آموزش رایگان Data Storage Networking؛ قسمت اول: انواع رسانه و تکنولوژی در ذخیره سازی

استوریج‌ها یکی از مهم‌ترین تجهیزات در دنیای شبکه هستند مخصوصا به منظور گسترش شبکه، خرید استوریج یکی از روش‌های متداول است. به همین دلیل آشنایی با این تجهیزات برای علاقمندان به شبکه و کاربران این حوزه ضروری‌ست. در این شماره از سلسه مقالات آموزش رایگان data storage networking به اهمیت ذخیره سازی می‌پردازیم و بعد از آن انواع رسانه‌ها و تکنولوژی‌های ذخیره سازی را مرور می‌کنیم. با فالنیک همراه باشید.

• اهمیت فناوری اطلاعات
• سازمان‌ها و صنایعی که فناوری اطلاعات نقش کلیدی در آن‌ها دارد
• نقش ذخیره سازی در فناوری اطلاعات
• رسانه‌های ذخیره ساز پایه
• هارد دیسک‌ها و نوارها منسوخ نمی‌شوند
• ذخیره‌سازی پایدار و غیر پایدار
• عملکرد و دسترس‌پذیری
• ابر، رقیب جدی NAS و SAN

نقش فزاینده فناوری در جهان غیر قابل انکار است. همین مسئله باعث شده تا تقاضا برای سیستم‌های قدرتمند، با کارایی بالا و مبتنی بر جدیدترین فناوری‌ها زیاد شود که به تبع آن بازار کار و اشتغال خوبی را برای متخصصان فناوری اطلاعات پدید آورده است. جایگاه مهمی که ذخیره‌سازی در دنیای زیرساخت فناوری اطلاعات دارد و نحوه تعامل آن با سایر مولفه‌های زیرساخت مانند محاسبات و شبکه بر کسی پوشیده نیست. امروزه راه‌حل‌های مختلفی در ارتباط با فضای ذخیره‌سازی، مثل هارد دیسک‌ها، حافظه‌های حالت جامد، رایانش ابری و تجهیزات ذخیره‌ساز تحت شبکه در اختیار کسب‌وکارها و حتا کاربران خانگی قرار گرفته تا مشکلی از بابت ذخیره‌سازی هدفمند اطلاعات نداشته باشند.

اهمیت فناوری اطلاعات

فناوری اطلاعات (IT) هرگز به اندازه عصر حاضر مهم نبوده است. از رسانه‌های اجتماعی و زندگی شخصی گرفته تا نهادهای دولتی و شرکت‌های بزرگ، همگی به شکل جدی از فناوری اطلاعات استفاده می‌کنند و نیازمند ذخیره‌سازی اطلاعاتی هستند که تولید یا دریافت می‌کنند. در زندگی شخصی‌مان، ما به‌طور فزاینده‌ای به دستگاه‌های الکترونیکی با قابلیت اتصال به شبکه مثل تلفن‌های هوشمند، ساعت‌های هوشمند، تبلت‌ها، لپ‌تاپ‌ها و موارد دیگر وابسته هستیم.

برای یک لحظه به این فکر کنید که آخرین باری که اتصال اینترنت خانگی شما قطع شد چقدر ناراحت بودید. ناگهان ارتباطتان با جهان قطع شد، منزوی شدید و در کاری که می‌توانستید انجام دهید به شدت محدود شدید. حتی زمانی که در حال حرکت هستیم، اغلب در هنگام گشت و گذار در شهرهای بزرگ یا رانندگی با اتومبیل خود به خدماتی مانند Google Maps اعتماد می‌کنیم. این یک واقعیت محرز است که ما به‌طور فزاینده‌ای در زندگی شخصی خود به فناوری متکی هستیم.

همین امر در مورد مشاغل نیز صدق می‌کند. کسب‌و‌کارها به‌طور فزاینده‌ای به اطلاعات و فناوری وابسته هستند. برای یک لحظه تصور کنید دسترسی همه مشاغل به اینترنت قطع شود، آن‌گاه ببینید چه اتفاقی برای آن‌ها می‌افتد. این مورد تنها در ارتباط با اینترنت نیست. اگر کسب‌وکاری به هر شکلی نتواند به اطلاعات و داده‌های خود دسترسی داشته باشد در کوتاه‌ترین زمان ممکن از میان خواهد رفت. در دنیای امروز، کسب‌وکارها نمی‌توانند بدون دسترسی سریع به اطلاعات و اینترنت به کار خود ادامه دهند.

سازمان‌ها و صنایعی که فناوری اطلاعات نقش کلیدی در آن‌ها دارد

با توجه به اهمیت فوق‌العاده و نقش کلیدی فناوری برای کسب‌و‌کارها، ضروری است که شرکت‌ها از سیستم‌های فناوری قابل اعتماد و با کارایی بالا استفاده کنند. یک شرکت بازرگانی با سیستم‌های فناوری اطلاعات فوق سریع می‌تواند در اسرع وقت معاملات را انجام دهد. اگر فرایند دسترسی به اطلاعات کند باشد، پیامدهای منفی این مسئله به صورت کاهش فروش خود را نشان می‌دهند.

اگر خدمات در دسترس نباشد یا کند باشد، مشتریان به سرعت به سراغ شرکت‌های دیگری خواهند رفت. شرکت‌های فروش آنلاین برای پردازش سفارشات مشتریان به سیستم‌های فناوری اطلاعات با کارایی بالا و قابل اعتماد نیاز دارند. اگر سیستم خرید آنلاین از کار بیفتد یا خیلی کند باشد، مشتریان قادر به خرید کالا نخواهند بود.

بیمارستان‌ها به منظور اتخاذ تصمیمات بالینی دقیق نیاز به دسترسی سریع و قابل اعتماد به اطلاعات بیمار دارند. اگر پزشکان نتوانند به‌موقع به اطلاعات دقیق و به‌روز بیماران دسترسی پیدا کنند، ممکن است اتفاقات وحشتناکی برای بیماران بیفتد. شرکت‌های حمل‌ونقل به منظور ارائه خدمات ایمن و قابل اعتماد مانند کنترل ترافیک هوایی و سیگنال‌دهی مسیر قطار، به دسترسی سریع و قابل اعتماد به سیستم‌های فناوری اطلاعات نیاز دارند.

شرکت‌های چند رسانه‌ای برای ایجاد و ارائه محتوای باکیفیت به مشترکان به سیستم‌های فناوری اطلاعات با سرعت بالا و قابل اعتماد نیاز دارند. همان‌گونه که مشاهده می‌کنید این فهرست تمام شدنی نیست و می‌تواند به همین شکل ادامه پیدا کند.

نقش ذخیره سازی در فناوری اطلاعات

در دنیای فناوری اطلاعات، ذخیره‌سازی به‌همراه محاسبات و شبکه‌سازی از ارکان اصلی زیرساخت‌های فناوری اطلاعات هستند که به‌عنوان لایه محاسباتی، لایه شبکه و لایه ذخیره‌سازی از آن‌ها نام می‌بریم.

در لایه محاسباتی، برنامه‌هایی مانند وب‌سرورها، پایگاه‌های داده و برنامه‌ها استریم آنلاین قرار دارند.

لایه شبکه ارتباط بین محاسبات را فراهم می‌کند. به‌طور مثال، در یک شبکه عادی که کامپیوتری (سرور) دارد که یک سرویس وب‌ را اجرا می‌کند با سرور پایگاه داده‌ای که روی کامپیوتر دیگری در حال اجرا است از طریق لایه شبکه ارتباط برقرار می‌کند.

در نهایت، لایه ذخیره‌سازی مکانی است که میزبان تمام داده‌ها است. برای درک بهتر این مفاهیم بهتر است به یک مثال واقعی اشاره کنیم:

در دنیای واقعی گره‌های محاسباتی مانند وسایل نقلیه‌ای مانند خودروها و کامیون‌ها هستند. لایه شبکه مانند زیرساخت جاده است و لایه ذخیره‌سازی دفاتر و انبارهایی است که همه کالاها و محصولات را نگه‌داری می‌کنند.

رسانه‌های ذخیره ساز پایه

در حال حاضر دستگاه‌های ذخیره سازی که در مراکز داده سراسر جهان استفاده می‌شود به سه گروه اصلی زیر تقسیم می‌شوند

1. هارد دیسک‌ها
2. حافظه‌های حالت جامد
3. ذخیره سازی نواری

هر سه از گزینه‌های اصلی در بحث ذخیره سازی اطلاعات و پیاده‌سازی شبکه‌های san هستند. البته اگر بخواهیم کمی علمی‌تر به قضیه نگاه کنیم، باید بگوییم که مایکروسافت در سال 2018 میلادی، اعلام کرد رسانه‌های ذخیره ساز مبتنی بر DNA مناسب‌ترین گزینه برای زیرساخت‌های ابری و مراکز داده هستند، اما فناوری که امروزه در بیشتر مراکز داده از آن استفاده می‌شود سه موردی است که به آن‌ها اشاره شد.

ذخیره سازی دیسک (Disk Storage) به دیسک‌های سخت الکترومکانیکی اشاره دارد. از آن‌جایی که اصطلاح کمی تخصصی و طولانی است، اکثر مردم از اصطلاح هارد دیسک (HDD) سرنام Hard Disk Drive به‌جای دیسک درایو الکترومکانیکی استفاده می‌کنند.

رسانه‌های حالت جامد به مجموعه کاملی از فناوری‌های جدیدتر اشاره دارند که برای حفظ کارایی و عملکرد مراکز داده پدید آمدند. امروزه انواع مختلفی از حافظه‌های فلش وجود دارند که بر مبنای حافظه داخلی به دو گروه اصلی فلش درایو nor و فلش درایو nand تقسیم می‌شوند. برای آشنایی بیشتر با این نوع درایوها مقاله حافظه ssd چیست ؛ چه انواع و کاربردی دارد؟ را مطالعه کنید. 

ذخیره سازی نوار (tape storage) به نوع خاصی از رسانه‌های ذخیره سازی که مبتنی بر نوار مغناطیسی هستند اشاره دارد که نسبت به دو نمونه یاد شده قدیمی است و امروزه برای کاربردهای خاصی از آن‌ها استفاده می‌شود. در حالی که به‌کارگیری این رسانه برای ذخیره سازی اطلاعات در عصر جدید ممکن است کمی عجیب به نظر می‌رسد، اما هنوز هم نوارهای مغناطیسی در زیرساخت‌های فناوری اطلاعات یافت می‌شوند.

هارد دیسک‌ها و نوارها منسوخ نمی‌شوند.

متاسفانه یکی از اشتباهات بزرگی که متخصصان شبکه و به‌ویژه متخصصان ذخیره سازی انجام می‌دهند این است که تصور می‌کنند فن‌آوری‌هایی مانند هارد دیسک‌ها و ذخیره سازهای مبتنی بر نوار قدیمی هستند و نیازی به درک عملکرد داخلی آن‌ها ندارد؛ در حالی که این‌گونه نیست. ممکن است در شرکتی مشغول به کار شوید که ترکیبی از فناوری‌های جدید و قدیمی را به خدمت می‌گیرد. در چنین شرایطی عدم تسلط بر فناوری‌های زیربنایی باعث می‌شود با مشکل بزرگی روبرو شوید. اگر دوست دارید که آینده شغلی خود به عنوان یک متخصص ذخیره سازی حفظ کنید، مجبور هستید اطلاعات کاملی در ارتباط با فناوری‌های ذخیره سازی که هنوز در دنیای فناوری اطلاعات استفاده می‌شوند به دست آورید.

ذخیره سازی دیسک، حالت جامد و نوار همگی اشکال ذخیره سازی پایدار یا ذخیره سازی غیرفرار هستند. هر دو عبارت معنی یکسانی دارند: اگر دکمه پاور دستگاه را فشار دهید و آن‌را خاموش کنید، وقتی دوباره آن‌را روشن کنید، اطلاعات همچنان در دسترس قرار دارند.

نکته: هیچ‌گاه دکمه پاور یک سیستم را مستقیما فشار ندهید، زیرا ممکن است صدمات جدی به اطلاعات یا سخت‌افزار وارد کنید. به همین دلیل تاکید می‌کنیم که سامانه‌ها را به روشی معقول خاموش کنید تا فایل‌های باز روی سیستم عامل همگی بسته شوند.

اکنون که اشاره کوتاهی به اصول اولیه داشتیم، وقت آن رسیده تا از نزدیک با هر یک از این فناوری‌های ذخیره سازی مهم و عملکرد آن‌ها آشنا شویم.

ذخیره‌سازی پایدار و غیر پایدار

به‌طور کلی ذخیره‌سازی به دو گروه اصلی زیر طبقه‌بندی می‌شود:

1. پایدار (Persistent) بیشتر مواقع غیرفرار نامیده می‌شود.
2. غیر پایدار (Nonpersistent) بیشتر مواقع اوقات فرار نامیده می‌شود.

در ذخیره سازی دائمی و پایدار مهم‌ترین اصلی که باید به آن دقت کنید انتخاب استاندارد و رسانه مناسبی برای ذخیره‌سازی طولانی مدت داده‌ها است، ما این مکانیزم را پایدار یا غیرفرار می‌نامیم، زیرا با قطع برق محتویات از دست نمی‌روند. هنوز هم هارددیسک‌ها محبوب‌ترین شکل ذخیره‌سازی دائمی هستند، هرچند حافظه‌‌های حالت جامد با ظرفیت‌های نسبتا خوب در بازار وجود دارند، اما به‌دلیل قیمت بالا به‌عنوان رسانه‌ ذخیره‌ساز اصلی در نظر گرفته نمی‌شوند. تقریباً هر دستگاه فناوری شخصی مدرن مثل تلفن هوشمند، ساعت هوشمند، تبلت، لپ‌تاپ و غیره دارای حافظه داخلی پایدار است. در این‌جا وقتی باتری دستگاه تمام می‌شود مشکلی برای داده‌ها به‌وجود نمی‌آید.

در نقطه مقابل حافظه‌های فرار قرار دارند. احتمالاً رایج‌ترین نمونه رسانه ذخیره‌ساز فرار حافظه دسترسی تصادفی (RAM) است. تقریباً در بیشتر حافظه‌های اصلی با قطع برق، اطلاعات از دست می‌روند و تنها چند نمونه قابلیت ذخیره‌سازی اطلاعات را دارند که EPROM از جمله این حافظه‌ها هستند. حافظه‌های اصلی به این دلیل در سامانه‌های پردازشی قرار می‌گیرند که سرعت بسیار زیادی نسبت به هارددیسک‌ها و حافظه‌های فلش دارند.

به‌طور کلی، وقتی به واژه ذخیره‌سازی (Storage) اشاره می‌کنیم، منظورمان ذخیره‌سازی پایدار و غیرفرار است. گاهی اوقات ممکن است در منابع بخوانید که امکان استفاده از حافظه اصلی به عنوان یک منابع ذخیره‌سازی فراهم است، اما همان‌گونه که اشاره شد این موضوع در ارتباط با نوع خاصی از حافظه‌ها که قابلیت برنامه‌ریزی دارند صدق می‌کند. علاوه بر این، در ارتباط با کارهای محاسباتی همچون پردازش کلان داده‌ها با ابزارهایی مثل آپاچی هدوپ، اطلاعات برای مدت زمان مشخصی در حافظه اصلی نگه‌داری می‌شوند. با این‌حال، هر زمان برق قطع شود اطلاعات نیز پاک می‌شوند.

نکته‌ای که باید در اولین بخش از دوره آموزش رایگان Data Storage Networking به آن اشاره داشته باشیم این است که در بخش‌های مختلفی از این دوره به ذخیره‌سازی حالت جامد (SSS) اشاره می‌کنیم، اما اصطلاح حالت جامد (Solid State) را برای نشان دادن این‌که یک دستگاه مجهز به فضای ذخیره‌سازی مبتنی بر فناوری نیمه‌رسانا است که هیچ بخش متحرکی ندارد استفاده می‌کنیم. در نقطه مقابل هارددیسک‌ها قرار دارند که یک دستگاه حالت جامد نیستند، زیرا دارای قطعات متحرک پیچیده زیادی هستند و بنابراین به‌عنوان یک رسانه مکانیکی از آن‌ها نام برده می‌شود.

عملکرد و دسترس‌پذیری

هر دو رسانه ذخیره‌سازی مکانیکی و حالت جامد دو ویژگی مهم عملکرد – performance و دسترس‌پذیری availability را ارائه می‌کنند.

در دنیای فناوری اطلاعات تاکید بر سرعت است، با این‌حال، عملکرد، موضوعی نیست که بتوان به‌سادگی از کنار آن عبور کرد. عملکرد یکی از مباحث پیچیده دنیای ذخیره‌سازی اطلاعات است. به‌عنوان مثال، هارددیسک‌ها آخرین قطعه مکانیکی کامپیوترها و سرورها هستند و به همین دلیل، همگام کردن سرعت هارددیسک‌ها با مولفه‌های مبتنی بر سیلیکون مثل پردازنده مرکزی یا حافظه‌‌ها غیرممکن است. به دلیل وجود مولفه‌های مکانیکی موجود در هارددیسک‌ها، این درایوها در بارهای کاری تصادفی عملکرد خوبی ندارد، اما عملکرد آن‌ها در بارهای کاری متوالی عالی است.

در نقطه مقابل رسانه‌های حالت جامد قرار دارند که از معیاری تحت عنوان تعداد دفعات خواندن و نوشتن برای توصیف عملکرد آن‌ها استفاده می‌شود. این مقدار نشان می‌دهد که رسانه پس از چند مرتبه خواندن و نوشتن باید تعویض شود. به‌طور معمول، فرایند ریکاوری این حافظه‌ها خیلی اطمینان‌بخش نیست. در مقابل هارددیسک‌ها این مشکل را ندارند و احتمال ریکاوری اطلاعات در هارددیسک‌ها زیاد است.

حافظه‌های فلش در ارتباط با بارهای کاری خواندن تصادفی کاملا سریع هستند و به هیچ عنوان قابل مقایسه با هارددیسک‌ها نیستند. امروزه بیشتر حافظ‌های حالت جامد موجود در بازار سرعت بیش از 400 مگابیت بر ثانیه دارند، در حالی که سرعت هارددیسک‌ها از 50 تا 150 مگابیت بر ثانیه متغیر است.

بنابراین، همان‌گونه که مشاهده می‌کنید، عملکرد و سرعت هر دو به یک‌اندازه مهم هستند و باید به آن‌ها دقت کرد. به همین دلیل است که امروزه شرکت‌هایی مثل کیونپ در رسانه‌های ذخیره‌ساز از هر دو رسانه هارددیسک و حافظه حالت جامد پشتیبانی می‌کنند. اگر نکاتی که به آن‌ها اشاره کردیم به‌نظر پیچیده و دلهره‌آور به نظر می‌رسند، نگران نباشید، در طول این دوره آموزشی همه این مباحث را به‌دقت شرح می‌دهیم تا مثل کریستال شفاف شوند.

‌دسترس‌پذیری، یکی از مهم‌ترین مباحث ذخیره‌سازی اطلاعات است. به بیان دقیق‌تر، مهم است که پیش‌بینی شود در صورت خرابی تجهیزاتی مثل هارددیسک‌ها یا مولفه‌های سخت‌افزاری آن‌ها چه گزینه‌های پیشنهادی وجود دارد که ارائه خدمات تداوم پیدا کند. هارددیسک‌ها به دلیل این‌که دیسک‌های چرخان و بازوهای متحرکی دارند، مستعد خراب شدن هستند. بنابراین باید قبل از آن‌که به‌طور کامل از دست بروند با توجه به علایمی که نشان می‌دهند نسبت به تعویض آن‌ها اقدام کنید.

ابر، رقیب جدی NAS و SAN

ابر نکات مثبت و منفی خاص خود را دارد. البته دردسرها‌ی ابر بیشتر متوجه شرکت‌های ارائه‌دهنده خدمات فناوری اطلاعات و نه مصرف‌کنندگان است. هنگامی که یک کاربر یا سازمان تصمیم می‌گیرد یک فضای ذخیره‌سازی در مرکز داده‌ای را اجاره کند، این انتخاب را دارد تا از میان دو گزینه هاردیسک یا حافظه حالت جامد گزینه مدنظر خود را انتخاب کند. در این‌جا، مسئولیت نگه‌داری از تجهیزات ذخیره‌سازی بر عهده ارائه‌دهنده خدمات است.

ظرف چند سال آینده ابر، به بخش جدایی‌ناپذیر زندگی کاربران خانگی و تجاری تبدیل خواهد شد. ابر به دلیل ویژگی‌های جذابی که ارائه می‌کند، روش طراحی، استقرار و تعامل ما با فناوری اطلاعات را تغییر می‌دهد. موارد یاد شده، بازی با کلمات نیستند، زیرا ابر در طول سال‌های گذشته کارکردهای عینی و ارزشمند خود را به اثبات رسانده است.

در یک زیرساخت سنتی فناوری اطلاعات، دارایی‌های فناوری اطلاعات یک شرکت – سرورها، ذخیره‌سازی و تجهیزات شبکه تحت مالکیت و مدیریت بخش فناوری اطلاعات شرکت هستند. این تجهیزات معمولاً در یک اتاق کامپیوتر یا مرکز داده قرار می‌گیرند. کارمندان، کاربران و مشتریان می‌توانند از پروتکل‌های ارتباطی برای دسترسی به این منابع استفاده کنند.

در مدل ابری، خرید تجهیزات فناوری اطلاعات، مدیریت روزانه آن، ارتقای آن، مقابله با خرابی‌ها، مدیریت مرکز داده و انجام کلیه عملکردهای سنتی فناوری اطلاعات، بر عهده تأمین کننده ابر است. رویکرد فوق به شرکت‌ها و نمایندگی‌های آن‌ها اجازه می‌دهد با یکدیگر در تعامل باشند و دغدغه‌ای از بابت مدیریت تجهیزات فناوری اطلاعات نداشته باشند.

در این‌جا شرکت و نمایندگی‌های آن به‌جای آن‌که نگران این مسئله باشند که همگام با بزرگ‌ترین شدن شرکت و خدمات تجاری به فکر خرید تجهیزات جدید باشند، تنها تغییری در الگوی مصرف و خدمات رایانشی که از آن استفاده می‌کنند اعمال می‌کنند. در این حالت، تنها هزینه اجاره خدمات بیشتر می‌شود، اما تاخیر یا مشکلی از بابت ارائه خدمات به‌وجود نمی‌آید. به عنوان مثال، تصور کنید که یک شرکت بازارگانی زیرساخت فناوری اطلاعات خود را به فضای ابری منتقل کرده و در بیشتر ایام سال یک نرخ فروش ثابت دارد، اما در مناسبت‌های خاصی با حجم بالایی از تراکنش‌ها روبرو می‌شود.

به‌طور مثال، در روزهای پایانی سال نو و مناسبت‌هایی مثل شب یلدا فروش محصولات بیشتر می‌شود. اگر در شرایط عادی شرکت به 100 سرور مجازی و 500 ترابایت فضای ذخیره‌سازی نیاز دارد، در این بازه‌های زمانی به 250 سرور مجازی و 750 ترابایت فضای ذخیره‌سازی نیاز دارد، در این حالت ابر بهترین انتخاب است، زیرا این شرکت در بیشتر ایام سال از 100 سرور مجازی و 500 ترابایت فضای ذخیره‌سازی استفاده می‌کند و هزینه آن‌را پرداخت می‌کند، اما پس از آن در ایام تعطیلات، تعداد سرورهای مجازی را به 250 و میزان ذخیره‌سازی را به 750 ترابایت افزایش می‌دهد. زمانی که دوره تعطیلات به پایان می‌رسد، شرکت سرورها و فضای ذخیره‌سازی اضافی را خاموش می‌کند و تا سال آینده از همان زیرساخت‌های قبلی استفاده می‌کند تا هزینه بیشتری را متقبل نشود.

نمونه فوق، یک مثال ساده از تغییراتی است که ابر در نحوه مصرف و پرداخت خدمات فناوری اطلاعات به وجود آورده است. البته در مقالات آتی اطلاعات بیشتری در این زمینه به‌دست خواهیم آورد.

در شماره آینده مبحث فوق را ادامه می‌دهیم.