什麼是區塊式資料儲存？

區塊式資料儲存是一種資料儲存方法，可將資訊劃分為稱為區塊的固定大小單位，每個單位都分配了一個唯一的識別碼。每個區塊通常用於 SAN、iSCSI 和本機磁碟環境，可作為獨立的儲存區。

業界研究預測，全球活躍資料中心容量在 2025 年至 2035 年間將增加六倍。依賴資料庫、虛擬機器和交易處理需求的儲存設備的應用程式，只需幾微秒即可回應，而不必花費毫秒。傳統的檔案式方法經常會帶來額外負荷，從而減慢大規模的效能。 

區塊式資料儲存可解決這些需求。這種資料儲存方法將資訊劃分為稱為區塊的固定大小單位，每個單位都分配了一個唯一的識別碼。與檔案式資料儲存不同，檔案式資料儲存會整理階層式目錄，或物件式資料儲存，這些檔案式資料包含豐富的中繼資料、區塊式資料儲存，除了原始資料和最少的位址之外，會剝除所有內容。結果就是採用精簡、高效能的架構，並針對速度進行最佳化。 

由於每個區塊都作為獨立的儲存容量運作，因此作業系統對待它們的方式與處理本機連接硬碟的方式相同。這使得區塊式資料儲存成為儲存區域網路（SAN）、雲端運算實例，以及幾乎所有工作負載的基礎，這些工作負載的低延遲和高傳輸量是無法協商的。

區塊式資料儲存如何運作？

透過區塊式資料儲存，每個區塊都包含特定數量的資料，通常為 256KB 到 4MB。每個區塊都代表檔案的一部分，而該檔案並未以任何特定階層順序組織。事實上，坐在鄰近區塊旁的區塊資料可能彼此完全無關。

每個區塊都有自己的唯一識別碼，即邏輯區塊位址 （LBA），與其他區塊有所區別。需要擷取檔案時，應用程式會傳送請求，而儲存系統會諮詢查詢表，將每個區塊的地址對應至其實體位置。相關區塊位於多個裝置上，並可能以正確的順序重新組裝。整個流程對應用程式而言都是透明的。

除了識別碼之外，區塊不包含任何中繼資料。由於缺乏中繼資料，區塊式資料儲存效率非常高，因為幾乎所有區塊式資料儲存容量都儲存了實際資料。沒有浪費的空間。這讓區塊式資料儲存成為需要快速擴充和快速讀取/寫入效能的工作負載的理想選擇。

儲存協定

區塊式儲存設備透過數種通訊協定與伺服器通訊：

• Fibre Channel (FC)：高速專用光纖協定，可提供高達 128Gbps 的輸送量。FC 仍然是任務關鍵型 SAN 環境的標準，在這種環境中，效能和可靠性至關重要。
• iSCSI：封裝 TCP/IP 封包中的 SCSI 指令，透過標準乙太網路實現區塊式資料儲存存取。比 FC 更經濟實惠，10/25/100GbE 選項可縮小效能差距。
• NVMe over Fabrics （NVMe-oF）：跨網路架構擴展 NVMe 的低延遲、高佇列深度架構，為共享儲存提供近乎本地的效能。
• fibre channel （FCoE）：將 FC 和乙太網路流量融合到單一網路中，降低基礎架構的複雜性，同時維持 FC 等級的可靠性。

區塊式資料儲存 vs. 檔案式資料儲存 vs. 物件式資料儲存

區塊式資料儲存在應用程式需要直接、低層級存取儲存容量，並具有可預測的效能時表現優異。檔案式資料儲存對於共享協作工作流程來說更有意義。物件式資料儲存是大規模非結構化資料的首選，可以考慮媒體歸檔、備份和 AI 訓練資料集。

許多企業都使用這三種。典型的環境可能會在區塊式資料儲存上運行資料庫，透過 NAS 共享專案檔案，並將冷資料封存到物件式資料儲存。

區塊式資料儲存範例

區塊式資料儲存直接由Operating System使用，可作為磁碟區使用，可以執行各種工作。事實上，區塊式資料儲存是大多數應用程式最常用的儲存類型。

區塊式資料儲存的常見使用案例包括：

• 資料庫儲存：資料庫通常包含許多表格，這些表格本身就是資料收集。使用區塊檔案來儲存這些資料是理想的選擇，因為它們可以快速存取資料。由於速度對資料庫而言至關重要，因此將資料組織成區塊是最佳解決方案。
• 災害復原：發生災害時，通常需要從備份中還原資料。組織經常使用區塊式資料儲存來建立區塊式資料備份。如此一來，資料即可快速、輕鬆地還原，且無需耗費時間還原個別檔案。
• 任務關鍵型應用程式：Oracle、Microsoft Exchange、SAP 和 Microsoft SharePoint 等任務關鍵型應用程式需要高可用性和可靠性。由於區塊式資料儲存的快速讀取/寫入效能，使用區塊式資料儲存有助於確保這些應用程式永遠可用。

區塊式資料儲存的優勢

如同任何技術，區塊式資料儲存具備優缺點。儘管如此，區塊式資料儲存的優勢顯而易見：它最適合高效能和快速資料存取。

以下是使用區塊式資料儲存的關鍵優勢：

• 低延遲和高 IOPS：現代化全快閃區塊式資料儲存陣列的回應時間低於 150 微秒，並可以維持數百萬 IOPS。這對延遲敏感的應用程式至關重要，如金融交易平台、即時分析和醫療電子健康記錄。
• 進行漸進式變更的能力：有了區塊式資料儲存功能，您無須移除所有目前的資料即可變更檔案，如同使用傳統檔案系統一樣。例如，您可以藉由更換、刪除或插入區塊進行變更。 這使得它成為經常更新檔案的理想選擇，例如資料庫中使用的檔案。
• 作業系統的獨立性：區塊式資料可以格式化為任何檔案系統，如 NTFS、ext4、XFS、ZFS，使區塊式資料儲存同時與 Windows、Linux 和其他環境相容。
• 高可用性：區塊式儲存系統通常使用 RAID 陣列、同步複寫和active-active叢集，以消除單點故障，並在硬體故障期間維持正常運行時間。

區塊式資料儲存的缺點

當然，區塊式資料儲存也有缺點。毫無疑問，它可能比其他儲存形式更昂貴，而且可能不是所有工作負載的最佳解決方案。

區塊式資料儲存的缺點包括：

• 費用更高：區塊式儲存基礎架構，尤其是fibre channel SAN，需要專門的硬體，包括 HBA、FC 交換器和專用佈線。雲端區塊式資料儲存的每 GB 成本也比物件式或檔案式替代方案要高。區塊式資料儲存可能比其他儲存形式更昂貴。舉例來說，SAN 購買與維護的成本可能相當昂貴。
• 管理複雜性：配置和維護 SAN、LUN 遮罩、分區和多路徑 I/O 需要專業技能。沒有專屬儲存管理員的組織可能會發現營運開銷相當龐大。
• 有限的中繼資料：區塊式資料儲存的最小中繼資料，使得在儲存層搜尋或分類資料變得困難。應用程式必須獨立處理中繼資料管理。
• 非結構化資料的可擴充性上限：雖然區塊式資料儲存能很好地擴展到結構化工作負載，但要以 PB 級規模進行管理卻變得越來越困難。物件式資料儲存通常對大量非結構化資料集更具成本效益。

實施最佳實務

有效部署區塊式資料儲存需要規劃效能、可用性和成長：

1. 先評估工作負載需求。對應每個應用程式的 I/O 設定檔，隨機與循序、讀取密集與寫入密集、延遲靈敏度。這將決定 FC、iSCSI 或 NVMe-oF 連接性是否合理。
2. 從一開始就為備援設計。實施 RAID 保護、多路徑 I/O 和雙光纖 SAN 配置。對於業務關鍵工作負載，請考慮跨站點active-active複寫。
3. 調整體積大小。過度配置廢棄物容量和預算。配置不足會造成瓶頸。現代化平台具備儲存資源隨需配置與資料減量功能（重複資料刪除與壓縮），有助於優化有效容量。
4. 利用分層儲存設備規劃成長。NVMe 快閃的分層高效能工作負載，以及容量優化媒體的低優先順序資料。
5. 盡可能實現自動化。使用儲存管理 API、基礎架構即程式碼工具，以及 AIOps 平台來減少手動設定，並加速配置。

區塊式資料儲存的未來

區塊式資料儲存隨著支援的工作負載而持續演進。有幾個趨勢正在塑造其短期軌跡：

• NVMe-oF 的採用正在加速。隨著資料中心升級到 25/100/400GbE 網狀架構，NVMe over Fabrics 取代了新部署的傳統協定，在網路距離內提供近地 NVMe 效能。
• 整合式儲存平台正在模糊界限。現代陣列現在從單一平台提供區塊、檔案和物件式資料儲存，無需管理個別孤島。
• storage-as-a-service模式正在蓬勃發展。就地部署區塊式資料儲存的消費式定價可免除大量資本支出，並使成本與實際使用量保持一致。

Everpure 如何提供協助 

資料日復一日變得越來越重要，這是毫無疑問的，但傳統的儲存解決方案無法再跟上腳步。它們不僅速度緩慢而且不可靠，而且可能很昂貴。

Everpure 提供了更好的方法。我們的全快閃區塊式資料儲存產品，如 FlashArray//C、FlashArray//X 和 FlashArray//XL，是專為效能、簡易性和可靠性而設計。 

All-Flash Array （AFA） 僅包含快閃磁碟機，以取代旋轉的磁碟機，並提供：

• 速度：更快的記憶體讀取/寫入和存取時間可提升效能和速度。 
• 可移植性：由於固態硬碟 （SSD） 比傳統硬碟 （HDD） 體積小得多，因此快閃記憶體具有每容量空間的優勢。
• 耐用性：SSD 比起旋轉的磁碟機，更容易受到衝擊和摔落的影響。

若要深入了解 Everpure 如何協助您充分利用區塊式資料儲存，請立即聯絡我們。