Nếu File Storage là giải pháp lưu trữ dữ liệu có cấu trúc cây thư mục quen thuộc với người dùng, thì Block Storage chính là phương pháp lưu trữ tối ưu hiệu suất, được thiết kế để vận hành các ứng dụng quan trọng, đòi hỏi tốc độ I/O (Input/Output) cực cao như Cơ sở dữ liệu và Máy chủ ảo.

Vậy, Block Storage là gì? Cơ chế nào giúp nó trở thành nền tảng vững chắc cho mọi hạ tầng CNTT hiện đại? Hãy cùng MCSG tìm hiểu chi tiết về công nghệ lưu trữ cấp khối này.

Block Storage là gì? Định nghĩa và Bản chất kỹ thuật

Định nghĩa Block Storage (Lưu trữ cấp khối)

Block Storage, hay còn gọi là block-level storage, là một công nghệ được sử dụng để lưu trữ dữ liệu bằng cách chia nhỏ chúng thành các khối (block) có kích thước đồng nhất. Mỗi khối này được gán một mã định danh duy nhất (Unique Identifier).

Không giống như File Storage (dữ liệu được lưu trong tệp tin và thư mục), Block Storage lưu trữ các khối dữ liệu này độc lập và không theo thứ tự. Hệ thống Block Storage không duy trì siêu dữ liệu (Metadata) cấp cao như tên tệp, quyền sở hữu, hoặc dấu thời gian. Điều này giúp giảm chi phí truyền dữ liệu và tăng tốc độ truy cập.

Cơ chế hoạt động: Từ Block đến LUN

Để sử dụng Block Storage, hệ thống máy chủ (server) sẽ thực hiện các bước sau:

• Phân tách và Gán ID: Khi ghi dữ liệu, ứng dụng chia dữ liệu thành các khối và lưu trữ chúng vào các block riêng biệt. Hệ thống ghi lại định danh của block trong một bảng tra cứu dữ liệu trong hệ thống ứng dụng.
• LUN (Logical Unit Number): Các khối được tập hợp và hiển thị cho máy chủ dưới dạng một thiết bị lưu trữ đơn lẻ gọi là LUN (tương đương với một ổ đĩa vật lý chưa được định dạng).
• Gắn kết (Mount): Máy chủ “gắn kết” (mount) LUN này và tự tạo một hệ thống tệp tin (NTFS, EXT4,…) riêng để quản lý.
• Truy cập nhanh: Khi cần đọc dữ liệu, máy chủ sử dụng bảng tra cứu để xác định địa chỉ khối, sau đó truy xuất trực tiếp các khối từ hệ thống lưu trữ và hợp nhất chúng lại. Điều này tạo ra nhiều đường dẫn đến dữ liệu, cho phép truy xuất nhanh chóng và hiệu quả hơn so với File Storage (chỉ có một đường dẫn).

>> Xem thêm: Máy chủ là gì? Phân loại & vai trò của máy chủ trong doanh nghiệp

Giao thức Truyền tải Dữ liệu

Block Storage được truy cập qua các giao thức mạng chuyên biệt:

• Fibre Channel (FC): Giao thức truyền tải tốc độ cao, thường được sử dụng trong các môi trường SAN (Storage Area Network) truyền thống.
• iSCSI (Internet Small Computer System Interface): Cho phép truyền Block Storage qua mạng Ethernet tiêu chuẩn, giúp triển khai dễ dàng và chi phí thấp hơn SAN Fibre Channel.

Các hình thức triển khai và Kiến trúc Block Storage

Storage Area Network (SAN)

SAN là mạng lưu trữ chuyên dụng, nơi Block Storage thường được triển khai nhiều nhất. SAN cho phép nhiều máy chủ mạng truy cập vào Block Storage tập trung như thể chúng được kết nối cục bộ.

Kiến trúc SAN phức tạp bao gồm ba lớp:

• Host layer: Các máy chủ quản lý quyền truy cập.
• Storage layer: Các thiết bị Block Storage vật lý (HDD, SSD).
• Fabric layer: Kết nối Host và Storage bằng các thiết bị như switch SAN và cáp quang.

Lưu ý: SAN sử dụng các tính năng như RAID (Redundant Array of Independent Disks) và sao chép đồng bộ/không đồng bộ để đảm bảo khả năng dự phòng và giảm thiểu thời gian chết.

Block Storage trên nền tảng Cloud

Trong môi trường điện toán đám mây, Block Storage được cung cấp dưới dạng các dịch vụ ổ đĩa ảo có khả năng mở rộng và quản lý dễ dàng.

• Ví dụ: Amazon EBS (Elastic Block Store), Azure Managed Disks, Google Persistent Disk.
• Các dịch vụ này loại bỏ chi phí và độ phức tạp khi xây dựng SAN vật lý, cho phép nhà phát triển dễ dàng gắn các ổ đĩa hiệu suất cao vào các máy chủ ảo (VM) theo yêu cầu.

Ưu điểm nổi bật của Block Storage

Các tổ chức lựa chọn Block Storage là gì vì những lợi ích đặc biệt sau đây:

Hiệu suất ưu việt và Độ trễ cực thấp

• Tối ưu cho I/O ngẫu nhiên: Do không cần duyệt qua cấu trúc cây thư mục phức tạp, Block Storage có thể truy cập trực tiếp khối dữ liệu cần thiết. Điều này lý tưởng cho các ứng dụng đòi hỏi I/O ngẫu nhiên cao như Cơ sở dữ liệu.
• Giảm chi phí truyền dữ liệu: Việc sử dụng siêu dữ liệu có giới hạn và dựa vào mã định danh duy nhất giúp giảm tải và cho phép máy chủ truy xuất dữ liệu một cách hiệu quả.

Tính linh hoạt và Khả năng kiểm soát chi tiết

• Độc lập với OS: Các khối có thể được cấu hình độc lập cho nhiều hệ điều hành khác nhau (Windows, Linux) mà không bị ràng buộc.
• Kiểm soát chi tiết: Nhà phát triển có thể tối ưu hiệu suất bằng cách nhóm dữ liệu thay đổi nhanh (dữ liệu nóng) trên các khối hiệu suất cao (SSD) và lưu trữ dữ liệu ít thay đổi (dữ liệu lạnh) trên các khối chi phí thấp (HDD).

Hiệu quả trong việc thay đổi thường xuyên

Block Storage hỗ trợ việc ghi dữ liệu thường xuyên mà không ảnh hưởng đến hiệu suất. Khi có sự thay đổi, hệ thống chỉ cần xác định và ghi lại block cụ thể cần sửa đổi, thay vì ghi lại toàn bộ tệp, giúp nó rất hiệu quả trong việc quản lý các tệp lớn cần cập nhật liên tục.

Trường hợp sử dụng Block Storage lý tưởng

Những đặc điểm độc đáo của Block Storage khiến nó trở thành sự lựa chọn ưu tiên cho các khối công việc giao dịch và đòi hỏi I/O cao:

So sánh Block Storage với File Storage và Object Storage

Lời kết: Block Storage có phải là chìa khóa cho bạn?

Block Storage là gì? Nó không chỉ là một công nghệ lưu trữ, mà là giải pháp then chốt cung cấp hiệu suất và độ tin cậy vượt trội cho các ứng dụng quan trọng, nơi mỗi mili giây đều có giá trị. Mặc dù việc triển khai SAN truyền thống có thể đi kèm với chi phí và độ phức tạp cao, nhưng sự phát triển của các dịch vụ Block Storage trên nền tảng đám mây đã giúp công nghệ này trở nên dễ tiếp cận và linh hoạt hơn bao giờ hết.

Nếu tổ chức của bạn đang tìm kiếm nền tảng tốc độ cao, độ trễ thấp cho cơ sở dữ liệu, máy chủ ảo, hoặc các ứng dụng giao dịch, Block Storage chính là lựa chọn không thể bỏ qua.