IT История

Введение

Быстрое развитие информационных технологий за последние несколько десятков лет привело к тому, что значительная (и важнейшая!) часть информации, относящейся к различным сторонам деятельности предприятий или организаций, теперь находится в электронном виде в системах хранения данных. Фактически, данные стали важнейшим активом любой компании, обеспечивающим успешность её работы, возможность своевременного принятия правильных решений. В связи с этим, постоянно растёт важность разумного использования современных технологий хранения данных, обеспечивающих оперативность доступа к бизнес-информации и надёжность её хранения.

Более того, потеря данных может привести к потере всего бизнеса. Подтверждением этому служат результаты исследований известной аналитической компании IDC, в соответствии с которыми только 10% американских компаний, полностью потерявших свои данные в результате неправильного отношения к технологиям их хранения, смогли реанимировать свой бизнес, и только 4% из этих компаний остались на рынке в течение следующих 3 лет. То есть, продуманное отношение к хранению данных является залогом успешности всего бизнеса.

Общие сведения о хранении данных

Современная история развития технологий хранения данных начинается с момента появления первых электронных вычислительных машин, для которых потребовались устройства внешней памяти. Как мы помним, сначала появились мэйнфреймы (а в Советском Союзе - ЕС ЭВМ), имевшие прямой доступ к громоздким общим накопителям на жёстких дисках. Первые жёсткие диски представляли собой несколько десятков пластин немалого размера, на которых могло храниться всего несколько десятков мегабайт данных. Кстати, первый в мире жёсткий диск был выпущен компанией IBM в 1956 г. и состоял из 50 пластин размером 24 , а его ёмкость составляла 5 Мб.

Ещё раньше, в начале 50-х гг., появились накопители на магнитной ленте (НМЛ), которые затем эволюционно развились в ленточные приводы (сейчас их ещё называют стриммерами). Здесь также отличилась компания IBM, которая в 1952 г. выпустила НМЛ IBM Model 726, с помощью которого можно было сохранять до 1,4 Мб данных на магнитной ленте, разработанной фирмой 3M (впоследствии ставшей Imation). НМЛ также напрямую подключались к мэйнфреймам.

C появлением персональных компьютеров началось быстрое развитие локальных сетей (LAN). Устройства хранения данных должны были теперь обслуживать не один отдельный компьютер, а всю локальную сеть, состоявшую из серверов и множества рабочих станций. Это способствовало дальнейшему усложнению технологий хранения данных и способов доступа к ним. Кроме того, c развитием технологий появились новые носители данных - компакт-диски, DVD-диски, магнитооптика (МО) и др. - и устройства для работы с ними. Для решения задач резервного копирования и архивирования данных большой ёмкости, которые присущи крупномасштабным корпоративным сетям, были разработаны специальные роботизированные библиотеки и автозагрузчики, позволявшие работать с множеством носителей (СD, DVD, MO). Появились и первые дисковые RAID-массивы, позволявшие значительно повысить надёжность хранения данных, а также дисковые системы хранения, предназначенные для работы с активно используемыми данными значительного объёма (достигающего нескольких терабайт).

То есть, в процессе развития технологий сформировались два основных подхода к хранению информации: хранение данных на отдельном носителе и устройстве и хранение данных в системе (примером которой является, в частности, ленточная библиотека). При этом, отдельные устройства хранения данных используются, в основном, локальными персональными компьютерами, а системы хранения данных - при работе в сложных корпоративных сетях и окружениях, требующих ёмкости хранения в многие терабайты.

Классификация устройств/систем хранения и структура построения корпоративной системы хранения данных

Таким образом, с момента появления первых устройств внешней памяти прошло более 50 лет. За эти полвека спектр и возможности устройств хранения значительно расширились. Существующие в настоящее время устройства и системы хранения данных можно классифицировать следующим образом:

- приводы жёстких дисков (используются для хранения данных в локальных персональных компьютерах, рабочих станциях и в серверах);

- приводы компакт-дисков (CD, DVD) (используются при работе с локальными персональными компьютерами, рабочими станциями и серверами);

- дисковые RAID-массивы (предназначены, в основном, для установки на серверах для повышения отказоустойчивости) и дисковые системы хранения;

- ленточные накопители (предназначены для решения задач резервного копирования и архивирования в корпоративных сетях и, в отдельных случаях, на рабочих станциях);

- автозагрузчики и роботизированные библиотеки CD-R, CD-RW, DVD, магнитооптических дисков, магнитных лент (предназначены для решения задач резервного копирования и архивирования в корпоративных сетях) и ряд других устройств.

Как видно, все эти устройства и системы решают задачи, свойственные только для них. В связи с этим, они должны быть расположены определённым образом при обеспечении задач хранения данных в корпоративной информационной системе. В настоящее время достаточно широко распространена следующая трёхуровневая структура построения корпоративной системы хранения данных.

Первый уровень. Устройства и системы с произвольным доступом для активно используемых данных (приводы жёстких дисков, дисковые системы хранения и RAID-массивы). Для них характерны небольшое время доступа и наиболее высокие значения частоты обращения и удельной стоимости хранения.

Второй уровень. Устройства и системы с произвольным доступом для периодически используемых данных (CD/MO/DVD-устройства и библиотеки). Они занимают промежуточное положение по скорости доступа, ёмкости и частоте обращения.

Третий уровень. Устройства и системы с последовательным доступом для долговременного хранения данных (ленточные накопители, автозагрузчики и библиотеки). Обращение к ним осуществляется достаточно редко, они медленнее систем хранения первого и второго уровней, обладают наибольшей ёмкостью и наименьшей удельной стоимостью хранения.

Основные типы архитектур хранения данных

Нельзя не сказать несколько слов и о развитии архитектур хранения данных. В настоящее время существуют следующие основные подходы к организации доступа к системам хранения:

- система хранения с прямым подключением (Direct-Attached Storage - DAS);

- система хранения, подключаемая к сети (Network Attached Storage - NAS);

- сеть хранения данных (Storage Area Network - SAN).

Рассмотрим кратко некоторые их особенности.

DAS - это традиционный (применяющийся уже в течение нескольких десятков лет) способ подключения системы хранения (одного или нескольких устройств хранения, соединённых между собой) к серверу через высокоскоростной интерфейс (обычно параллельный SCSI-интерфейс).

При этом система хранения используется только этим сервером. Простейший пример DAS - встроенный жёсткий диск. Главное преимущество DAS - небольшая цена и высокая производительность при работе с сервером. Но в DAS есть ряд проблем (например, снижение скорости отклика при большой загрузке сервера, плохое масштабирование и др.). Кроме того, DAS - достаточно дорогая архитектура (при масштабном применении) и может использоваться только для создания небольших по объему локальных систем хранения. Все эти обстоятельства и привели к необходимости разработки других топологий систем хранения (в первую очередь, NAS и SAN).

Технология NAS известна уже достаточно давно и развивалась в отрасли в качестве альтернативы многоцелевым серверам, выполняющим множество функций (начиная от обеспечения печати и заканчивая обработкой электронной почты).

У NAS-серверов только одна функция - работа в качестве файл-сервера. Фактически, NAS - это выделенный файл-сервер с подключенной к нему дисковой подсистемой или ленточной библиотекой. Конфигурация NAS в определённой степени похожа на DAS. Их главное отличие - в NAS обеспечивается доступ к данным на уровне файлов, а не блоков. Кроме того, все приложения в сети с NAS могут совместно использовать файлы на своих дисках. Однако NAS тоже не является универсальным решением для хранения данных, что и привело к появлению сетей хранения данных, обеспечивающих значительно большие возможности в отношении масштабирования и совместного использования данных.

Первые SAN на базе Fibre Channel появились на мировом рынке в 1997 г., однако их активное внедрение в крупных компаниях началось лишь в 1999 г. SAN представляет собой выделенную сеть устройств хранения данных, которая позволяет множеству серверов и рабочих станций совместно (и с высокой производительностью) использовать общие ресурсы внешней памяти без нагрузки на локальную сеть.

Обмен в SAN осуществляется на уровне блоков. Технология SAN постоянно совершенствуется и стала достаточно популярной за последние несколько лет. Тем не менее, с 2001 г. в отрасли началась разработка новых технологий на базе протокола IP (Internet Protocol) - в качестве альтернативы технологиям NAS и SAN.

Перспективы развития технологий хранения данных

Технологии хранения данных быстро развиваются. Уже стали отраслевыми стандартами технологии 1 Гб/c и 2 Гб/c. Не так уж долго осталось ждать до появления и массового распространения на рынке технологий 10 Гб/c. В настоящее время отчётливо просматриваются две главные тенденции развития технологий хранения данных:

- развитие технологий хранения на базе протокола IP (IP Storage);

- дальнейшее совершенствование и распространение технологии Fibre Channel.

Главными причинами разработки технологий IP Storage являются:

- снижение стоимости систем SAN;

- обеспечение доступа к данным SAN на больших расстояниях;

- упрощение эксплуатации SAN.

Новые технологии в большинстве случаев сохраняют идеологию SAN, однако базируются на других технических решениях. Их главными достоинствами являются возможности использования уже существующих инфраструктур сетей IP и Ethernet и распространения области действия SAN на глобальные (WAN) и городские (MAN) сети. Первые продукты на базе технологий IP Storage уже появились на рынке, и некоторые отраслевые аналитики (и, естественно, производители этих продуктов) считают, что со временем они вытеснят продукты Fibre Channel.

Очень перспективной считается технология iSCSI. Её суть состоит в объединении стандартных для SCSI команд и данных в пакеты TCP/IP и их пересылке через Интернет (в рамках LAN, WAN, SAN). Тем самым преодолеваются ограничения SCSI, из-за которых невозможно резервное копирование и восстановление данных с устройств, расположенных на расстоянии более 50 м. С помощью технологии iSCSI возможно соединять SAN через существующую недорогую инфраструктуру сетей Ethernet (а не через значительно более дорогую инфраструктуру Fibre Channel). При этом, для управления сетями iSCSI вполне подходят стандартные приложения сетевого администрирования. Правда, у iSCSI в настоящее время существуют определённые ограничения, связанные, например, со значительным использованием ресурсов центрального процессора. Эти проблемы решаются сейчас ведущими отраслевыми производителями путём выпуска специальных чипов с механизмами разгрузки ресурсов центрального процессора (iSOE), масштабируемых до скорости в 10 Гб/c.

В свою очередь, с помощью технологии FCIP (Fibre Channel over IP) организуется взаимодействие так называемых островов SAN Fibre Channel (территориально удаленных сетей хранения данных). Для этого отраслевыми производителями разрабатываются специальные коммутаторы (или маршрутизаторы), с помощью которых на границе SAN Fibre Channel - IP-сеть данные Fibre Channel преобразуются в пакеты TCP, а после их передачи по сети IP - преобразуются обратно в данные Fibre Channel. Технология FCIP почти не изменяет существующую структуру SAN и позволяет использовать инфраструктуры городских и глобальных сетей.

Технология iFCP (Internet Fibre Channel Protocol) также использует возможности TCP/IP и предназначена для подключения к существующей SAN оконечных устройств Fibre Channel. Её суть состоит в присвоении этим устройствам уникальных IP-адресов, используемых для определения местонахождения данных. При этом, в сети iFCP вместо коммутаторов и маршрутизаторов Fibre Channel используется специальный шлюз, который, помимо физического соединения, осуществляет преобразование адресов из портов Fibre Channel в IP и наоборот. Технология iFCP считается перспективной для тиражирования данных в целях их резервного копирования/восстановления.

Несмотря на то что некоторые отраслевые аналитики уже похоронили Fibre Channel, эта технология совсем не собирается сдавать свои позиции. Большинство отраслевых экспертов всё же склоняется к мнению, что технологии FCIP и iFCP являются переходными (хотя, конечно, они имеют право на существование). В свою очередь, технология Fibre Channel продолжает развиваться и (по мнению отраслевых аналитиков) в обозримом будущем сохранит свою доминирующую роль в сетях хранения данных. За последние несколько лет SAN Fibre Channel 1 Гб/c и 2 Гб/c получили широкое распространение на крупных и средних предприятиях, вложивших в них значительные деньги (и не желающих их терять). По оценкам аналитиков, инсталляционная база SAN Fibre Channel уровня предприятия в ближайшие 2-3 года должна увеличиться, по меньшей мере, вдвое. Более того, в отрасли сложилось устойчивое мнение, что и стандарт Fibre Channel будет развиваться ещё многие годы. В настоящее время отраслевая ассоциация FCIA (Fibre Channel Industrial Association) разрабатывает уже 10 Гб/c версию Fibre Channel.

Подводя некоторый итог, можно привести мнение отраслевых аналитиков, которые считают, что будущим системам хранения данных будет присуща иерархическая многоуровневая структура, и в них будут оптимально использоваться разнообразные архитектуры хранения, а также типы устройств и систем хранения данных.

Заключение

Таким образом, технологии хранения данных постоянно развиваются, совершенствуются и усложняются. Растёт ёмкость устройств и систем хранения, повышаются их производительность и надёжность, появляются новые возможности для хранения данных за счёт разработки новых архитектур и протоколов... Как разобраться во всём этом многообразии систем, подходов, архитектур и правильно выбрать (а ещё лучше, создать конкретно под свои потребности) решение для хранения данных, оптимальное не только по своим возможностям, но и по цене? Мировая практика эффективного внедрения и использования систем хранения данных свидетельствует о том, что самое лучшее решение в данном случае - обратиться за помощью к профессионалам - компаниям системным интеграторам, имеющим успешный опыт работы в этой области.