Che cos'è il block storage?

Il block storage è un metodo di data storage che divide le informazioni in unità di dimensioni fisse chiamate blocchi, ognuna delle quali ha un identificatore univoco. Comunemente utilizzato in ambienti SAN, iSCSI e dischi locali, ogni blocco può funzionare come un volume di storage indipendente.

La ricerca di settore prevede che la capacità globale dei data center attivi aumenterà di sei volte tra il 2025 e il 2035. Le applicazioni che dipendono da database, macchine virtuali ed elaborazione transazionale richiedono uno storage che risponda in microsecondi, non in millisecondi. Gli approcci tradizionali basati su file spesso introducono costi generali che rallentano le performance su vasta scala. 

Il block storage soddisfa queste esigenze in modo diretto. Questo metodo di data storage divide le informazioni in unità di dimensioni fisse chiamate blocchi, ognuna delle quali ha un identificatore univoco. A differenza del file storage, che organizza i dati in directory gerarchiche, o object storage, che raggruppa i dati con metadati avanzati, il block storage elimina tutto, tranne i dati raw e un indirizzo minimo. Il risultato è un'architettura snella e a performance elevate, ottimizzata per la velocità. 

Poiché ogni blocco funziona come un volume di storage indipendente, i sistemi operativi li trattano allo stesso modo di un disco rigido collegato localmente. Questo rende il block storage la base per le reti ad area di storage (SAN), le istanze di cloud computing e praticamente qualsiasi workload in cui bassa latenza e alta velocità di trasmissione non sono negoziabili.

Come funziona il block storage?

Nel block storage, ogni blocco contiene una quantità di dati specifica, solitamente dai 256 KB ai 4 MB. Ognuno di questi blocchi rappresenta una parte di un file che non è organizzato secondo un ordine gerarchico specifico. Infatti, i dati contenuti nei blocchi contigui potrebbero non presentare alcuna correlazione.

Ogni blocco ha un proprio identificatore univoco, un indirizzo di blocco logico (LBA), che lo differenzia dagli altri blocchi. Quando un file deve essere recuperato, un'applicazione invia una richiesta e il sistema di storage consulta una tabella di ricerca che mappa l'indirizzo di ciascun blocco alla sua posizione fisica. I blocchi pertinenti sono posizionati, potenzialmente su più dispositivi, e riassemblati nell'ordine corretto. L'intero processo è trasparente per l'applicazione.

Oltre all'identificatore, i blocchi non contengono altri metadati. Il block storage risulta estremamente efficiente proprio a causa di questa mancanza di metadati, perché quasi tutta la sua capacità viene utilizzata per i dati effettivi, senza sprecare spazio. Per questo motivo, il block storage è particolarmente adatto ai workload che richiedono uno scale-up veloce e performance di lettura/scrittura elevate.

Protocolli di storage

I dispositivi di block storage comunicano con i server tramite diversi protocolli:

• Fibre Channel (FC): Un protocollo fabric dedicato e ad alta velocità che offre una velocità di trasmissione fino a 128Gbps. FC rimane lo standard per gli ambienti SAN mission-critical in cui performance e affidabilità sono fondamentali.
• iSCSI: Incapsula i comandi SCSI in pacchetti TCP/IP, consentendo l'accesso al block storage su reti Ethernet standard. Più conveniente della FC, con opzioni da 10/25/100 GbE che colmano il divario di performance.
• NVMe over FabricsNVMe-oF): Estende l'architettura NVMe a bassa latenza e ad alta profondità di coda tra i diversi fabric di rete, offrendo performance quasi locali per lo storage condiviso.
• Fibre fibre channel over Ethernet (FCoE): Converge il traffico FC ed Ethernet in un'unica rete, riducendo la complessità dell'infrastruttura e mantenendo al contempo l'affidabilità a livello FC.

Block storage, file storage e object storage

Il block storage eccelle quando le applicazioni richiedono un accesso diretto e di basso livello ai volumi di storage con performance prevedibili. Il file storage ha più senso per i workflow di collaborazione condivisi. L'object storage è la scelta ideale per i dati non strutturati su larga scala: pensa agli archivi multimediali, ai backup e ai dataset di addestramento AI.

Molte aziende utilizzano tutte e tre. Un ambiente tipico può eseguire database su block storage, condividere file di progetto tramite NAS e archiviare i dati in un object store.

Esempi di block storage

Il block storage, che viene utilizzato direttamente dal sistema operativo ed è disponibile sotto forma di volumi, si presta a una vasta gamma di attività. Proprio per questo, è il tipo di storage maggiormente utilizzato dalle applicazioni.

Gli scenari di utilizzo più comuni per il block storage includono:

• Storage dei database: un database solitamente contiene diverse tabelle, che a loro volta sono costituite da raccolte di dati. La memorizzazione dei dati nei block file è la soluzione ideale, perché ne garantisce l'accessibilità praticamente immediata. Dal momento che per i database la velocità costituisce un aspetto cruciale, l'organizzazione dei dati in blocchi fornisce la soluzione ottimale.
• Disaster recovery: in caso di emergenza è spesso necessario eseguire il restore dei dati dai backup. Molte aziende usano il block storage per creare backup dei dati a livello di blocco, e questo permette di ripristinarli in modo semplice e veloce, senza richiedere lunghe operazioni di restore dei singoli file.
• Applicazioni mission-critical: le applicazioni mission-critical, come Oracle, Microsoft Exchange, SAP e Microsoft SharePoint, richiedono livelli elevati di disponibilità e affidabilità. Grazie al block storage è possibile garantire la disponibilità costante di queste applicazioni, per via delle sue rapide performance di lettura e scrittura.

Vantaggi del block storage

Come tutte le tecnologie, anche il block storage presenta vantaggi e svantaggi. Ciò premesso, i vantaggi del block storage sono evidenti: È l'ideale per le applicazioni che richiedono performance elevate e accesso ai dati veloce.

Ecco i vantaggi principali dell'utilizzo del block storage:

• Bassa latenza e IOPS elevati: I moderni array di block storage all-flash offrono tempi di risposta inferiori a 150 microsecondi e possono sostenere milioni di IOPS. Questo è fondamentale per le applicazioni sensibili alla latenza come le piattaforme di trading finanziario, gli analytics in tempo reale e le cartelle cliniche elettroniche sanitarie.
• Possibilità di introdurre modifiche incrementali: Con il block storage, è possibile modificare un file senza dover rimuovere tutti i dati correnti, come con un file system tradizionale. Ad esempio, è possibile apportare modifiche sostituendo, eliminando o inserendo blocchi. Ciò lo rende ideale per i file aggiornati di frequente, come quelli utilizzati nei database.
• Indipendenza del Operating System: I volumi dei blocchi possono essere formattati con qualsiasi file system, NTFS, ext4, XFS, ZFS, rendendo il block storage compatibile con Windows, Linux e altri ambienti contemporaneamente.
• Alta disponibilità: I sistemi di block storage in genere utilizzano array RAID, replica sincrona e clustering active-active per eliminare i singoli punti di errore e mantenere il tempo di attività durante i guasti hardware.

Svantaggi del block storage

Naturalmente, il block storage presenta anche alcuni svantaggi. Non si può negare che possa essere più costoso di altre forme di storage e potrebbe non essere la soluzione migliore per tutti i workload.

Ecco alcuni svantaggi tipici del block storage:

• Costi superiori: L'infrastruttura di block storage, in particolare le reti SAN a fibre channel, richiede hardware specializzato, tra cui HBA, switch FC e cablaggio dedicato. Inoltre, il cloud block storage tende a costare più per GB rispetto alle alternative a oggetti o file. il block storage può risultare più costoso delle altre tipologie di storage. Ad esempio, l'acquisto e la manutenzione di una SAN possono essere molto dispendiosi.
• Complessità di gestione: La configurazione e la manutenzione di SAN, mascheramento LUN, zonizzazione e I/O multipercorso richiedono competenze specializzate. Le organizzazioni senza amministratori di storage dedicati possono riscontrare un sovraccarico operativo significativo.
• Metadati limitati: I metadati minimi del block storage rendono difficile cercare o classificare i dati a livello di storage. Le applicazioni devono gestire i metadati in modo indipendente.
• Limiti di scalabilità per i dati non strutturati: Sebbene il block storage sia scalabile in modo ottimale per i workload strutturati, diventa più difficile da gestire su scala petabyte. L'object storage è in genere più conveniente per enormi dataset non strutturati.

Best practice per l'implementazione

Per implementare il block storage in modo efficace è necessario pianificare performance, disponibilità e crescita:

1. Valuta prima i requisiti dei workload. Mappa il profilo I/O di ogni applicazione: casuale, sequenziale, pesante in lettura e pesante in scrittura, sensibilità alla latenza. Questo determina se la connettività FC, iSCSI o NVMe-oF ha senso.
2. Progetta la ridondanza fin dall'inizio. Implementa la protezione RAID, l'I/O multipercorso e le configurazioni SAN a doppio tessuto. Per i workload business-critical, considera la replica active-active tra i siti.
3. Ridimensiona correttamente i volumi. L'overprovisioning comporta sprechi di capacità e budget. L'underprovisioning crea colli di bottiglia. Le piattaforme moderne con thin provisioning e data reduction (deuplicazione e compressione) consentono di ottimizzare la capacità effettiva.
4. Pianifica la crescita con lo storage a più livelli. Esegui il tier dei workload a performance elevate su flash NVMe e dei dati a priorità inferiore su supporti ottimizzati per la capacità.
5. Automatizza dove possibile. Usa le API di gestione dello storage, gli strumenti Infrastructure-as-Code e le piattaforme AIOps per ridurre la configurazione manuale e accelerare il provisioning.

Il futuro del block storage

Il block storage continua a evolversi insieme ai workload supportati. Diverse tendenze stanno plasmando la sua traiettoria a breve termine:

• L'adozione di NVMe-oF sta accelerando. Man mano che i data center effettuano l'upgrade ai fabric da 25/100/400 GbE, NVMe over Fabrics sta sostituendo i protocolli legacy per i nuovi deployment, offrendo performance NVMe quasi locali su distanze di rete.
• Le piattaforme di storage unificato stanno sfocando le linee. Gli array moderni ora offrono block storage, file storage e object storage da un'unica piattaforma, eliminando la necessità di gestire silos separati.
• I modelli storage-as-a-service stanno guadagnando terreno. I prezzi basati sul consumo per il block storage on-premise eliminano le spese in conto capitale elevate e allineano i costi all'utilizzo effettivo.

In che modo Everpure può essere di aiuto 

Sappiamo tutti che l'importanza dei dati aumenta di giorno in giorno, ma le soluzioni di storage tradizionali non riescono più a tenere il passo con questa evoluzione. Non solo sono lenti e inaffidabili, ma possono anche essere costosi.

Everpure offre un modo migliore. I nostri prodotti di block storage all-flash, come FlashArray//C™, FlashArray//X™ e FlashArray//XL™, sono progettati per offrire performance, semplicità e affidabilità. 

Un All-Flash Array (AFA) contiene solo unità di memoria flash al posto delle unità disco a rotazione e offre:

• Velocità: I tempi di lettura/scrittura e accesso più rapidi della memoria offrono performance e velocità migliorate. 
• Portabilità: poiché le unità a stato solido (SSD, Solid-State Drive) sono decisamente più piccole delle unità disco rigido tradizionali (HDD, Hard-Disk Drives), la memoria flash offre un rapporto capacità/spazio superiore.
• Durabilità: rispetto alle unità disco a rotazione, le unità SSD sono meno vulnerabili a urti e cadute.

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