¿Qué es el almacenamiento en bloque?

El almacenamiento en bloque es un método de almacenamiento de datos que divide la información en unidades de tamaño fijo denominadas bloques, cada una con un identificador único asignado. Cada bloque, que se usa comúnmente en SAN, iSCSI y entornos de disco local, puede funcionar como un volumen de almacenamiento independiente.

La investigación de la industria prevé que la capacidad del centro de datos activo global aumentará seis veces entre 2025 y 2035. Las aplicaciones que dependen de bases de datos, máquinas virtuales y procesamiento transaccional exigen almacenamiento que responda en microsegundos, no en milisegundos. Los enfoques tradicionales basados en archivos a menudo introducen gastos generales que ralentizan el rendimiento a escala. 

El almacenamiento en bloque aborda estas demandas de frente. Este método de almacenamiento de datos divide la información en unidades de tamaño fijo denominadas bloques, cada una con un identificador único asignado. A diferencia del almacenamiento de archivos, que organiza la información en directorios jerárquicos, o el almacenamiento de objetos, que empaqueta la información con metadatos enriquecidos metadatos, bloquea el almacenamiento y elimina todo, excepto los datos sin procesar y una dirección mínima. El resultado es una arquitectura eficiente y de alto rendimiento optimizada para la velocidad. 

Debido a que cada bloque funciona como un volumen de almacenamiento independiente, los sistemas operativos los tratan de la misma manera que tratan un disco duro conectado localmente. Esto hace que el almacenamiento en bloque sea la base para las redes de área de almacenamiento (SAN), las instancias de computación en la nube y prácticamente cualquier carga de trabajo en la que la latencia baja y el alto rendimiento no sean negociables.

¿Cómo funciona el almacenamiento en bloque?

Con el almacenamiento en bloque, cada bloque contiene una cantidad específica de datos, generalmente de 256KB a 4MB. Cada bloque representa una parte de un archivo que no está organizado en un orden jerárquico específico. De hecho, los datos de los bloques ubicados junto a los bloques vecinos pueden no estar relacionados entre sí.

Cada bloque tiene su propio identificador único, una dirección de bloque lógica (LBA), que lo diferencia de otros bloques. Cuando es necesario recuperar un archivo, una aplicación enviará una solicitud y el sistema de almacenamiento consultará una tabla de búsqueda que asigna la dirección de cada bloque a su ubicación física. Los bloques relevantes están ubicados, potencialmente en varios dispositivos, y se vuelven a ensamblar en el orden correcto. Todo el proceso es transparente para la aplicación.

Además de la identificación, los bloques no contienen metadatos. Debido a la falta de metadatos, el almacenamiento en bloques es muy eficiente, ya que casi todas las capacidades de almacenamiento de los bloques almacenan la información real. No hay espacio desperdiciado. Esto hace que el almacenamiento en bloque sea ideal para cargas de trabajo que requieren escalabilidad rápida y rendimiento de lectura/escritura rápido.

Protocolos de almacenamiento

Los dispositivos de almacenamiento en bloque se comunican con los servidores a través de varios protocolos:

• Fibre Channel (FC) Un protocolo de estructura dedicado y de alta velocidad que ofrece una tasa de transferencia de hasta 128Gbps. FC sigue siendo el estándar para entornos SAN de misión crítica donde el rendimiento y la confiabilidad son primordiales.
• iSCSI: Encapsula comandos SCSI en paquetes TCP/IP, lo que permite el acceso al almacenamiento en bloque a través de redes Ethernet estándar. Más asequible que FC, con opciones de 10/25/100 GbE que cierran la brecha de rendimiento.
• NVMe over Fabrics (NVMe-oF): Extiende la arquitectura de latencia baja y profundidad de cola alta de NVMe en las estructuras de red, lo que ofrece un rendimiento casi local para el almacenamiento compartido.
• Canal de fibra a través de Ethernet (FCoE): Converge el tráfico de FC y Ethernet en una sola red, lo que reduce la complejidad de la infraestructura mientras mantiene la confiabilidad a nivel de FC.

Almacenamiento en bloque frente al almacenamiento de archivos frente al almacenamiento de objetos

El almacenamiento en bloque se destaca cuando las aplicaciones requieren acceso directo y de bajo nivel a volúmenes de almacenamiento con rendimiento predecible. El almacenamiento de archivos tiene más sentido para los flujos de trabajo de colaboración compartida. El almacenamiento de objetos es la opción preferida para los datos no estructurados a gran escala. Piense en archivos de medios, copias de seguridad y conjuntos de datos de entrenamiento de AI.

Muchas empresas usan las tres. Un entorno típico puede ejecutar bases de datos en almacenamiento en bloque, compartir archivos de proyectos a través de NAS y archivar datos fríos en un almacenamiento de objetos.

Ejemplos de almacenamiento en bloque

Directamente utilizado por un sistema operativo y disponible como volúmenes, el almacenamiento en bloque puede llevar a cabo una amplia gama de tareas. De hecho, el almacenamiento en bloque es el tipo de almacenamiento más popular para la mayoría de las aplicaciones.

Algunos casos de uso populares para el almacenamiento en bloque incluyen:

• Almacenamiento de bases de datos: Por lo general, una base de datos contiene muchas tablas, que son en sí mismas colecciones de datos. El uso de archivos en bloque para almacenar estos datos es ideal, ya que permiten un acceso rápido a los datos. Dado que la velocidad es fundamental para una base de datos, organizar los datos en bloques es la mejor solución.
• Recuperación ante desastres: En caso de un desastre, a menudo es necesario restaurar los datos de las copias de seguridad. Las organizaciones suelen usar el almacenamiento en bloque para crear copias de seguridad de datos a nivel de bloque. Esto permite que los datos se restablezcan de forma rápida y fácil, sin la restauración de archivos individuales que consume tiempo.
• Aplicaciones de misión crítica: Las aplicaciones de misión crítica, como Oracle, Microsoft Exchange, SAP y Microsoft SharePoint, requieren alta disponibilidad y confiabilidad. El uso del almacenamiento en bloque puede ayudar a garantizar que estas aplicaciones estén siempre disponibles debido al rendimiento rápido de lectura/escritura del almacenamiento en bloque.

Ventajas del almacenamiento en bloque

Como cualquier tecnología, el almacenamiento en bloque tiene sus ventajas y desventajas. Dicho esto, las ventajas del almacenamiento en bloque son claras: Es más adecuado para un alto rendimiento y un acceso rápido a los datos.

Estos son los beneficios clave del uso del almacenamiento en bloque:

• Baja latencia y IOPS altas: Las matrices modernas de almacenamiento en bloque basado íntegramente en tecnología flash ofrecen tiempos de respuesta inferiores a 150 microsegundos y pueden soportar millones de IOPS. Esto es fundamental para las aplicaciones sensibles a la latencia, como las plataformas de negociación financiera, el análisis en tiempo real y los registros de salud electrónicos de atención de la salud.
• Capacidad para realizar cambios incrementales: Con el almacenamiento en bloque, es posible cambiar un archivo sin tener que eliminar todos los datos actuales, como lo haría con un sistema de archivos tradicional. Por ejemplo, puede realizar cambios reemplazando, eliminando o insertando bloques. Esto lo hace ideal para archivos actualizados con frecuencia, como los utilizados en bases de datos.
• Independencia del sistema operativo: Los volúmenes de bloque se pueden formatear con cualquier sistema de archivos, NTFS, ext4, XFS, ZFS, lo que hace que el almacenamiento en bloque sea compatible con Windows, Linux y otros entornos simultáneamente.
• Alta disponibilidad: Los sistemas de almacenamiento en bloque suelen utilizar matrices RAID, replicación sincrónica y clúster activoactive-active para eliminar puntos únicos de falla y mantener el tiempo de actividad durante las fallas de hardware.

Desventajas del almacenamiento en bloque

Por supuesto, el almacenamiento en bloque también tiene sus desventajas. No se puede negar que puede ser más costoso que otras formas de almacenamiento, y es posible que no sea la mejor solución para todas las cargas de trabajo.

Algunas desventajas del almacenamiento en bloque incluyen:

• Costo más alto: La infraestructura de almacenamiento en bloque, especialmente las SAN de canal de fibra, requiere hardware especializado, incluidos HBA, conmutadores FC y cableado dedicado. El almacenamiento en bloque en la nube también tiende a costar más por GB que las alternativas de objetos o archivos. El almacenamiento en bloque puede ser más costoso que otras formas de almacenamiento. Por ejemplo, comprar y mantener SAN puede ser costoso.
• Complejidad de la administración: La configuración y el mantenimiento de SAN, el enmascaramiento de LUN, la zonificación y la I/O de varias rutas requieren habilidades especializadas. Las organizaciones sin administradores de almacenamiento dedicados pueden considerar que la sobrecarga operativa es significativa.
• metadatos limitados: Los metadatos mínimos del almacenamiento en bloques dificultan la búsqueda o clasificación de datos en el nivel de almacenamiento. Las aplicaciones deben manejar la administración de metadatos de forma independiente.
• Techos de escalabilidad para datos no estructurados: Si bien el almacenamiento en bloque se escala bien para cargas de trabajo estructuradas, se vuelve más difícil de administrar a escala de petabytes. El almacenamiento de objetos suele ser más rentable para conjuntos de datos masivos no estructurados.

Mejores prácticas de implementación

La implementación efectiva del almacenamiento en bloque requiere la planificación en torno al rendimiento, la disponibilidad y el crecimiento:

1. Evalúe primero los requisitos de carga de trabajo. Mapee el perfil de I/O de cada aplicación: sensibilidad de latencia aleatoria frente a secuencial, de lectura pesada frente a escritura pesada. Esto determina si la conectividad FC, iSCSI o NVMe-oF tiene sentido.
2. Diseñe la redundancia desde el principio. Implemente la protección RAID, I/O multiruta y las configuraciones SAN de doble tejido. Para cargas de trabajo críticas para el negocio, considere la replicación active-active entre sitios.
3. Ajuste el tamaño correcto de sus volúmenes. El aprovisionamiento excesivo desperdicia capacidad y presupuesto. El aprovisionamiento insuficiente crea cuellos de botella. Las plataformas modernas con aprovisionamiento delgado y reducción de datos (desduplicación y compresión) ayudan a optimizar las capacidades efectivas.
4. Planifique el crecimiento con almacenamiento escalonado. Nivele las cargas de trabajo de alto rendimiento en flash NVMe y los datos de menor prioridad en medios con capacidad optimizada.
5. Automatice siempre que sea posible. Use las API de administración del almacenamiento, las herramientas de infraestructura como código y las plataformas AIOps para reducir la configuración manual y acelerar el aprovisionamiento.

El futuro del almacenamiento en bloque

El almacenamiento en bloque continúa evolucionando junto con las cargas de trabajo que admite. Varias tendencias están dando forma a su trayectoria a corto plazo:

• La adopción de NVMe-oF se está acelerando. A medida que los centros de datos se actualizan a estructuras de 25/100/400 GbE, NVMe over Fabrics reemplaza los protocolos heredados para nuevas implementaciones, lo que ofrece un rendimiento NVMe casi local a través de distancias de red.
• Las plataformas de almacenamiento unificado están desdibujando las líneas. Las matrices modernas ahora ofrecen almacenamiento de bloques, archivos y objetos desde una única plataforma, lo que elimina la necesidad de administrar silos separados.
• Los modelos de almacenamiento como servicio están ganando terreno. Los precios basados en el consumo para el almacenamiento en bloque en las instalaciones eliminan los grandes gastos de capital y alinean los costos con el uso real.

Cómo puede ayudar Everpure 

No es ningún secreto que los datos se están volviendo cada vez más importantes a lo largo del día, pero las soluciones de almacenamiento tradicionales ya no pueden seguir el ritmo. No solo son lentos y poco confiables, sino que también pueden ser costosos.

Everpure ofrece una mejor manera. Nuestros productos de almacenamiento en bloque basado íntegramente en tecnología flash, como FlashArray//C™, FlashArray//X™ y FlashArray//XL™, están diseñados para ofrecer rendimiento, sencillez y confiabilidad. 

Una matriz basada íntegramente en tecnología flash (AFA) contiene solo unidades de memoria flash en lugar de unidades de disco giratorio y ofrece:

• Velocidad: Los tiempos de acceso y lectura/escritura de memoria más rápidos ofrecen un mejor rendimiento y velocidad. 
• Portabilidad: Debido a que las unidades de estado sólido (SSD) son notablemente más pequeñas que las unidades de disco duro (HDD) tradicionales, las memorias flash tienen una ventaja de espacio por capacidad.
• Durabilidad: Las SSD son menos vulnerables a los impactos y las caídas que las unidades de disco giratorio.

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