Сегодня можно выделить одну традиционную - Direct Attached Storage (DAS) и две уже уверенно входящие в жизнь архитектуры хранения данных - Network Attach Storage (NAS) и Storage Area Network (SAN).
Direct Attached Storage (DAS). Технология DAS подразумевает прямое (непосредственное) подключение накопителей к серверу или к ПК. При этом накопители (жесткие диски, ленточные накопители) могут быть как внутренними, так и внешними. Простейший случай DAS-системы - это один диск внутри сервера или ПК. Кроме того, к DAS-системе можно отнести и организацию внутреннего RAID-массива дисков с использованием RAID-контроллера.
Стоит отметить, что, несмотря на формальную возможность использования термина «DAS-системы» по отношению к одиночному диску или к внутреннему массиву дисков, под DAS-системой принято понимать внешнюю стойку или корзину с дисками, которую можно рассматривать как автономную СХД. Кроме независимого питания, автономные DAS-системы имеют специализированный контроллер (процессор) для управления массивом накопителей. К примеру, в качестве такого контроллера может выступать RAID-контроллер с возможностью организации RAID-массивов различных уровней.
Следует отметить, что автономные DAS-системы могут иметь несколько внешних каналов ввода-вывода, что обеспечивает возможность подключения к DAS-системе нескольких компьютеров одновременно.
В качестве интерфейсов для подключения накопителей (внутренних или внешних) в технологии DAS могут выступать интерфейсы SCSI (Small Computer Systems Interface), SATA, PATA и Fibre Channel. Если интерфейсы SCSI, SATA и PATA применяются преимущественно для подключения внутренних накопителей, то интерфейс Fibre Channel служит исключительно для подключения внешних накопителей и автономных СХД. Преимущество интерфейса Fibre Channel здесь заключается в том, что он не имеет жесткого ограничения по длине и может использоваться в том случае, когда сервер или ПК, подключаемый к DAS-системе, находится от нее на значительном расстоянии. Интерфейсы SCSI и SATA также могут применяться для подключения внешних СХД (в этом случае интерфейс SATA называют eSATA), однако они имеют строгое ограничение по максимальной длине кабеля, соединяющего DAS-систему и подключаемый сервер.
К основным преимуществам DAS-систем можно отнести их низкую стоимость (в сравнении с другими решениями СХД), простоту развертывания и администрирования, а также высокую скорость обмена данными между системой хранения и сервером. Собственно, именно по этой причине они стали очень популярны в сегменте малых офисов и небольших корпоративных сетей. В то же время DAS-системы имеют и свои недостатки - в первую очередь это высокая стоимость хранения и управления данными вследствие их разбросанности по организации, а также вынужденный простой сети в момент добавления новых дисков и необходимость наращивания памяти или процессорной мощи сервера при превышении определенного размера дискового пространства. Перегруженность сетевого трафика с добавлением новых серверов усложняет проблему защиты данных, препятствует эффективному использованию ресурсов и т.д. Затраты и новые проблемы растут как снежный ком.
В настоящее время DAS-системы занимают лидирующее положение, однако доля этих систем постоянно сокращается, и на смену им приходят либо универсальные решения с возможностью плавной миграции к NAS-системам, либо системы, предусматривающие возможность их использования как в качестве DAS-, так и NAS- и даже SAN-систем.
Network Attached Storage (NAS). NAS-системы - это сетевые системы хранения данных, непосредственно подключаемые к сети точно так же, как и сетевой принт-сервер, маршрутизатор или любое другое сетевое устройство. Фактически NAS-системы представляют собой эволюцию файл-серверов. Для того чтобы понять разницу между традиционным файл-сервером и NAS-устройством, вспомним, что традиционный файл-сервер представляет собой выделенный компьютер (сервер), на котором хранится информация, доступная пользователям сети. Для хранения информации могут использоваться жесткие диски, устанавливаемые в сервер (как правило, они располагаются в специальных корзинах), либо подключенные к серверу DAS-устройства. Администрирование файл-сервера реализуется с помощью серверной операционной системы. Такой подход к организации систем хранения данных в настоящее время является наиболее популярным в сегменте небольших локальных сетей, но имеет один существенный недостаток. Дело в том, что универсальный сервер - отнюдь не дешевое решение.
Кроме оптимизированной ОС, освобожденной от всех функций, не связанных с обслуживанием файловой системы и реализацией ввода-вывода данных, NAS-системы имеют оптимизированную по скорости доступа файловую систему. NAS-системы проектируются таким образом, что вся их вычислительная мощь фокусируется исключительно на операциях обслуживания и хранения файлов. Сама операционная система располагается во флэш-памяти и предустанавливается фирмой-производителем. Подсоединение NAS-устройств к сети и их конфигурирование представляет собой достаточно простую задачу и по силам любому опытному пользователю, не говоря уже о системном администраторе.
В сравнении с традиционными файловыми серверами, NAS-устройства являются более производительными и менее дорогими. В настоящее время практически все NAS-устройства ориентированы на использование в сетях Ethernet (Fast Ethernet, Gigabit Ethernet) на основе протоколов TCP/IP. Доступ к устройствам NAS осуществляется с помощью специальных протоколов доступа к файлам. Наиболее распространенными протоколами файлового доступа являются протоколы CIFS, NFS и DAFS.
Storage Area Network (SAN). SAN - это специализированная сетевая инфраструктура для хранения данных (сеть хранения данных). Эти сети интегрируются в виде отдельных специализированных подсетей в состав локальной (LAN) или глобальной (WAN) сети.
По сути, SAN-сети связывают один или несколько серверов (SAN-серверов) с одним или несколькими устройствами хранения данных. SAN-сети позволяют любому SAN-серверу получать доступ к любому устройству хранения данных, не загружая при этом ни другие серверы, ни локальную сеть. Кроме того, возможен обмен данными между устройствами хранения данных без участия серверов. SAN-сети позволяют очень большому числу пользователей хранить информацию в одном месте (с быстрым централизованным доступом) и совместно использовать ее. В качестве устройств хранения данных могут применяться RAID-массивы, различные библиотеки (ленточные, магнитооптические и др.), а также JBOD-системы (массивы дисков, не объединенные в RAID).
Для построения сетей SAN используется либо стандарт Fibre Channel (FC), либо стандарт iSCSI.
Что выбрать — DAS, NAS или SAN?. До сих пор во всем мире, а тем более в России все еще господствует DAS. Такая ситуация, скорее всего, сохранится в сегментах рынка домашних компьютеров, малого бизнеса и больших машин (mainframes). Нишу средних и крупных предприятий постепенно займут SAN- и NAS-системы, причем в комбинированном использовании
SAN-системы целесообразно применять там, где доступ к данным осуществляется на уровне физических блоков. Речь идет в первую очередь о распределенных базах данных, построенных по архитектуре клиент-сервер. Это системы управления предприятием, банковские и финансовые системы, где критично количество транзакций в единицу времени, цифровое телевещание и т.д. Кроме того, SAN-системы используются для организации бесперебойной и непрерывной работы важных приложений, отказ которых может привести к потере критически важных данных, выходу из строя оборудования или к другим последствиям, влекущим за собой дорогостоящие простои информационной системы. SAN — это прекрасное решение для организаций, расположенных в зданиях, разбросанных в радиусе до 20 км, которым необходимоперативный доступ к центральному хранилищу.
Применение архитектуры SAN эффективно при организации центров обработки данных с постоянно растущими требованиями к вычислительным ресурсам и емкости хранимых данных. Использование SAN позволяет решать такие задачи без принципиальной модификации существующей инфраструктуры, благодаря комбинации сетевых интерфейсов Fibre Channel, SCSI и Ethernet.
NAS-системы применяются в тех случаях, когда доступ к данным осуществляется на уровне файла, — это бизнес-приложения с одновременным доступом пользователей разных платформ к одним и тем же файлам (мультимедиа, графика, документы), консолидация разрозненной информации предприятия в одном месте, хранение архивов, быстрое, недорогое и безлицензионное увеличение дискового пространства в сети.
Управление ресурсами хранения данных стало одной из самых актуальных проблем, стоящих перед сотрудниками отделов информационных технологий. Вследствие развития Интернета и коренных изменений в процессах бизнеса информация накапливается с невиданной скоростью.
Кроме насущной проблемы обеспечения возможности постоянного увеличения объема хранимой информации, не менее остро на повестке дня стоит проблема надежного хранения данных и постоянного доступа к информации.
По сведениям IDC, за последние десять лет из 40% американских компаний, полностью лишившихся своих данных в результате пренебрежительного отношения к технологиям их хранения, только 10% смогли вернуться к бизнесу и только 4% (!) из них выжили в течение последующих трех лет.
Хранилища данных отличаются от баз данных или систем оперативной обработки транзакций (OLTP-систем) своим назначением и устройством:
• хранилище содержит данные, позволяющие проводить анализ деловых операций;
• хранилища обычно представляют собой системы, доступные только для чтения;
• в хранилищах же накапливаются данные, не меняющиеся со временем и избавленные от ошибок.
Из-за большого объема данных в хранилищах одной из основных проблем создания хранилищ является обеспечение высокой производительности обработки запросов. Запросы в хранилище отличаются высоким уровнем сложности. Создание хранилищ данных – трудоемкий и длительный процесс. Наряду с хранилищами данных существуют и часто используются компаниями витрины данных (Data Mart), называемые также киосками данных. Такие системы создаются для отдельных подразделений компаний или для обеспечения отдельных видов деятельности. Объемы данных и требования к вычислительным ресурсам в витринах данных существенно меньше по сравнению с хранилищами. Витрины данных могут строиться как независимо, так и на основе хранилищ данных компании. Хранилища данных имеют двухуровневую или трехуровневую архитектуру. В двухуровневых хранилищах на верхнем уровне поддерживается объединенная информация. На нижнем уровне - различные источники баз данных. В трехуровневой архитектуре предусматривается поддержка витрин данных для отдельных подразделений компании над ее единым хранилищем.
Проблемой больших информационных хранилищ является то, что накладные расходы на внешнюю память возрастают нелинейно при возрастании объема хранилища. Следовательно, встает проблема архивации данных. Одним из современных направлений и разработок в этой области является применение фрактальных методов в архивации. Фрактал (fractus) - состоящий из фрагментов. Одним из основных свойств фракталов является самоподобие. В самом простом случае небольшая часть фрактала содержит информацию о всем фрактале. Фракталы с большой точностью описывают многие физические явления и образования реального мира: горы, облака, турбулентные (вихревые) течения, корни, ветви и листья деревьев, кровеносные сосуды, что далеко не соответствует простым геометрическим фигурам. Фрактальное сжатие изображений - это алгоритм сжатия изображений с потерями, основанный на применении систем итерируемых функций к изображениям. Изображение разбивается на множество неперекрывающихся ранговых подизображений, для каждого рангового блока алгоритм кодирования находит наиболее подходящий доменный блок и аффинное преобразование, которое переводит этот доменный блок в данный ранговый блок. Структура изображения отображается в систему ранговых блоков, доменных блоков и преобразований.
В основе алгоритма лежит поиск больших кусков изображения подобных некоторым маленьким кусочкам. И в выходной файл записывается только какой кусочек какому подобен. При сжатии обычно используют квадратную сетку (кусочки - квадраты), что приводит к небольшой угловатости при восстановлении картинки, шестиугольная сетка лишена такого недостатка.
