¿Qué es el almacenamiento en bloque?
El almacenamiento en bloque es una tecnología que controla el almacenamiento de datos y los dispositivos de almacenamiento. Toma cualquier dato, como una entrada de archivo o base de datos, y lo divide en bloques de igual tamaño. El sistema de almacenamiento en bloque almacena el bloque de datos en el almacenamiento físico subyacente de una manera que está optimizada para un acceso y una recuperación rápidos. Los desarrolladores prefieren el almacenamiento en bloque para las aplicaciones que requieren un acceso a los datos eficiente, rápido y fiable. Conciba el almacenamiento en bloque como una canalización más directa hacia los datos. Por el contrario, el almacenamiento de archivos tiene una capa adicional compuesta por un sistema de archivos (NFS, SMB) para llevar a cabo el procesamiento antes de acceder a los datos.
¿Cuáles son los beneficios del almacenamiento en bloque?
Las organizaciones utilizan almacenamiento a nivel de bloques debido a las siguientes ventajas.
Rendimiento de alto nivel
Los metadatos son datos adicionales que describen los datos principales contenidos en el sistema de almacenamiento. El almacenamiento en bloque utiliza metadatos limitados, pero se basa en identificadores únicos asignados a cada bloque para las operaciones de lectura y escritura. Esto reduce la sobrecarga de transferencia de datos y permite que el servidor acceda y recupere datos de forma eficiente del almacenamiento en bloque.
Debido a que los metadatos del almacenamiento en bloques son limitados, dicho almacenamiento ofrece la latencia ultrabaja necesaria para las cargas de trabajo de alto rendimiento. Esto es necesario para aplicaciones sensibles a la latencia, como las bases de datos. Por ejemplo, Viasat utiliza Amazon Elastic Block Store (Amazon EBS) para capturar datos de alto rendimiento (altamente transaccionales) y optimizar los costos de almacenamiento. Las organizaciones utilizan Amazon EBS para la optimización del rendimiento y los costos, la escalabilidad y la agilidad e instantáneas de Amazon EBS para la protección de datos.
La arquitectura de almacenamiento en bloques proporciona varias rutas a los datos, mientras que el almacenamiento de archivos únicamente proporciona una ruta. Por esta razón, se prefiere el almacenamiento en bloques para las aplicaciones de alto rendimiento.
Uso flexible y escalable
Los dispositivos de almacenamiento en bloque no están limitados a entornos de red específicos. Los bloques individuales se pueden configurar para diferentes sistemas operativos, como Windows o Linux. Los desarrolladores pueden compartir datos en varios entornos para garantizar una alta disponibilidad. La arquitectura de almacenamiento en bloque también es altamente escalable. Los desarrolladores pueden agregar nuevos bloques a los existentes para satisfacer las crecientes necesidades de capacidad.
Modificación frecuente
El almacenamiento en bloques admite escrituras de datos frecuentes sin reducir el rendimiento. En lugar de volver a escribir todo el archivo, el sistema identifica el bloque concreto que debe modificarse. A continuación, vuelve a escribir el bloque seleccionado con los datos nuevos. Esto hace que el almacenamiento en bloque sea muy eficiente para administrar archivos grandes que requieren actualizaciones frecuentes.
Control detallado
Los desarrolladores obtienen un alto grado de control sobre el almacenamiento de datos en el almacenamiento en bloque. Por ejemplo, pueden optimizar el rendimiento agrupando datos que cambian rápidamente en bloques específicos y almacenando archivos estáticos en otros. Esto mejora el rendimiento del sistema, ya que las actualizaciones en curso solo afectan a una pequeña cantidad de bloques de datos en lugar de a un archivo completo. Por ejemplo, el almacenamiento en bloques permite organizar en niveles los datos que cambian con rapidez en unidades de estado sólido (SSD) de alto rendimiento y almacenar datos activos o inactivos en discos duros (HDD) de menor costo.
¿Cuáles son los casos de uso del almacenamiento en bloque?
Las características únicas del almacenamiento en bloque lo convierten en la opción preferida para aplicaciones transaccionales, de misión crítica y con uso intensivo de E/S. El almacenamiento en bloque se utiliza para una amplia variedad de aplicaciones, incluidas bases de datos relacionales o transaccionales, bases de datos de series temporales, contenedores, discos de arranque y sistemas de archivos de hipervisor.
Redes de área de almacenamiento
Los desarrolladores suelen implementar el almacenamiento en bloque como una red de área de almacenamiento (SAN). SAN es una tecnología de red compleja que presenta almacenamiento en bloque a varios sistemas en red como si esos bloques fueran dispositivos conectados localmente. Las SAN suelen utilizar interconexiones de canal de fibra. Por el contrario, un almacenamiento conectado a la red (NAS) es un solo dispositivo que suministra archivos a través de Ethernet.
La arquitectura SAN consta de tres capas:
- La capa de host consta de los servidores que administran el acceso al almacenamiento
- La capa de almacenamiento consta de dispositivos de almacenamiento en bloque físicos, como cintas magnéticas, unidades de disco o medios ópticos
- La capa de estructura conecta los servidores SAN y el almacenamiento SAN con dispositivos como conmutadores SAN, puentes de protocolo, enrutadores, cables y dispositivos de puerta de enlace
Es importante tener en cuenta que las SAN emplean redundancia mediante replicación sincrónica o asincrónica, a través de largas distancias. Esto reduce el tiempo de inactividad en caso de que no se pueda acceder a una ubicación geográfica.
La arquitectura SAN puede funcionar con varios tipos de almacenamiento en un entorno unificado, incluido el almacenamiento en bloque. El almacenamiento en bloque proporciona una alternativa de alta eficiencia al almacenamiento de archivos en las SAN.
Contenedores
Los desarrolladores utilizan el almacenamiento en bloque para almacenar aplicaciones en contenedores en la nube. Los contenedores son paquetes de software que contienen la aplicación y sus archivos de recursos para su despliegue en cualquier entorno de computación. Al igual que los contenedores, el almacenamiento en bloque es igualmente flexible, escalable y eficiente. Con el almacenamiento en bloque, los desarrolladores pueden migrar los contenedores sin problemas entre servidores, ubicaciones y entornos operativos.
Cargas de trabajo transaccionales
Las cargas de trabajo transaccionales son secuencias de datos que se generan en puntos específicos de los procesos empresariales. Por ejemplo, los registros de ventas, registros de operaciones y alertas de inicio de sesión son cargas de trabajo transaccionales. Las organizaciones que procesan transacciones urgentes y de misión crítica almacenan dichas cargas de trabajo en una base de datos de baja latencia, alta capacidad y con tolerancia a las fallas.
El almacenamiento en bloque permite a los desarrolladores configurar una base de datos transaccional sólida, escalable y altamente eficiente. Como cada bloque es una unidad autónoma, la base de datos funciona de manera óptima, incluso cuando los datos almacenados crecen. Además, los bloques de almacenamiento individuales se pueden alojar en diferentes servidores, lo que evita los cuellos de botella de acceso.
En las aplicaciones de misión crítica, el almacenamiento en bloque está protegido por una matriz redundante de discos independientes (RAID) para garantizar la redundancia de datos. El sistema RAID hace copias de seguridad de los archivos de datos en el almacenamiento secundario y recupera la copia cuando falla el disco principal. Esto garantiza que la aplicación permanezca ininterrumpida al almacenar y recuperar cargas de trabajo transaccionales en el almacenamiento en bloque.
Análisis y almacenamiento de datos
El almacenamiento en bloque se utiliza con la arquitectura de sistema de archivos distribuido de HDFS de Hadoop para almacenar datos como unidades distribuidas de forma independiente, lo que permite el rendimiento de las aplicaciones de análisis de Hadoop y Kafka.
Máquinas virtuales
Una máquina virtual (VM) es un tipo de tecnología que permite que un equipo ejecute un entorno operativo independiente con recursos de computación definidos por software. Por ejemplo, se puede ejecutar un sistema operativo Linux en un escritorio Windows con una VM. Un hipervisor es una capa de abstracción responsable de asignar la memoria, la unidad y los servicios de computación necesarios para ejecutar el entorno operativo secundario.
El almacenamiento en bloque admite hipervisores de VM populares. Los usuarios pueden instalar el sistema operativo, el sistema de archivos y otros recursos de computación en un volumen de almacenamiento en bloque. Para ello, formatean el volumen de almacenamiento en bloque y lo convierten en un sistema de archivos de VM. Esto les permite aumentar o disminuir fácilmente el tamaño de la unidad virtual y transferir el almacenamiento virtualizado de un host a otro.
¿Cómo funciona el almacenamiento en bloque?
En un sistema de almacenamiento en bloque, puede dividir los datos en bloques o partes independientes de tamaño fijo. Cada bloque es una pieza individual de almacenamiento de datos. Una pieza de información completa, como un archivo de datos, se almacena en varios bloques no secuenciales.
El sistema de almacenamiento en bloque no mantiene metadatos de alto nivel, como el tipo de archivo, la propiedad y la marca de tiempo. Los desarrolladores deben diseñar una tabla de búsqueda de datos en el sistema de aplicaciones para administrar el almacenamiento de datos en los respectivos bloques. La aplicación puede almacenar datos en diferentes entornos operativos para aumentar la eficiencia de lectura/escritura.
Escritura de datos
Durante una secuencia de escritura, la aplicación divide los datos en varias secciones del tamaño de un bloque. Escribe los datos en varios bloques y registra el identificador de cada uno en una tabla de búsqueda de datos. La tabla de búsqueda permite al servidor calcular la dirección relativa de los datos almacenados en el bloque.
Lectura de datos
Cuando los usuarios solicitan un archivo específico del sistema de almacenamiento en bloque, el servidor utiliza la tabla de búsqueda de datos para determinar dónde se almacenan las partes de los datos. A continuación, la aplicación recupera los datos de varios bloques y los combina en la secuencia original.
¿Qué otros tipos de almacenamiento hay disponibles?
Además del almacenamiento en bloque, también hay opciones de almacenamiento de objetos y archivos. Cada tipo ofrece sus propias ventajas únicas.
Almacenamiento de objetos
El almacenamiento de objetos es una tecnología que almacena y administra datos en un formato no estructurado denominado objetos. Cada objeto se etiqueta con un identificador único y contiene metadatos que describen el contenido subyacente. Por ejemplo, el almacenamiento de objetos para fotos contiene metadatos relacionados con el fotógrafo, la resolución, el formato y el tiempo de creación. Los desarrolladores utilizan el almacenamiento de objetos para almacenar datos no estructurados, como texto, vídeo e imágenes.
Diferencias entre el almacenamiento en bloque y el almacenamiento de objetos
Ambas soluciones de almacenamiento son beneficiosas según el caso de uso. El almacenamiento en bloque proporciona valores de baja latencia y alto rendimiento en varios casos de uso. Sus funciones son útiles principalmente para el almacenamiento de bases de datos estructuradas, los volúmenes del sistema de archivos de VM y los grandes volúmenes de cargas de lectura y escritura. El almacenamiento de objetos se aprovecha más para grandes cantidades de datos no estructurados, especialmente cuando la durabilidad, el almacenamiento ilimitado, la escalabilidad y la administración compleja de metadatos son factores relevantes para el rendimiento general.
Almacenamiento de archivos
El almacenamiento de archivos guarda los datos en una estructura jerárquica de archivos y carpetas. En los entornos de red, el almacenamiento basado en archivos a menudo utiliza tecnología dealmacenamiento conectada a lared (NAS). El NAS permite a los usuarios acceder a los datos de almacenamiento de red de manera similar que a un disco duro local. El almacenamiento de archivos es fácil de usar y permite a los usuarios administrar el control del uso compartido de archivos.
Diferencias entre el almacenamiento en bloque y el almacenamiento de archivos
El sistema de almacenamiento de archivos almacena datos en un entorno específico, mientras que los sistemas de almacenamiento en bloque se pueden integrar con diferentes sistemas operativos. El almacenamiento de archivos proporciona una interfaz intuitiva para la computación del usuario final. Mientras tanto, puede agregar nuevos bloques de datos al sistema de almacenamiento en bloque sin aumentar la latencia operativa.
Almacenamiento de la instancia
Un almacén de instancias proporciona almacenamiento temporal de bloques para las instancias. Este almacenamiento se encuentra en discos que están conectados físicamente al equipo host. El almacén de instancias es ideal para el almacenamiento temporal de información que cambia con frecuencia, como búferes, cachés, datos temporales y otro contenido temporal, o para datos que se replican en una flota de instancias, como un grupo de servidores web con equilibrio de carga.
Un almacén de instancias consta de uno o más volúmenes de almacenes de instancias expuestos como dispositivos de bloques. El tamaño de un almacén de instancias y la cantidad de dispositivos disponibles varían según el tipo de instancia
¿Cómo puede AWS satisfacer sus necesidades de almacenamiento en bloque?
Amazon EBS es una solución de almacenamiento en bloque fácil de usar para cargas de trabajo en la nube. Los desarrolladores utilizan Amazon EBS para proporcionar un servicio de almacenamiento persistente para las cargas de trabajo de Amazon Elastic Compute Cloud (Amazon EC2).
- Amazon EBS ofrece una solución de almacenamiento altamente escalable para aplicaciones de misión crítica y con uso intensivo de E/S.
- Las instantáneas de Amazon EBS proporcionan un método fácil y seguro para la protección de datos de almacenamiento en bloque.
- Los desarrolladores pueden instalar varios tipos de bases de datos en Amazon EBS, incluidas SAP HANA, Oracle, Microsoft SQL Server, MySQL, Cassandra y MongoDB.
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