مقارنة بين خدمات التخزين الكائني والتخزين الكتلي

مقدمة

تُعتبر خدمات تخزين البيانات المرنة والقابلة للتوسع حسب الحاجة، متطلب أساسي لأغلب التطبيقات والخدمات التي يتم تطويرها بالأدوات والتقنيات الحديثة. بغض النظر عن تخزين كميات قليلة أو كثيرة من الصور، الفيديوهات والنصوص الضخمة فإن مُطوري التطبيقات يحتاجون حلًا لتخزين واسترجاع المحتوى الخاص بالمستخدم، سجلات عمله، نسخه الاحتياطية وغيره من الأمور الأخرى.

في ظل الأنظمة المنشورة المعقدة، وفي ظل الحاويات المختلفة والبيئات سريعة التغير والزوال، فإن زمن حفظ الملفات ببساطة في وحدة تخزين على خادوم واحد قد انتهى، حيث قام مزودو الخدمات السحابية بتطوير خدمات لتلبية حاجات التخزين في الأنظمة والتطبيقات الحديثة، وغالبًا تندرج خدمات التخزين السحابية تحت نوعين هما التخزين الكائني (Object Storage) والتخزين الكتلي (Block Storage).

سنتناول هنا مميزات وسلبيات كل نوع.

ما هو التخزين الكتلي؟

تعتبر خدمات التخزين الكتلي بسيطة ومألوفة نوعًا ما، حيث تُقدم هذه الخدمات خدمة التخزين العادية –كما في القرص الصلب– ولكن من خلال الشبكة. يقدم مزودو الخدمات السحابية الأدوات اللازمة التي تُتيح الحصول على جهاز تخزين كتلي بأي حجم وربطه بالآلة الافتراضية الخاصة بك، ومن هنا تستطيع التعامل مع الجهاز كقرص عادي، حيث تستطيع تهيئته، حفظ الملفات عليه، ربط أكثر من قرص بنظام RAID أو حتى إعداد قاعدة بيانات عليه للكتابة مباشرةً على الجهاز الكتلي.

بالإضافة لما سبق، فإن أجهزة التخزين المرتبطة بشبكة غالبًا ما تتميز عن الأقراص الصلبة العادية بما يلي:

• تستطيع أخذ نسخة حية بسهولة للجهاز للأغراض الاحتياطية.
• من الممكن إعادة تغيير حجم جهاز التخزين الكتلي وتلبية الاحتياجات المتراكمة.
• تستطيع فك وربط الجهاز بين الآلات الوهمية بسهولة.

ما ذكرناه من مميزات هي خصائص مرنة من الممكن أن تكون مفيدة غالبًا لأي تطبيق. فيما يلي نسرد بعضًا من مميزات وعيوب هذه التقنية.

مميزات التخزين الكتلي:

• التخزين الكتلي شائع ومألوف، حيث أن المستخدمين والبرمجيات يفهمونه ويستطيعون التعامل مع ملفاته وأنظمته بشكل واسع.
• الأجهزة الكتلية مدعومة جيدًا. كل لغات البرمجة تستطيع قراءة وكتابة الملفات منها.
• صلاحيات وأذونات ملفات النظام في الأجهزة الكتلية مألوفة ومفهومة بشكل جيد.
• أجهزة التخزين الكتلي لديها وقت استجابة منخفض في عمليات الإدخال والإخراج، مما يجعلها مناسبة لقواعد البيانات.

عيوب التخزين الكتلي:

• التخزين مرتبط بخادم واحد في نفس الوقت.
• تحتوي كتلة التخزين وملفات النظام على بيانات وصفية (metadata) قليلة عن المعلومات التي تُخزنها مثل تاريخ الإنشاء، المستخدم الذي تعود له البيانات وحجم هذه البيانات. أي معلومات إضافية عما تُخزنه وحدة التخزين الكتلي يجب أن يتم التعامل معها على مستوى التطبيق أو قاعدة البيانات مما يؤدي إلى زيادة الأعباء على المطور لمتابعة هذه المعلومات.
• يجب عليك أن تدفع مقابل حجم التخزين الذي حجزته حتى لو لم تقم بالاستفادة منه أو استخدامه.
• تستطيع أن تصل لخدمة التخزين الكتلي عبر خادومٍ واحد يعمل فقط.
• التخزين الكتلي يحتاج إلى اعدادات تنصيب وعمل أكثر (اختيار ملفات النظام، الأذونات، الإصدارات، النسخ الاحتياطية...وغيرها) مقارنة بالتخزين الكائني.

بسبب سرعة عمليات الإدخال والإخراج في التخزين الكتلي ، فإنه يُعتبر خيارًا أفضل لتخزين البيانات في قواعد البيانات العادية. بالإضافة لذلك، فإن العديد من الأنظمة القديمة تتطلب وجود ملفات نظام عادية للتخزين مما يجعل التخزين الكتلي هو الحل في هذه الحالة.

إذا لم يتوفر لدى مزود الخدمات السحابية خدمة التخزين الكتلي، تستطيع أن تقوم بتشغيل الخدمة الخاصة بك بنفسك باستخدام OpenStack Cinder، Ceph، أو خدمة iSCSI المُضمنة مع العديد من أجهزة NAS.

ما هو التخزين الكائني؟

في عالم الحوسبة السحابية الحديث، يُعرف التخزين الكائني بأنه تخزين واسترجاع البيانات غير المُرتبة وفق بنية معينة (Unstructured) عبر استخدام الواجهة البرمجية ل HTTP. فبدلًا من تقسيم الملفات إلى كُتل متعددة وحفظها باستخدام نظام الملفات على وحدة التخزين، يتم التعامل مع الملفات ككائنات وتُحفظ على الشبكة. قد تكون هذه الكائنات عبارة عن صورة، سجلات، ملفات HTML أو أية كائنات ثنائية كبيرة بذاتها. تكون هذه الكائنات غير مرتبة وفق بنية معينة لأنها لا تحتاج لاتباع مُخطط أو تنسيق محدد.

أصبح التخزين الكائني معروفًا بسبب قدرته الكبيرة على تبسيط تجربة المطور في بناء وتطوير خدمات التخزين، حيث تم تطوير مكتبات تدعم بناء الواجهات البرمجية (التي تحتوي طلبات (HTTP في أغلب لغات البرمجة.

 حفظ ملف ثنائي كبير أصبح أمرًا سهلًا باستخدام طلب HTTP PUT، وكذلك استرجاع الملف وبياناته الوصفية يتم عبر طلب GET عادي. علاوة على ذلك، فأغلب خدمات التخزين الكائني تستطيع مشاركة هذه الملفات مع المستخدمين الآخرين دون الحاجة لإعدادات خاصة على الخادم المُستضيف.

بالإضافة لما سبق، لن تَدفع مقابل خدمة التخزين الكائني إلا مقابل المساحة التي تَستخدمها (بعض الخدمات تُدفع مقابل كل طلب HTTP أو حسب استهلاك النقل عبر النطاق) وهذا الأمر يُعد نعمةً لبعض المطورين الذين يحصلون على خدمة استضافة وتخزين عالمية مقابل تكلفة تتلاءم مع حجم الاستخدام.

التخزين الكائني ليس الحل الجيد لكل الحالات. لنلقي نظرة على مميزات وعيوب هذه النوع.

مميزات التخزين الكائني:

• واجهة برمجية بسيطة عبر HTTP تدعم أغلب المستخدمين بغض النظر عن نظام التشغيل المستخدم أو لغة البرمجة.
•  تكلفة التخزين تُحدد مقابل ما يتم استخدامه من مساحة وليس ما يتم حجزه.
• لن تحتاج لحجز خادوم كامل للحصول على خدمة التخزين الكائني لملفاتك الساكنة.
• بعض مزودي خدمة التخزين الكائني تُقدم خاصية الدمج CDN المُضمنة، والتي تتيح تخبئة ملفاتك حتى يكون تنزيلها أسرع للمستخدمين.
• خاصية الأَصْدَرَة (Versioning) التي تتيح لك استرجاع النسخ القديمة من ملفاتك واستعادتها بعد التعديل عليها بشكل خاطئ.
• تتكيف خدمات التخزين الكائني مع احتياجات الاستخدام بدءًا من الاستخدام البسيط وحتى حالات الاستخدام المكثف دون أن يحتاج المطور لزيادة المصادر أو إعادة الهيكلة لمعالجة الحمل المطلوب.
• باستخدام خدمات التخزين الكائني لن تحتاج لمتابعة وإدارة وحدات التخزين أو أنظمة RAID لأنها من مسئولية مزود الخدمة.
• تستطيع حفظ بيانات وصفية بجانب البيانات الأصلية وذلك يُبسط لك هيكلة التطبيق الذي تعمل عليه.

عيوب التخزين الكائني:

• لا تستطيع أن تستضيف قاعدة بيانات عادية على خدمة التخزين الكائني بسبب وقت الاستجابة العالي واللازم لقاعدة البيانات.
• باستخدام التخزين الكائني لا تستطيع التعديل على جزء من الكائن الذي تحفظه، حيث عليك قراءة أو كتابة الكائن كله في العملية الواحدة وهذا له آثار مترتبة على الأداء. فمثلًا، باستخدام نظام الملفات تستطيع بسهولة أن تُضيف سطر في نهاية ملف سجلات، ولكن في نظام التخزين الكائني يجب عليك قراءة الملف كاملا ثم التعديل عليه ثم إعادة كتابته وحفظه مرة أخرى، وهذا الأمر يجعل من التخزين الكائني خيارًا غير مثالي في حفظ البيانات التي تتغير بشكل مستمر.
• لا تستطع نُظم التشغيل تعيين كائن كمحرك أقراص بشكل سهل. يوجد بعض العملاء والمحولات التي تساعد في تنفيذ هذا الأمر، ولكن بشكل عام، استخدام الكائن وتصفحه ليس متاحًا بسهولة كما هو متاح لدى التنقل خلال المجلدات في نظام الملفات.

بسبب هذه الخصائص، التخزين الكائني مفيد في استضافة الملفات الساكنة، حفظ محتوى المستخدم المتمثل مثلًا في الصور ولقطات الفيديو، حفظ ملفات النسخ الاحتياطي والسجلات.

يوجد بعض حلول التخزين الكائني التي تتيح لك حفظ ملفاتك وبياناتك دون القلق على كيفية إدارة الأقراص أو خيارات التوسع. تستطيع مثلا أن تُجرب Minio، وهو خادوم مشهور مُطَوَّرْ باستخدام لغة Go ويقدم خدمة التخزين الكائني، أو تستطيع تجربة Ceph أو OpenStack Swift.

خاتمة

اختيار طريقة التخزين قد يكون قرارًا معقدًا للمطورين. ناقشنا مزايا وعيوب كلًا من التخزين الكتلي والتخزين الكائني. على الأرجح أن أي تطبيق معقد وذو كفاءة سيحتاج لاستخدام كلا النوعين في التخزين لتلبية كافة الاحتياجات اللازمة للعمل.

ترجمة -وبتصرّف- للمقال Object Storage vs. Block Storage Services لصاحبه Brian Boucheron