزئیات شوید، ابتدا باید با چند اصطلاح کوتاه مثل آرایه ذخیره‌سازی (storage array)، زیرسیستم ذخیره‌سازی (storage subsystem)، چارچوب ذخیره‌سازی (storage frame) و آرایه san که از مفاهیم مهم دنیای ذخیره‌سازی هستند آشنا شوید. اگرچه ممکن است از نظر فنی توصیف دقیقی نباشد، اما در این دوره آموزشی از اصطلاح آرایه ذخیره‌سازی یا فقط آرایه استفاده می‌کنیم، زیرا در صنعت و بازار همه از این دو اصطلاح استفاده می‌کنند.

نکته: متاسفانه گاهی اوقات می‌شنویم که افراد به آرایه ذخیره‌سازی به‌عنوان san اشاره می‌کنند که کاملا اشتباه است. san یک شبکه ذخیره‌سازی اختصاصی است که برای اتصال آرایه‌های ذخیره‌سازی و میزبان‌ها استفاده می‌شود.

آرایه ذخیره سازی چیست؟

آرایه ذخیره سازی یک سیستم هوشمند است که برای تأمین فضای ذخیره‌سازی رایانه‌ها یا سرورهای متصل معمولاً از طریق شبکه ذخیره‌سازی، از آن استفاده می‌شود. این ذخیره‌سازی به طور سنتی مبتنی بر هارد دیسک‌ها است، اما شاهد افزایش تعداد رسانه‌های حالت جامد در آرایه‌های ذخیره سازی هستیم. همچنین به این نکته دقت کنید که غیر معمول نیست یک آرایه ذخیره‌سازی بزرگ بیش از یک پتابایت (PB) فضای ذخیره‌سازی داشته باشد.

آرایه‌های ذخیره سازی از طریق یک شبکه مشترک به رایانه‌های میزبان متصل می‌شوند و معمولاً قابلیت اطمینان و عملکرد کارآمدی ارائه می‌کنند. آرایه‌های ذخیره‌سازی در سه گروه زیر در دسترس قرار دارند:

1. SAN
2. NAS
3. یکپارچه (SAN و NAS)

آرایه‌های ذخیره‌سازی SAN که گاهی به آرایه‌های ذخیره‌سازی بلوکی نیز شناخته می‌شوند، ارتباط را از طریق پروتکل‌های مبتنی بر بلوک مانند موارد زیر فراهم می‌کنند:

1. کانال فیبر (FC) سرنام Fibre Channel
2. کانال فیبر روی اترنت (FCoE) سرنام Fibre Channel over Ethernet
3. رابط سیستم کامپیوتری کوچک اینترنتی (iSCSI) سرنام Internet Small Computer System Interface
4. SCSI پیوست‌شده سریال (SAS) سرنام Serial Attached SCSI

آرایه‌های ذخیره‌سازی بلوک، دستورات دسترسی سطح پایین دیسک درایو که بلوک‌های توصیفگر فرمان cbd نام دارند مثل مانند بلوک read، بلوک write و read capacity را روی san ارسال می‌کنند.

آرایه‌های ذخیره‌سازی nas که گاهی اوقات فایل‌کننده (filers) نامیده می‌شوند، ارتباط را از طریق پروتکل‌های مبتنی بر فایل مانند سیستم فایل شبکه (NFS) سرنام Network File System و SMB/CIFS فراهم می‌کنند. پروتکل‌های مبتنی بر فایل در سطح بالاتری نسبت به دستورات بلوک سطح پایین کار می‌کنند. آن‌ها برای مدیریت فایل‌ها و دایرکتوری‌ها از مجموعه دستوراتی استفاده می‌کنند تا کارهایی مانند ساخت فایل‌ها، تغییر نام فایل‌ها، قفل کردن، بستن یک فایل و غیره را انجام می‌دهند.

آرایه‌های ذخیره‌سازی یکپارچه (Unified storage arrays) که گاهی به آن‌ها آرایه‌های چند پروتکلی نیز گفته می‌شود، فضای ذخیره‌سازی مشترکی را روی پروتکل‌های بلوک و فایل ارائه می‌کنند.

تمامی آرایه‌های ذخیره‌سازی، SAN و NAS با هدف تجمیع منابع ذخیره‌سازی و در دسترس قرار دادن این منابع برای میزبان‌های متصل از طریق شبکه ذخیره‌سازی توسعه پیدا کرده‌اند. علاوه بر این، اکثر آرایه‌های ذخیره‌سازی ویژگی‌ها و عملکردهای پیشرفته‌ای به‌شرح زیر ارائه می‌کنند:

1. تکثیر (Replication)
2. اسنپ‌شات‌های کارآمد (Snapshots)
3. بارگذاری (Offloads)
4. دسترس‌پذیری و انعطاف‌پذیری بالا (High availability and resiliency)
5. عملکرد بالا (High performance)
6. بهره‌وری فضا (Space efficiency)

در شرایطی‌که امروزه انواع مختلفی از آرایه‌های ذخیره‌سازی وجود دارند، صرفنظر از فضای ذخیره‌سازی که رسانه‌های مختلف ارائه می‌کنند، هر آرایه ذخیره‌سازی سعی می‌کند محیط و اکوسیستم کارآمدی برای استفاده موثر از دیسک درایوها و درایوهای ssd ارائه کند. این آرایه‌ها به‌گونه‌ای طراحی و تنظیم شده‌اند که گردش هوا و سرمایش، میرایی ارتعاش و منبع تغذیه کارآمد برای رسانه‌های ذخیره‌ساز پدید آورند و علاوه بر این، مصرف‌کنندگان با انجام کار کمتری قادر به مراقبت و تمیز کردن تجهیزات هستند.

SCSI Enclosure Services (SES) نمونه‌ای از انواع خدماتی است که آرایه‌های ذخیره‌سازی برای دیسک درایوها ارائه می‌دهند. SCSI SES پروتکلی است که عمدتاً با انکلوژرهای ذخیره‌سازی دیسک استفاده می‌شود. به‌طول کلی، SES یک فناوری پس‌زمینه است که شاید نیازی به دانستن جزییات فنی آن نداشته باشید، اما باید بدانید که یک سرویس حیاتی ارائه می‌دهد. SES بر مصرف انرژی، ولتاژ، فن‌ها و سرمایش، سطوح میانی (Midplane) و سایر عوامل مرتبط با محیط آرایه ذخیره‌ساز نظارت می‌کند. به‌طور مثال، SES می‌تواند به شما هشدار دهد آرایه‌های ذخیره‌سازی مستقر در لایه اول (Tier 1) با گرمای غیرعادی روبرو شده‌اند و باید به این مسئله رسیدگی کنید.

معرفی ذخیره سازی SAN

همان‌گونه که اشاره کردیم، آرایه‌های ذخیره‌سازی SAN از پروتکل‌های مبتنی بر بلوک مانند FC، FCoE و iSCSI پشتیبانی می‌کنند تا دسترسی به منابع ذخیره‌ساز با سهولت انجام شود. منابع ذخیره‌سازی در قالب اعداد واحد منطقی اسکازی سرنام SCSI logical unit numbers به‌اختصار LUN به میزبان‌ها معرفی می‌شوند. LUN را به عنوان یک دیسک خام در نظر بگیرید که سیستم‌عامل یا هایپروایزر دقیقاً مانند یک دیسک درایو محلی با آن رفتار می‌کنند. LUN اساسا یک فضای ذخیره‌سازی خام در اختیار سیستم‌عامل قرار می‌دهد. به این ترتیب، سیستم‌عامل/هایپروایزر می‌داند که باید LUN را فرمت کند و یک فایل سیستمی به آن اختصاص دهد.

در مقایسه با ذخیره‌سازی NAS، آرایه‌های ذخیره‌سازی SAN عملکرد بالاتر و البته هزینه بیشتری دارند. آن‌ها تمام خدمات اسنپ‌شات و تکثیر را ارائه می‌دهند. درست مشابه با آن چیزی که در یک آرایه NAS دریافت می‌کنید، اما از آن‌جایی که آرایه‌های ذخیره‌ساز SAN اطلاعاتی در مورد سیستم فایلی ندارند از برخی جهات در مقایسه با پسرعموهای NAS خود کمی غیرهوشمندتر هستند.

یکی از دلایل عمده‌ای که آرایه‌های SAN نسبت به آرایه‌های NAS عملکرد بالاتری دارند، به دلیل شبکه کانال فیبر اختصاصی که از آن استفاده می‌کنند. کانالی که بیشتر آرایه‌های SAN از آن استفاده می‌کنند. شبکه‌های کانال فیبر معمولاً به ترافیک ذخیره‌سازی اختصاصی دسترسی دارند و اغلب از تکنیک‌های راهگزینی برشی (سوئیچینگ برشی) استفاده می‌کنند و به همین دلیل توان عملیاتی بالاتری را در مقیاس کلان ارائه می‌کنند. بنابراین، با تأخیر بسیار کمتری نسبت به یک شبکه اترنت 1 گیگابیتی یا 10 گیگابیتی اشتراکی که آرایه‌های NAS از آن‌ها استفاده می‌کنند، کار می‌کنند.

معرفی ذخیره سازی NAS

آرایه‌های ذخیره‌سازی NAS به جای بلوک‌ها با فایل‌ها کار می‌کنند. این آرایه‌ها اتصال را از طریق پروتکل‌های اشتراک فایل مبتنی بر TCP/IP مانند NFS و SMB/CIFS فراهم می‌کنند. آن‌ها اغلب برای یکپارچه‌سازی با سرورهای فایل ویندوزی و لینوکسی استفاده می‌شوند. جایی‌که میزبان‌ها فرآیند اشتراک‌گذاری‌ها اطلاعات NAS را دقیقاً مشابه با تکنیک NFS یا CIFS انجام می‌دهند. به همین دلیل، میزبان‌ها می‌دانند که این اشتراک‌گذاری فضای ذخیره‌سازی رویکرد محلی ندارند، بنابراین به دنبال نصب سیستم فایلی روی NAS نیستند، زیرا سفت‌افزار آرایه NAS این فرآیند را مدیریت می‌کند.

یک میزبان ویندوزی که قصد تعامل با پروتکل SMB/CIFS  از یک آرایه NAS با هدف اشتراک‌گذاری اطلاعات را دارد، این فرآیند را دقیقاً به همان روشی انجام می‌دهد که از مکانیزم (UNC) سرنام Universal Naming Convention برای دسترسی به مسیری مثل \\legendary-file-server\shares\tech استفاده می‌کند.

از آن‌جایی که پروتکل‌های NAS روی شبکه‌های اترنت اشتراکی کار می‌کنند، اغلب از تأخیر مبتنی بر شبکه بالاتری نسبت به ذخیره‌سازی SAN رنج می‌برند و بیشتر مستعد مشکلات مربوط به شبکه هستند. همچنین، از آن‌جایی که آرایه‌های ذخیره‌سازی NAS با فایل‌ها و دایرکتوری‌ها کار می‌کنند، باید با مجوزهای فایل، حساب‌های کاربری، اکتیو دایرکتوری، سرویس اطلاعات شبکه (NIS)، قفل کردن فایل‌ها و سایر فناوری‌های مرتبط با فایل ارتباط داشته باشند.

یکی از چالش‌های رایج مرتبط با استوریج‌ها و داده‌ها،  مقوله امنیت و اطمینان از عدم آلوده شدن اطلاعات به بدافزارها است. مکانیزم ذخیره‌سازی NAS عملکردی کاملاً متفاوت از ذخیره‌سازی SAN است، به‌طوری در بحث امنیت این SAN است که قابلیت اطمینان بیشتری ارائه می‌کند.

نکته: کنترلرهای NAS اغلب به عنوان هد یا هدهای NAS توصیف می‌شوند.

آرایه‌های NAS در طول تاریخ به عنوان ارزان‌ترین رسانه ذخیره‌سازی که عملکرد پایین‌ترین نسبت به آرایه‌های SAN ارائه می‌کند شناخته می‌شوند، اما این جمله همیشه درست نیست. در واقع، از آن‌جایی که آرایه‌های NAS مالک سیستم فایلی هستند و درک درستی از آن دارند، در ارتباط با فرآیندهایی مثل اشتراک‌گذاری یا ارسال فایل‌ها و ابرداده‌ها مزیت قابل توجهی نسبت به آرایه‌های SAN دارند. شما می‌توانید دستگاه‌های NAS ارزان و با کارایی پایین بخرید یا می‌توانید کمی بیشتر هزینه کنید و NAS گران قیمت و با کارایی بالا بخرید. البته، بیشتر شرکت‌های فعال در زمینه ارائه خدمات ذخیره‌سازی به شما اعلام می‌دارند که دستگاه‌های NAS آن‌ها کم هزینه و کارایی بالایی دارد، با این‌حال، قبل از خرید مطمئن شوید، نیازمندی‌های کسب‌وکار خود را بررسی کنید تا خرید درستی داشته باشید.

معرفی ذخیره سازی یکپارچه (Unified Storage)

آرایه‌های یکپارچه ذخیره‌سازی هر دو مکانیزم ذخیره‌سازی مبتنی بر بلوک و فایل (SAN و NAS) را فراهم می‌کنند. فروشندگان مختلف آرایه‌های یکپارچه را به روش‌های مختلف پیاده‌سازی می‌کنند، اما نتیجه نهایی یک آرایه‌ ذخیره‌سازی تحت شبکه است که به میزبان‌ها اجازه دسترسی به منابع ذخیره‌سازی را می‌دهد، به‌طوری که این دسترسی ممکن است به‌عنوان بلوک LUN روی پروتکل‌های بلوک یا به‌عنوان اشتراک‌گذاری شبکه روی پروتکل‌های اشتراک‌گذاری فایل باشد.

این آرایه‌ها برای مشتریانی با برنامه‌هایی که نیاز به ذخیره‌سازی مبتنی بر بلوک دارند، مانند Microsoft Exchange Server، به خوبی کار می‌کنند، البته این فناوری قابلیت‌های کاربردی خوبی در اختیار مشتریان قرار می‌دهد که دوست دارند آرایه‌های ذخیره‌سازی یکپارچه را با سرورهای فایلی ادغام کرده و در قالب آرایه NAS از آن‌ها استفاده کنند.

گاهی اوقات این آرایه‌ها به اصطلاح یکپارچه به معنای واقعی کلمه یک آرایه SAN و یک آرایه NAS هستند که هر کدام دیسک‌های اختصاصی خود را دارند. برخی منابع نیز از اصطلاح Frankenstorage برای توصیف آن‌ها استفاده می‌کنند.

البته تولیدکنندگان راه‌حل‌های ذخیره‌سازی یک طراحی جایگزین برای Frankenstorage ارائه کرده‌اند که به این صورت کار می‌کند که یک آرایه واحد با یک مجموعه اشتراکی از درایوها است که یک برنامه ریزکد (Microcode) را اجرا می‌کند که هم بلوک و هم فایل را مدیریت می‌کند.

این فناوری موافقان و مخالفان خاص خود را دارد. برخی بر این باور هستند که طراحی Frankenstorage بیش از اندازه منابع را هدر می‌دهد و مدیریت را سخت‌تر است، در حالی که موافقان بر این باور هستند که عملکرد بهتر و قابل پیش‌بینی‌تری ارائه دهد.

اگر به جزییات فنی این معماری نگاه کنید متوجه می‌شوید که مولفه‌های SAN و NAS در واقع به لحاظ فیزیکی طراحی جداگانه‌ای دارند و به‌عنوان سیستم‌های ایزوله کار می‌کنند. به‌طور کلی، متصل کردن یک آرایه SAN و یک آرایه NAS تنها با یک رابط کاربری گرافیکی مشترک طراحی عالی یا منحصر به فرد به شمار نمی‌رود.

بررسی معماری آرایه ذخیره‌سازی

در این بخش، مولفه‌های اصلی مشترک در اکثر معماری‌های آرایه ذخیره‌سازی را بررسی می‌کنیم، زیرا به‌عنوان یک کارشناس ذخیره‌سازی باید اطلاعاتی در این زمینه داشته باشید.

شکل زیر یک بلوک سطح بالا از یک آرایه ذخیره‌سازی (SAN، NAS) را به همراه مولفه‌های اصلی آن‌ها نشان می‌دهد.

به ترتیب از سمت چپ، پورت‌های جلویی داریم. این‌ها به شبکه ذخیره‌سازی متصل می‌شوند و به میزبان‌ها اجازه می‌دهند به منابع ذخیره‌سازی دسترسی داشته باشند و از آن‌ها استفاده کنند. پورت‌های جلویی معمولا FC یا اترنت (iSCSI، FCoE، NFS، SMB) هستند. میزبان‌هایی که مایل به استفاده از منابع مشترک از آرایه ذخیره‌سازی هستند باید از طریق یک پروتکل یکسان به آرایه ذخیره‌سازی در شبکه متصل شوند. بنابراین اگر می‌خواهید از طریق کانال فیبر به بلوک‌های LUN دسترسی داشته باشید، به یک آداپتور گذرگاه میزبان کانال فیبر (HBA) در سرور خود نیاز دارید.

اگر به سمت راست پورت‌های جلویی نگاه کنیم به پردازنده‌ها می‌رسیم. این پردازنده‌ها در بیشتر موارد متعلق به اینتل هستند، هرچند برندهای دیگری نیز در این زمینه فعالیت می‌کنند. آن‌ها سفت‌افزار آرایه را اجرا می‌کنند و پورت‌های جلویی و ورودی/خروجی که برای تعامل با رسانه‌های خارجی از آن‌ها استفاده می‌شوند را کنترل می‌کنند.

در پشت پردازنده، حافظه کش قرار دارد که برای افزایش سرعت آرایه استفاده ‌می‌شود و در آرایه‌های مبتنی بر دیسک مکانیکی نقش مهمی در افزایش سرعت دارد. در واقع، بدون کش، بدترین عملکرد را در این زمینه تجربه می‌کردید.

پس از خروج از حافظه پنهان، به سرزمین اصلی وارد می‌شوید. در این‌جا ممکن است پردازنده‌های مرکزی و پورت‌های بیشتری وجود داشته باشد که به درایوهایی که بخش اصلی را تشکیل می‌دهند متصل هستند. گاهی اوقات همان پردازنده‌های مرکزی که مولفه‌های جلویی را کنترل می‌کنند، مولفه‌های پشتیبان را نیز کنترل می‌کنند.

اکنون اجازه دهید برخی از اصول اصلی معماری مشترک در آرایه‌های ذخیره‌سازی را بررسی کنیم.

مکانیزم افزونگی چیست؟

افزونگی – redundancy در طراحی‌های فناوری اطلاعات به معنای داشتن بیش از یک مؤلفه است، به طوری که وقتی با خرابی مؤلفه‌ها روبرو شدید، سیستم‌های شما قادر به ارائه خدمات باشند. افزونگی با اصطلاح N+1 توصیف می‌شود، به این معنی که هر مولفه (N) یک مولفه یدکی دارد که در صورت خرابی مولفه N قادر به تحمل بار کاری است. افزونگی در زیرساخت‌ها برای شرکت‌های فعال در حوزه آنلاین ضروری است، زیرا به آن‌ها اطمینان خاطر می‌دهد در صورت بروز مشکلاتی همچون حمله‌های بدافزاری یا خرابی سیستم، به سرعت از برنامه واکنش به حادثه برای استمرار فعالیت استفاده کنند.

آرایه‌های ذخیره‌سازی با سطوح مختلف افزونگی ساخته می‌شوند، بنابراین در هنگام خرید یا پیاده‌سازی باید به این مسئله توجه خاصی داشته باشید.

آرایه‌های ارزان‌قیمت با حداقل قطعات اضافی عرضه می‌شوند، در حالی که آرایه‌های کلاس سازمانی با افزونگی تعبیه‌شده در تقریباً هر مؤلفه‌ای مثل منابع تغذیه، پورت‌های جلویی، پردازنده مرکزی، مسیرهای داخلی، ماژول‌های کش، خشاب‌های درایو و درایوها عرضه می‌شوند.

اکثر این قطعات قابل تعویض هستند. هدف نهایی این است که آرایه بتواند با پانچ‌ها رول شود و علیرغم خرابی مولفه‌های کلیدی مثل منبع تغذیه (به لطف افزونگی) بازهم بدون مشکل عملیات ورودی/خروجی را ادامه دهد. یکی از ویژگی‌های مهم در این زمینه اصطلاح تعویض داغ (Hot swap) است که به توانایی جایگزینی مولفه‌های فیزیکی دستگاه در هنگام روشن بودن اشاره دارد. این ویژگی بیشتر در مورد هارددیسک‌ها و منابع تغذیه صدق می‌کند تا بدون نیاز به خاموش کردن کامل دستگاه امکان تعویض آن‌ها وجود داشته باشد.