ما المقصود بتخزين الكتل؟
تخزين الكتل عبارة عن تقنية تتحكّم في تخزين البيانات وأجهزة التخزين. فهي تقسم أي بيانات، مثل ملف أو إدخال قاعدة بيانات، إلى كتل ذات أحجام متساوية. بعد ذلك، يعمل نظام تخزين الكتل على تخزين كتلة البيانات على مخزن مادي أساسي بطريقة محسّنة تتيح الوصول السريع إليها واسترجاعها. يفضّل المطورون اللجوء إلى تخزين الكتل عند التعامل مع التطبيقات التي تتطلب وصولاً فعالاً وسريعًا وموثوقًا إلى البيانات. فكر في التخزين الكتلي باعتباره خط أنابيب مباشر إلى البيانات. وعلى النقيض من ذلك ، يحتوي تخزين الملفات على طبقة إضافية تتكون من نظام ملفات (NFS، وSMB) للمعالجة قبل الوصول إلى البيانات.
ما مزايا تخزين الكتل؟
تستخدم المؤسسات التخزين على مستوى الكتلة نظرًا للمزايا التالية.
أداء عالي المستوى
البيانات الوصفية هي بيانات إضافية تصف البيانات الأساسية الموجودة في نظام التخزين. يستخدم تخزين الكتل بيانات وصفية محدودة ولكنه يعتمد على معرفات فريدة يتم تعيينها لكل كتلة خاصة بعمليات القراءة/الكتابة. وهذا يقلل من عبء نقل البيانات ويسمح للخادم بالوصول إلى البيانات واسترجاعها بكفاءة في تخزين الكتل.
ونظرًا لمحدودية البيانات الوصفية في تخزين الكتل، يوفر تخزين الكتل زمن استجابة منخفض جدًا وهو مطلوب لأعباء العمل عالية الأداء. زمن الاستجابة هذا مطلوب للتطبيقات الحساسة لزمن الاستجابة مثل قواعد البيانات. على سبيل المثال، تستخدم Viasat متجر مخزن المجموعات المرن بــ Amazon (Amazon EBS) لالتقاط بيانات ذات معدل نقل مرتفع (كثيفة المعاملات) وتحسين تكاليف التخزين. تستخدم المؤسسات Amazon EBS في تحسين الأداء والتكلفة، والتوسع والمرونة، ولحماية البيانات باستخدام النسخ الاحتياطية في Amazon EBS.
توفر بنية تخزين الكتل مسارات متعددة للبيانات بينما يوفر تخزين الملفات مسارًا واحدًا فقط، وهذا هو السبب في تفضيل تخزين الكتل في حالة التطبيقات عالية الأداء.
استخدام مرن وقابل للتطوير
لا تقتصر أجهزة تخزين الكتل على بيئات شبكة معينة. يمكن تكوين الكتل الفردية لأنظمة تشغيل مختلفة، مثل Windows أو Linux. يمكن للمطورين مشاركة البيانات عبر بيئات متعددة لضمان التوافر العالي. كما أن بنية تخزين الكتل قابلة للتوسع بدرجة كبيرة. يمكن للمطورين إضافة كتل جديدة إلى الكتل الحالية لتلبية احتياجات السعة المتزايدة.
تعديل متكرر
تخزين الكتل يدعم عمليات كتابة البيانات المتكررة دون خفض الأداء. فبدلاً من إعادة كتابة الملف بأكمله، يحدد النظام الكتلة المعينة التي تحتاج إلى تعديل. بعد ذلك، يعيد كتابة الكتلة المحددة باستخدام بيانات جديدة. وهذا يجعل تخزين الكتل فعالاً للغاية في إدارة الملفات الكبيرة التي تتطلب تحديثات متكررة.
التحكم الدقيق
يحصل المطورون على درجة عالية من التحكم في تخزين البيانات على تخزين الكتل. على سبيل المثال، يمكنهم تحسين الأداء من خلال تجميع البيانات سريعة التغير على كتل محددة وتخزين الملفات الثابتة على الآخرين. يؤدي ذلك إلى تحسين أداء النظام لأن التحديثات المستمرة تؤثر فقط على عدد صغير من كتل البيانات وليس على الملف بأكمله. على سبيل المثال، يسمح لك تخزين الكتل بتجميع البيانات سريعة التغيّر على محركات الأقراص SSD عالية الأداء، وتخزين البيانات الدافئة أو الباردة على محركات الأقراص HDD منخفضة التكلفة.
ما حالات استخدام تخزين الكتل؟
إن الخصائص الفريدة التي يتسم بها تخزين الكتل تجعله الخيار المفضل بالنسبة لتطبيقات المعاملات والمهام الحرجة وتطبيقات الإدخال/الإخراج المكثفة. يُستخدم تخزين الكتل في مجموعة كبيرة من التطبيقات من بينها قواعد البيانات العلائقية أو المعاملات، وقواعد بيانات السلاسل الزمنية، والحاويات، وأقراص التمهيد، وأنظمة ملفات مراقب الأجهزة.
شبكات منطقة التخزين
وفي الغالب ينشر المطورون تخزين الكتل كشبكة منطقة تخزين (SAN). شبكة منطقة تخزين (SAN) هي تقنية شبكة معقدة تقدم تخزين الكتل لأنظمة متعددة متصلة بالشبكة كما لو كانت تلك الكتل أجهزةً متصلةً محليًا. تستخدم شبكة منطقة تخزين (SAN) عادةً توصيلات قنوات ليفية. وعلى العكس، التخزين المتصل بالشبكة (NAS) هو جهاز واحد يخدم الملفات عبر الإيثرنت.
تتكون بنية شبكة منطقة التخزين (SAN) من ثلاث طبقات:
- تتكون طبقة المضيف من الخوادم التي تدير الوصول إلى التخزين
- تتكون طبقة التخزين من أجهزة تخزين كتل مادية مثل الشريط المغناطيسي، أو محركات الأقراص، أو الوسائط البصرية
- تقوم الطبقة الليفية بربط خوادم شبكة منطقة التخزين (SAN) ووحدة تخزين شبكة منطقة التخزين (SAN) بأجهزة مثل محولات شبكة منطقة التخزين (SAN)، وجسور البروتوكول، وأجهزة التوجيه، والكابلات، وأجهزة البوابة
من المهم ملاحظة أن شبكة منطقة التخزين (SAN) تستخدم التكرار في النسخ المتماثل المتزامن أو غير المتزامن عبر مسافات طويلة. وهذا يقلل من وقت التعطل في حالة عدم إمكانية الوصول إلى موقع جغرافي.
يمكن أن تعمل بنية شبكة منطقة التخزين (SAN) مع عدة أنواع من التخزين في بيئة موحدة، بما في ذلك تخزين الكتل. يوفر تخزين الكتل بديلاً عالي الكفاءة لتخزين الملفات على شبكات منطقة التخزين (SAN).
الحاويات
يستخدم المطورون تخزين الكتل في تخزين تطبيقات الحاويات على السحابة. الحاويات هي حزم برمجية تحتوي على التطبيق وملفات الموارد الخاصة به للنشر في أي بيئة حوسبة. مثل الحاويات، يتسم تخزين الكتل بالمرونة والقابلية للتوسع والكفاءة. باستخدام تخزين الكتل، يمكن للمطورين ترحيل الحاويات بسلاسة بين الخوادم والمواقع وبيئات التشغيل.
أعباء عمل المعاملات
أعباء عمل المعاملات هي تسلسلات من البيانات التي يتم إنشاؤها في نقاط معينة من عمليات الأعمال. على سبيل المثال، تعد سجلات المبيعات وسجلات العمليات وتنبيهات تسجيل الدخول من نوعية أعباء عمل المعاملات. تقوم المؤسسات التي تعالج المعاملات الحساسة للوقت والمهام الحرجة بتخزين أعباء العمل هذه في قاعدة بيانات ذات زمن استجابة منخفض وسعة عالية وتتحمل الأخطاء.
يسمح تخزين الكتل للمطورين بإعداد قاعدة بيانات معاملات قوية وقابلة للتوسع وعالية الكفاءة. ونظرًا لأن كل كتلة عبارة عن وحدة قائمة بذاتها، فإن قاعدة البيانات تعمل على النحو الأمثل، حتى عندما تزداد البيانات المخزنة. وعلاوةً على ذلك، يمكن استضافة كتل التخزين الفردية في خوادم مختلفة، ما يمنع الاختناقات في الوصول.
في التطبيقات ذات المهام الحرجة، يتم تأمين تخزين الكتل بواسطة صفيف متكرر من الأقراص المستقلة (RAID) لضمان تكرار البيانات. يقوم نظام RAID بنسخ ملفات البيانات احتياطيًا في وحدة تخزين ثانية واستعادة النسخة في حالة فشل القرص الأساسي. يضمن ذلك بقاء التطبيق بدون انقطاع عند تخزين أعباء عمل المعاملات واسترجاعها على تخزين الكتل.
التحليلات ومستودعات البيانات
يُستخدم تخزين الكتل مع بنية HDFS من Hadoop (نظام الملفات الموزعة Hadoop) لتخزين البيانات كوحدات موزعة بشكل مستقل، ما يُمكّن الأداء بالنسبة لتطبيقات التحليلات Hadoop وKafka.
الأجهزة الافتراضية
الجهاز الافتراضي (VM) هو تقنية تسمح للكمبيوتر بتشغيل بيئة تشغيل منفصلة باستخدام موارد حوسبة معرفة البرمجيات. على سبيل المثال، يمكنك تشغيل نظام تشغيل Linux على سطح مكتب Windows باستخدام جهاز VM. مراقب الأجهزة (hypervisor) هو طبقة تجريدية مسؤولة عن تخصيص الذاكرة ومحرك الأقراص وخدمات الحوسبة المطلوبة لتشغيل بيئة التشغيل الثانوية.
يدعم تخزين الكتل أدوات مراقبة الأجهزة الافتراضية الشائعة. يمكن للمستخدمين تثبيت نظام التشغيل ونظام الملفات وموارد الحوسبة الأخرى على وحدة تخزين الكتل. يفعلون ذلك عن طريق تنسيق حجم تخزين الكتل وتحويله إلى نظام ملفات أجهزة افتراضية. وهذا يسمح لهم بزيادة حجم محرك الأقراص الافتراضي أو تقليصه بسهولة ونقل وحدة التخزين الافتراضية من مضيف إلى آخر.
ما كيفية عمل تخزين الكتل؟
في نظام تخزين الكتل، يُمكنك تقسيم البيانات إلى كتل أو أجزاء مستقلة ذات حجم ثابت. كل كتلة هي جزء واحد من وحدة تخزين البيانات. يتم تخزين جزء كامل من المعلومات، مثل ملف بيانات، في كتل متعددة غير متسلسلة.
لا يحتفظ نظام تخزين الكتل ببيانات وصفية عالية المستوى، مثل نوع الملف والملكية والطابع الزمني. يجب على المطورين تصميم جدول بحث عن البيانات في نظام التطبيق لإدارة تخزين البيانات في الكتل المعنية. قد يقوم التطبيق بتخزين البيانات في بيئات تشغيل مختلفة لزيادة كفاءة القراءة/الكتابة.
كتابة البيانات
أثناء تسلسل الكتابة، يقوم التطبيق بتقسيم البيانات إلى عدة أقسام بحجم الكتل. يكتب البيانات في كتل متعددة ويسجل معرف الكتلة في جدول بحث البيانات. يسمح جدول البحث للخادم بحساب العنوان النسبي للبيانات المخزنة في الكتلة.
قراءة البيانات
عندما يطلب المستخدمون ملفًا معينًا من نظام تخزين الكتل، يستخدم الخادم جدول بحث البيانات في تحديد المكان المخزن به أجزاء البيانات. بعد ذلك، يقوم التطبيق باسترجاع البيانات من كتل متعددة ودمجها في التسلسل الأصلي.
ما أنواع التخزين الأخرى المتوفرة؟
بالإضافة إلى تخزين الكتل، هناك أيضًا خيارات تخزين الكائنات والملفات. ويتفرد كل نوع بمزايا خاصة.
تخزين الكائنات
تخزين الكائنات هو تقنية تقوم بتخزين البيانات وإدارتها بتنسيق غير مهيكل يسمى الكائنات. يتم تمييز كل كائن بمعرف فريد ويحتوي على بيانات وصفية تصف المحتوى الأساسي. على سبيل المثال، يحتوي تخزين الكائنات للصور على بيانات وصفية تتعلق بالمصور والدقة والتنسيق ووقت الإنشاء. يستخدم المطورون تخزين الكائنات في تخزين البيانات غير المهيكلة، مثل النص والفيديو والصور.
تخزين الكتل مقابل تخزين الكائنات
كلا حلي التخزين مفيدًا حسب حالة الاستخدام. يوفر تخزين الكتل زمن استجابة منخفضًا وقيمًا عالية الأداء في حالات الاستخدام المختلفة. تكون ميزاته مفيدةً في المقام الأول في تخزين قواعد البيانات المهيكلة، وأحجام نظام ملفات الأجهزة الافتراضية (VM)، وكميات كبيرة من أحمال القراءة والكتابة. يُفضل استخدام تخزين الكائنات مع الكميات الكبيرة من البيانات غير المهيكلة، وخاصةً عندما يكون التحمل والتخزين غير المحدود وقابلية التوسع وإدارة البيانات الوصفية المعقدة من العوامل ذات صلة بالأداء العام.
تخزين الملفات
يقوم تخزين الملفات بتخزين الملفات البيانات في بنية هرمية تتضمن ملفات ومجلدات. في بيئات الشبكات، في الغالب يقوم التخزين المستندة إلى الملفات باستخدام تقنيةالتخزينالمتصلبالشبكة (NAS). يتيح التخزين المتصل بالشبكة (NAS) للمستخدمين الوصول إلى بيانات تخزين الشبكة بطرق مشابهة لمحرك الأقراص الثابتة المحلي. تخزين الملفات سهل الاستخدام ويسمح للمستخدمين بإدارة التحكم في مشاركة الملفات.
تخزين الكتل مقابل تخزين الملفات
يقوم نظام تخزين الملفات بتخزين البيانات في بيئة معينة، بينما يمكن دمج أنظمة تخزين الكتل مع أنظمة تشغيل مختلفة. يوفر تخزين الملفات واجهةً سهلة الاستخدام لحوسبة المستخدم النهائي. وفي الوقت نفسه، يُمكنك إضافة كتل بيانات جديدة إلى نظام تخزين الكتل بدون زيادة زمن الاستجابة التشغيلية.
تخزين المثيلات
ويوفر مخزن المثيلات تخزينًا مؤقتًا على مستوى الكتلة للمثيل الخاص بك. توجد وحدة التخزين هذه على الأقراص المتصلة فعليًا بالكمبيوتر المضيف. يكون مخزن المثيلات مثاليًا للتخزين المؤقت للمعلومات التي تتغير بشكل متكرر، مثل المخازن المؤقتة، وذاكرة التخزين المؤقت، والبيانات المتوسطة، والمحتويات المؤقتة الأخرى، أو للبيانات التي يتم نسخها عبر أسطول من المثيلات، مثل مجموعة متوازنة الحمل من خوادم الويب.
يتكون مخزن المثيلات من وحدة تخزين مثيلات واحدة أو أكثر يتم عرضها كأجهزة كتل. يختلف حجم مخزن المثيل بالإضافة إلى عدد الأجهزة المتاحة حسب نوع المثيل
كيف تدعم AWS احتياجاتك من تخزين الكتل؟
يُعد Amazon EBS حل تخزين كتل سهل الاستخدام لتخزين أعباء العمل السحابية. يستخدم المطورون Amazon EBS في توفير خدمة تخزين ثابتة لأعباء عمل Amazon Elastic Compute Cloud (Amazon EC2).
- يوفر Amazon EBS حل تخزين قابل للتوسع بدرجة كبيرة للتطبيقات ذات المهام الحرجة والتطبيقات المكثفة للإدخال/الإخراج.
- توفر Amazon EBS Snapshots طريقةً سهلةً وآمنةً لحماية بيانات تخزين الكتل.
- يمكن للمطورين تثبيت أنواع مختلفة من قواعد البيانات على Amazon EBS، ومن بينها SAP HANA، وOracle، وMicrosoft SQL Server، وMySQL، وCassandra، وMongoDB.
ابدأ استخدام تخزين الكتل عن طريق إنشاء حساب AWS مجاني اليوم.
الخطوات التالية لتخزين الكتل من AWS
