Какие программные средства используются для хранения данных банк данных

Обновлено: 15.04.2024

Программные средства защиты информации востребованы как никогда ранее. Даже на государственном уровне введены требования по охране персональных данных, государственной, коммерческой, банковской и врачебной тайны. В век цифровизации необходимы релевантные инструменты, позволяющие сохранить информацию, не предназначенную посторонним.

Востребованность ПО в этой сфере приводит к дефициту кадров, которые могут разрабатывать и внедрять данные программы. В статье мы расскажем, каковы функции и виды средств защиты информации, а также поговорим о способах стать специалистом в этом направлении.

Важность защиты информации в 21 веке

Многие компании, согласно законодательству РФ, несут ответственность за сохранность личных данных своих сотрудников и клиентов. И это действительно необходимо. Ведь утечка, например, электронных медицинских карт может нанести моральный ущерб пациентам. А если произойдет утечка персональных данных клиентов какого-либо банка? Это может причинить людям материальный урон. И в той, и в другой ситуации приятного мало.

Важность защиты информации

Есть и более опасные вероятности. Представьте, что может случиться, если произойдет вторжение в системы управления стратегически важных объектов: ГЭС, АЭС или оборонки? Потеря или изменение какой-либо информации в подобных базах может нанести серьезный вред десяткам и сотням тысяч людей.

Есть несколько видов угроз безопасности информации:

потеря конфиденциальных данных – разглашение, несанкционированный доступ, утечка, аудио-, фото- и видеосъемка, неумышленная потеря;
повреждение целостности данных — изменение, трансформация, неприятие достоверности данных, навязывание заведомо ложной информации. Доктрина информационной безопасности подразумевает не просто искажение информации, а внесение новых данных в прежние сведения;
нарушение доступности данных — т. е. блокировка доступа или полное уничтожение.

Последние десятилетия все страны мира принимают различные меры для решения вопросов в сфере защиты информационных данных. Существуют международные и межгосударственные соглашения, касающиеся этого аспекта, но основная часть норм зафиксирована в законодательстве каждой отдельной страны.

Нормативно-правовые акты подразделяются на три основные категории:

которые устанавливают обязательность и уровень защиты безопасности данных;
определяющие уголовную или административную меру наказания нарушителям норм законодательства, касающегося сохранности информации;
которые обозначают и регулируют меры, защищают массивы данных. Здесь идет речь о программных, организационных и аппаратных методах.

Согласно правовому статусу, информационные данные подразделяются на:

информацию, обязательно охраняемую законодательством — это государственная, адвокатская тайна, банковская, врачебная и прочие виды служебной информации, личные данные граждан (имеют разные уровни защиты);
материалы, защита которых основана на решении субъекта (субъектов) оборота — коммерческая тайна. Законодательная защита осуществляется после того, как компания выполнит определенные действия: внесет данные в список сведений, ознакомит с ним сотрудников и разработает необходимые внутренние документы;
информация, которая не относится к вышеперечисленным типам, но чье разглашение, модификация или уничтожение может нанести ущерб компании или другим лицам.

Законодательство предусматривает определенные нормы безопасности для данных первого и второго типа. А также предлагает сертифицированные ФСТЭК и ФСБ РФ программные средства защиты информации.

Преимущества программных средств защиты информации

С ростом информатизации общества растет и необходимость в защите персональных данных, а также в противостоянии киберпреступлениям. В связи с этим становятся все более востребованными направления, задействованные в разработках и реализации методов, которые способны обеспечить компьютерную безопасность. Такие решения набирают популярность и еще по нескольким причинам:

программные системы защиты легко интегрировать в оборудование заказчика и разработчика;
использование таких средств не представляет сложностей;
для использования этих методов нет надобности задействовать производство, а реализация осуществляется в сжатые сроки. Но несмотря на это, информация получает необходимую степень защиты.

Получите подборку бесплатно (pdf 2,5 mb)

Под программными средствами защиты подразумевают ПО специальной разработки, его цель – оградить информацию от несанкционированного доступа (НСД) и защитить от вредоносного ПО. Такие средства защиты входят и в алгоритмы систем обработки данных.

Задачи программных средств защиты информации

Процесс обеспечения безопасности состоит из конкретных мер, которые осуществляют программными средствами:

распознавание «свой-чужой» для объектов и субъектов;
фильтрация (вплоть до полной блокады) допуска к вычислительной технике;
регулирование и фиксация операций с данными и программами.

Для распознавания применяют:

разные по степени сложности пароли;
идентификацию с помощью контрольных вопросов администратора;
средства анализа персональных характеристик;
электронные ключи, значки, магнитные карты и т. д.;
специальные средства идентификации или контрольные суммы для аппаратуры.

После прохождения этапа распознавания процесс защиты происходит на 3 уровнях:

аппаратура – здесь подразумевается управление возможностью доступа к компьютерной технике;
программное обеспечение – аналогично уровню безопасности аппаратуры;
данные – на этом уровне происходит процесс защиты информации при взаимодействии с ней и при ее трансфере по каналам связи.

К результативным способам обороны от несанкционированного входа относят средства регистрации и контроля доступа. При этом первое решает задачи по совершённым действиям, а вторые рассчитаны для предупреждения НСД.

Что касается предотвращения копирования данных, то этот уровень безопасности реализуется идентичными для всех систем защиты мерами:

предварительная проверка среды, из которой планируется запуск программы;
ее аутентификация при начале работы ПО;
реагирование на запуск программы из несанкционированной среды;
фиксация разрешенного доступа;
предотвращение несанкционированного анализа алгоритмов работы системы.

Программное обеспечение средств защиты информации осуществляет сохранность данных при подготовке или проведении восстановительных мероприятий — это характерно для любого рода работы с ЭВМ.

Задачи программных средств защиты информации

В обособленную категорию угроз безопасности информации определяют вирусные программы. Их цель – нарушение рабочих процессов ЭВМ, вплоть до полного уничтожения данных. С таким ПО борются антивирусы, выявляя и устраняя угрозу; их принято делить на два типа:

специализированные – выявляют и нейтрализуют существующие вирусы;
универсальные – способны устранять еще ненаписанные вирусные программы.

Команда GeekBrains совместно с международными специалистами по развитию карьеры подготовили материалы, которые помогут вам начать путь к профессии мечты.

Подборка содержит только самые востребованные и высокооплачиваемые специальности и направления в IT-сфере. 86% наших учеников с помощью данных материалов определились с карьерной целью на ближайшее будущее!

Скачивайте и используйте уже сегодня:

Топ-30 самых востребованных и высокооплачиваемых профессий 2022

Подборка 50+ ресурсов об IT-сфере

ТОП сервисов и приложений, на которые следует перейти уже сегодня

3,7 MB

Среди антивирусов второго типа наиболее востребованы те, которые осуществляют резидентную защиту и программы-ревизоры.

Помимо использования специализированного ПО для профилактики и защиты от вредоносного воздействия вирусов на ПК необходимо проводить и комплекс специальных организационных мер.

Виды программных средств защиты информации

Такие средства осуществляют авторизацию и идентифицируют пользователя, т. е. открывают доступ к системе после введения пользователем пароля. Также встроенные средства защиты оберегают ПО от копирования, определяют права доступа и корректность ввода данных и т. д.

К этой же группе относятся средства ОС, обеспечивающие защиту программ от воздействия друг на друга при мультипрограммном режиме, при котором в памяти ПК выполняется параллельно несколько приложений.

Виды программных средств защиты информации

При таком процессе возможны сбои/ошибки в работе каждой из программ, которые будут взаимно влиять на функционирование другого ПО. ОС занимается регулированием мультипрограммного режима. При этом она должна быть в состоянии защитить себя и свое ПО от негативного влияния сбоев, применяя, например, алгоритм защиты памяти и перераспределяя очередность выполнения, согласно привилегированности или пользовательскому режиму.

Необходимы для выявления вирусов, лечения или полного удаления зараженных файлов. Также их важной функцией является предупреждение воздействия вредоносных программ на данные или ОС. Например, антивирусы DrWeb, ADinf, AIDSTEST и т. п.

Специализированные программы защиты данных от несанкционированного доступа.

Если говорить в целом, то такое ПО обладает более расширенными возможностями, чем встроенные средства защиты. Ассортимент этих специализированных программ весьма разнообразен:

используемые для безопасности папок и файлов на ПК;
применяемые для контроля выполнения пользователем правил безопасности при работе, а также для обнаружения и пресечения попыток несанкционированного доступа к закрытой информации, хранящейся на ПК;
используемые для наблюдения за действиями, осуществляемыми на подконтрольном компьютере, который работает или автономно, или в локальной вычислительной сети.

Зарегистрируйся на интенсив StandUp «Путь в IT»
с Павлом Волей и получи подборку
полезных документов от Geekbrains

до . $mondayDate->format(d) . . $month[$mondayDate->format(n) - 1] .
37 500 ₽ Бесплатно --> Только до 26 мая
Бесплатно

Мы вместе с экспертами по построению карьеры подготовили документы, которые помогут не ошибиться с выбором и определить, какая профессия в IT подходит именно вам.

Благодаря этим гайдам 76% наших студентов смогли найти востребованную профессию своей мечты!

Скоро мы уберем их из открытого доступа, успейте скачать бесплатно:

Женщины в IT: мифы и перспективы в карьере

Как прокачать свою технику речи

100 тыс. руб за 100 дней с новой профессией

Список из 6 востребованных профессий с заработком от 100 тыс. руб

Критические ошибки, которые могут разрушить карьеру

Собрали 7 типичных ошибок, четвертую должен знать каждый!

Гайд по профессиям в IT

5 профессий с данными о навыках и средней заработной плате

4,7 MB

Программы тестового контроля.

Обнаруживают и предупреждают недостатки/дефекты в работе ПК и обеспечивают надежное функционирование программ. Если говорить о возможных способах, которые могут повысить надежность ПО, то следует обратить внимание на инструменты, выполняющие регулярное автотестирование и проверку системы и средств обеспечения деятельности для выявления и устранения ошибок разработки, проектирования и сопровождения.

Межсетевые экраны (брандмауэры/файрволы).

Такая технология программного средства защиты информации заключается в том, что между глобальной и локальной сетями генерируют особые промежуточные серверы. Они способны проверять и просеивать весь идущий через них сетевой или транспортный трафик.

Эта технология способствует практически полной нейтрализации опасности несанкционированного внедрения в корпоративные сети, хотя доля риска все же остается. Более продвинутый в этом плане метод – маскарад (masquerading). Он посылает весь поступающий из локальной сети трафик от имени firewall-сервера, превращая, по сути, локальную сеть в невидимку.

При этом методе исходящие и входящие запросы передаются не напрямую между локальной и глобальной сетями, а через прокси, или серверы-посредники. Поэтому не разрешенный доступ из глобальной сети в локальную просто закрыт. В качестве примера можно привести: CoolProxy (проприетарный для Windows), 3proxy (BSD, кроссплатформенный), ICS (проприетарный, Linux).

Использование VPN (виртуальная частная сеть).

VPN используется для защищенной передачи той информации, которую хотят обезопасить от несанкционированной записи или прослушивания. Например, это такие протоколы, как: PPTP (point-to-point tunneling protocol), IPSec (IP security), L2TPv3 (Layer 2 Tunnelling Protocol version 3).

Помимо того, что вышеперечисленные программные средства – это наиболее популярные методики для защиты данных в ПК и информационных сетях, они еще являются их важной составной частью.

Обучение разработке и применению программных средств защиты информации

Факультет по специальности «Информационная безопасность» от GeekBrains подготавливает профессионалов в данной области. С ростом популярности удаленного формата работы многие компании стали заинтересованы в специалистах, способных обеспечить достойный уровень безопасности IT-инфраструктуры. В середине 2020 года резко вырос спрос (а именно на 65 %) на специалистов по информационной защите данных.

Ядром БнД является база данных. База данных – это объективная форма представления и организации совокупности данных (например, статей, расчетов), систематизированных таким образом, чтобы эти данные могли быть найдены и обработаны с помощью ЭВМ.

Существует множество определений базы данных. Некоторые из них имеют право на существование. Другие устарели и не соответствуют современным представлениям о БнД. Так, в ранних определениях базы данных указывалось на их неизбыточность, отсутствие дублирования данных в них. На самом деле это не так. В базах данных может наблюдаться избыточность информации. Она может быть вызвана спецификой используемой модели данных, не позволяющей полностью устранить дублирование, или технологическими причинами (обеспечение большой надежности, сокращение времени реакции системы и др.). Но это должна быть управляемая избыточность, причины и цели возникновения которой известны администратору базы данных и управляются как им, так и СУБД.

В технической документации некоторых СУБД, а также в некоторых литературных источниках в состав БД включаются не только собственно хранимые данные о предметной области, но и описания БД. Более правильно описания баз данных считать самостоятельными компонентами БнД, даже если они и хранятся вместе с самими данными.

Описания баз данных относятся к метаинформации, т. е. информации об информации. Описание баз данных часто называют схемой данных. Кроме того, в БнД могут присутствовать описания отдельных частей баз данных с точки зрения отдельных пользователей – подсхемы.

Кроме описания баз данных, в состав метаинформации, хранимой в БнД, может включаться информация о предметной области, необходимая для проектирования системы, о пользователях БнД, о проектных решениях и некоторая другая информация.

Централизованное хранилище метаинформации называется словарем данных. К банкам не относятся немашинные документы, служащие источниками информации, вводимой в БД, файлы входной и выходной информации, архивные файлы, выходные документы. Однако многие СУБД включают в свой состав языковые средства для описания этих компонентов. В этом случае сами описания, используемые в процессе функционирования БнД, будут входить в его состав.

Программные средства БнД представляют собой сложный комплекс, обеспечивающий взаимодействие всех частей информационной системы при ее функционировании (показаны на рисунке 3.2).

Существуют различные программы для создания баз данных. Как правило, в таком ПО реализованы функции управления, редактирования, обработки информации. В зависимости от объема, типа данных, предпочтений компании, выбирается тот или иной софт.

Самое распространенное и знакомое всем решение, правда, не самое удобное для работы с большими массивами – это Excel. Если говорить о продуктах Microsoft, то непосредственно для работы с БД было создано приложение Access. Кроме нее есть не менее удобные варианты. В нашем материале вы найдете подборку наиболее популярных программ для работы с данными.

Принцип работы базы данных и СУБД

База данных представляет собранное множество записей различных сведений. Они необходимы, чтобы у пользователей была возможность сразу получить доступ к большому объему данных для выполнения разного рода операций.

В базе данных содержится абсолютно разная информация: это может быть семейная книга рецептов на все случаи жизни, книга доходов и расходов вашего отца, где видно передвижение денег в семье, или страница в социальных сетях, где можно изучить всех подписчиков владельца. Таким образом, можно сделать вывод, что вся информация в базе данных относится к какому-то конкретному типу.

Принцип работы базы данных и СУБД

С появлением баз данных пользователи получили доступ к множеству наборов информации. Как видно из вышеприведенных примеров, база данных может содержать записи с информацией похожего типа. Но, это понятие не устойчиво, так как с появлением NoSQL определение поменялось. Дело в том, что размеры веб-сайтов стали больше. Увеличилась их интерактивность, стало больше информации не только о пользователях, но и потенциальных клиентах, заявках, заказах и т.д.

Таким образом, базы данных превратились из простого источника информации в серьезный актив компаний, которые нуждаются различных базах данных с возможностью их масштабирования и в инженерах, которые умеют управлять этими базами.

Мы выяснили, что базы данных — это неотъемлемая часть современного мира. Теперь необходимо рассказать о программах для создания и обработки базы данных. Нужно понять, каким образом обрабатываются базы данных в компьютерных системах. Вот сейчас самое время рассказать о системе управления базами данных. СУБД — программное обеспечение, с помощью которого выполняют различные манипуляции с базами данных на компьютере.

Это может быть редактирование, создание, выполнение различных операций вроде вставки данных и т. д. Чтобы все эти операции были выполнимы, СУБД предоставляет необходимые API. Практически ни одна программа не обходится без использования СУБД при работе с данными, хранящимися на диске. Более того, СУБД отвечает за резервное копирование, проверяет, в каком состоянии находятся базы данных, осуществляют проверку доступов и т. д.

Получите подборку бесплатно (pdf 2,5 mb)

Именно по этой причине для работы с различными базами данных рекомендовано пользоваться СУБД.

10 популярных программ для создания и обработки базы данных

Многие организации используют базы данных для стандартного учета информации. Для работы с такими системами разработаны специальные программы. Мы привели вашему вниманию несколько самых известных и качественных программ для создания и использования баз данных в целях пользователей.

Одна из самых распространенных СУБД — Microsoft Access. Функционал и интуитивно понятный интерфейс делают инструмент доступным даже для начинающих пользователей. Microsoft Access подходит как для обучения, так и для решения конкретных задач. Инструмент содержит в себе функцию переключения между двумя режимами — таблицы и конструктора.

Примечательно и то, что внутри СУБД имеется много шаблонов самых разных баз, что дает возможность сэкономить время на выборе макета, а вместо этого подобрать нужный вариант из предложенных: «Контакты», «Отслеживание активов», «Пользовательское веб-приложение», «Управление проектами» и др.

Microsoft Access

Пользователь устанавливает тип данных для каждой из ячеек базы. Так, это может быть текстовая информация, число, время и дата, гиперссылка, логическое значение и т. д. Есть встроенный многофункциональный модуль с большим количеством изменяемых параметров. Он используется для составления отчетов, заполнения запросов и форм.

Чтобы разобраться в особенностях работы, пользователи могут изучить подробное руководство, где все процессы подробно описаны. Поддерживается интерфейс на русском языке. Программа для создания базы данных Access платная. Ее распространение возможно лишь в рамках офисного пакета Microsoft.

LibreOffice — аналог Microsoft Office и приложения Access в частности. Он может быть применен при работе с текстовыми документами, таблицами, презентациями, базами данных, графическими изображениями и даже математическими записями. Для работы необходимо установить на компьютере полный пакет и выбрать нужный модуль для запуска. Для БД необходим формат ODB.

LibreOffice содержит практически весь функционал Access. Кроме того, разработчики позаботились об удобном и понятном для пользователя интерфейсе, без загромождения разного рода кнопками и категориями. Главное окно содержит только основные возможности. Но есть нюанс — здесь нет мастера создания баз данных со встроенными шаблонами. Зато поддерживается интерфейс на русском языке, и есть открытый исходный код. Это одна из бесплатных программ для создания баз данных.

Скачивайте и используйте уже сегодня:

Топ-30 самых востребованных и высокооплачиваемых профессий 2022

Подборка 50+ ресурсов об IT-сфере

ТОП сервисов и приложений, на которые следует перейти уже сегодня

3,7 MB

Инструмент предназначен для работы с базами на основе технологии MySQL. Продукт разработан специалистами Workbench и содержит все инструменты для создания и администрирования баз данных, необходимых на практике. Интерфейс очень простой и удобный, справится даже начинающий пользователь. Отдельно стоит выделить возможность установки шаблона, предназначенного для автоматического индексирования ячеек, обработки запросов и смены сценариев SQL.

MySQL Workbench

MySQL Workbench содержит модуль для визуального проектирования. Для формирования таблиц и установки связей между ними предусмотрены ER-диаграммы. Подсвечивается синтаксис SQL, в том числе все возможные ошибки как при наборе простого теста, так и кода. Интерфейс удобен и интуитивно понятен, но не поддерживает русского языка. Это, наверно, самый большой минус для русскоговорящих пользователей.

Интерфейс Navicat состоит из 3 частей. Слева — список всех имеющихся БД пользователя. В центре — место, предназначенное для обработки таблиц, справа — информация по выделенным объектам. Для возможности проектирования имеются удобные ER-диаграммы. Интерфейс на русском языке отсутствует. Есть бесплатная ознакомительная версия. При необходимости можно приобрести подписку на базовую версию, стандартную и коммерческую.

DataExpress — одна из популярных программ для создания и обработки баз данных клиентов. Это своеобразный конструктор, содержаний большое количество разнообразных приложений. У пользователя есть полноценная возможность создать персонализированную программу учета. Инструмент содержит все модули привычных СУБД: мастер ввода данных, опции фильтрации и поиска, шаблоны, автоматическая генерация значений и т. д.

Зарегистрируйся на интенсив StandUp «Путь в IT»
с Павлом Волей и получи подборку
полезных документов от Geekbrains

до . $mondayDate->format(d) . . $month[$mondayDate->format(n) - 1] .
37 500 ₽ Бесплатно --> Только до 26 мая
Бесплатно

Благодаря этим гайдам 76% наших студентов смогли найти востребованную профессию своей мечты!

Скоро мы уберем их из открытого доступа, успейте скачать бесплатно:

Женщины в IT: мифы и перспективы в карьере

Как прокачать свою технику речи

100 тыс. руб за 100 дней с новой профессией

Список из 6 востребованных профессий с заработком от 100 тыс. руб

Критические ошибки, которые могут разрушить карьеру

Собрали 7 типичных ошибок, четвертую должен знать каждый!

Гайд по профессиям в IT

5 профессий с данными о навыках и средней заработной плате

4,7 MB

При создании системы за основу была взята технология RemObject Pascal Script, что сделало возможным реализацию любых логических алгоритмов. DataExpress отличается простым лаконичным интерфейсом. Это удобно для рядовых пользователей и дает им возможность создавать свои СУБД, не обладая навыками программирования. Для возможности работы в интернете есть движок Firebird. Кроме того, можно расширить функционал ПО, просто добавив ряд собственных расширений.

Интерфейс этого решения удобный и приятный пользователю, подходит для осуществления запросов разного характера, а также для разработки и отладки объектов БД. dbForge Studio работает с системами MySQL и MariaDB, а проектирование происходит только на SQL. Встроенный редактор умеет подсвечивать синтаксис, допущенные ошибки, и может отладить хранимые процедуры. Имеется и визуальный редактор, что удобно для начинающих пользователей.

dbFogrge Studio содержит все необходимые инструменты для полноценного администрирования баз данных. Есть возможность открыть доступ для работы нескольких пользователей в рассматриваемой СУБД.

Пользователь может настроить автоматическое резервное копирование, осуществлять импорт и экспорт, копировать БД и т. д. Можно анализировать информацию в таблицах и составлять отчеты с помощью специального мастера с содержанием множества параметров. Продукт поддерживает русский язык. Бесплатной версии нет.

Paradox Data Editor работает с таблицами баз данных на BDE. Считается, что интерфейс этой программы для создания локальных баз данных, морально устарел. Но пользователи отмечают его удобство и простоту взаимодействия. Имеет смысл отметить средство просмотра технологии BLOB. Можно устанавливать разные фильтры и инструменты поиска, вывести статистические данные по каждой колонке в таблице. И это далеко не весь список удобных возможностей, которые есть у данного решения.

Paradox Data Editor

На базу данных можно установить пароль. Также можно экспортировать данные в форматы HTML, CSV, Excel, RTF, SYLK, запускать печать на принтере. Интерфейс на русском языке не поддерживается, но зато Paradox Data Editor можно установить бесплатно.

Это приложение создавалось не для администрирования баз данных, а для создания отчетности. После формирования отчета программа экспортирует их в специальный файл или выводит на печать. Reportizer свободно работает Oracle, Interbase, Access, Excel, SQL Server и HTML. При тестировании приложения на этих системах результаты были превосходными. Однако инструмент может работать и с другими форматами, однако нет гарантии стабильного результата.

TL;DR: Вводная статья с описанием разных вариантов хранения данных. Будут рассмотрены принципы, описаны преимущества и недостатки, а также предпочтительные варианты использования.

Зачем это все?

Хранение данных — одно из важнейших направлений развития компьютеров, возникшее после появления энергонезависимых запоминающих устройств. Системы хранения данных разных масштабов применяются повсеместно: в банках, магазинах, предприятиях. По мере роста требований к хранимым данным растет сложность хранилищ данных.

Надежно хранить данные в больших объемах, а также выдерживать отказы физических носителей — весьма интересная и сложная инженерная задача.

Хранение данных

Под хранением обычно понимают запись данных на некоторые накопители данных, с целью их (данных) дальнейшего использования. Опустим исторические варианты организации хранения, рассмотрим подробнее классификацию систем хранения по разным критериям. Я выбрал следующие критерии для классификации: по способу подключения, по типу используемых носителей, по форме хранения данных, по реализации.

По способу подключения есть следующие варианты:

Внутреннее. Сюда относятся классическое подключение дисков в компьютерах, накопители данных устанавливаются непосредственно в том же корпусе, где и будут использоваться. Типовые шины для подключения — SATA, SAS, из устаревших — IDE, SCSI.

подключение дисков в сервере

Внешнее. Подразумевается подключение накопителей с использованием некоторой внешней шины, например FC, SAS, IB, либо с использованием высокоскоростных сетевых карт.

дисковая полка, подключаемая по FC

По типу используемых накопителей возможно выделить:

Дисковые. Предельно простой и вероятно наиболее распространенный вариант до сих пор, в качестве накопителей используются жесткие диски
Ленточные. В качестве накопителей используются запоминающие устройства с носителем на магнитной ленте. Наиболее частое применение — организация резервного копирования.
Flash. В качестве накопителей применяются твердотельные диски, они же SSD. Наиболее перспективный и быстрый способ организации хранилищ, по емкости SSD уже фактически сравнялись с жесткими дисками (местами и более емкие). Однако по стоимости хранения они все еще дороже.
Гибридные. Совмещающие в одной системе как жесткие диски, так и SSD. Являются промежуточным вариантом, совмещающим достоинства и недостатки дисковых и flash хранилищ.

Если рассматривать форму хранения данных, то явно выделяются следующие:

Файлы (именованные области данных). Наиболее популярный тип хранения данных — структура подразумевает хранение данных, одинаковое для пользователя и для накопителя.
Блоки. Одинаковые по размеру области, при этом структура данных задается пользователем. Характерной особенностью является оптимизация скорости доступа за счет отсутствия слоя преобразования блоки-файлы, присутствующего в предыдущем способе.
Объекты. Данные хранятся в плоской файловой структуре в виде объектов с метаданными.

По реализации достаточно сложно провести четкие границы, однако можно отметить:

аппаратные, например RAID и HBA контроллеры, специализированные СХД.

RAID контроллер от компании Fujitsu

Программные. Например реализации RAID, включая файловые системы (например, BtrFS), специализированные сетевые файловые системы (NFS) и протоколы (iSCSI), а также SDS

пример организации LVM с шифрованием и избыточностью в виртуальной машине Linux в облаке Azure

Давайте рассмотрим более детально некоторые технологии, их достоинства и недостатки.

Direct Attached Storage — это исторически первый вариант подключения носителей, применяемый до сих пор. Накопитель, с точки зрения компьютера, в котором он установлен, используется монопольно, обращение с накопителем происходит поблочно, обеспечивая максимальную скорость обмена данными с накопителем с минимальными задержками. Также это наиболее дешевый вариант организации системы хранения данных, однако не лишенный своих недостатков. К примеру если нужно организовать хранение данных предприятия на нескольких серверах, то такой способ организации не позволяет совместное использование дисков разных серверов между собой, так что система хранения данных будет не оптимальной: некоторые сервера будут испытывать недостаток дискового пространства, другие же — не будут полностью его утилизировать:

Конфигурации систем с единственным накопителем применяются чаще всего для нетребовательных нагрузок, обычно для домашнего применения. Для профессиональных целей, а также промышленного применения чаще всего используется несколько накопителей, объединенных в RAID-массив программно, либо с помощью аппаратной карты RAID для достижения отказоустойчивости и\или более высокой скорости работы, чем единичный накопитель. Также есть возможность организации кэширования наиболее часто используемых данных на более быстром, но менее емком твердотельном накопителе для достижения и большой емкости и большой скорости работы дисковой подсистемы компьютера.

Storage area network, она же сеть хранения данных, является технологией организации системы хранения данных с использованием выделенной сети, позволяя таким образом подключать диски к серверам с использованием специализированного оборудования. Так решается вопрос с утилизацией дискового пространства серверами, а также устраняются точки отказа, неизбежно присутствующие в системах хранения данных на основе DAS. Сеть хранения данных чаще всего использует технологию Fibre Channel, однако явной привязки к технологии передачи данных — нет. Накопители используются в блочном режиме, для общения с накопителями используются протоколы SCSI и NVMe, инкапсулируемые в кадры FC, либо в стандартные пакеты TCP, например в случае использования SAN на основе iSCSI.

Давайте разберем более детально устройство SAN, для этого логически разделим ее на две важных части, сервера с HBA и дисковые полки, как оконечные устройства, а также коммутаторы (в больших системах — маршрутизаторы) и кабели, как средства построения сети. HBA — специализированный контроллер, размещаемый в сервере, подключаемом к SAN. Через этот контроллер сервер будет «видеть» диски, размещаемые в дисковых полках. Сервера и дисковые полки не обязательно должны размещаться рядом, хотя для достижения высокой производительности и малых задержек это рекомендуется. Сервера и полки подключаются к коммутатору, который организует общую среду передачи данных. Коммутаторы могут также соединяться с собой с помощью межкоммутаторных соединений, совокупность всех коммутаторов и их соединений называется фабрикой. Есть разные варианты реализации фабрики, я не буду тут останавливаться подробно. Для отказоустойчивости рекомендуется подключать минимум две фабрики к каждому HBA в сервере (иногда ставят несколько HBA) и к каждой дисковой полке, чтобы коммутаторы не стали точкой отказа SAN.

Недостатками такой системы являются большая стоимость и сложность, поскольку для обеспечения отказоустойчивости требуется обеспечить несколько путей доступа (multipath) серверов к дисковым полкам, а значит, как минимум, задублировать фабрики. Также в силу физических ограничений (скорость света в общем и емкость передачи данных в информационной матрице коммутаторов в частности) хоть и существует возможность неограниченного подключения устройств между собой, на практике чаще всего есть ограничения по числу соединений (в том числе и между коммутаторами), числу дисковых полок и тому подобное.

Network attached storage, или сетевое файловое хранилище, представляет дисковые ресурсы в виде файлов (или объектов) с использованием сетевых протоколов, например NFS, SMB и прочих. Принципиально базируется на DAS, но ключевым отличием является предоставление общего файлового доступа. Так как работа ведется по сети — сама система хранения может быть сколько угодно далеко от потребителей (в разумных пределах разумеется), но это же является и недостатком в случае организации на предприятиях или в датацентрах, поскольку для работы утилизируется полоса пропускания основной сети — что, однако, может быть нивелировано с использованием выделенных сетевых карт для доступа к NAS. Также по сравнению с SAN упрощается работа клиентов, поскольку сервер NAS берет на себя все вопросы по общему доступу и т.п.

Unified storage

Универсальные системы, позволяющие совмещать в себе как функции NAS так и SAN. Чаще всего по реализации это SAN, в которой есть возможность активировать файловый доступ к дисковому пространству. Для этого устанавливаются дополнительные сетевые карты (или используются уже существующие, если SAN построена на их основе), после чего создается файловая система на некотором блочном устройстве — и уже она раздается по сети клиентам через некоторый файловый протокол, например NFS.

Software-defined storage — программно определяемое хранилище данных, основанное на DAS, при котором дисковые подсистемы нескольких серверов логически объединяются между собой в кластер, который дает своим клиентам доступ к общему дисковому пространству.

Наиболее яркими представителями являются GlusterFS и Ceph, но также подобные вещи можно сделать и традиционными средствами (например на основе LVM2, программной реализации iSCSI и NFS).

N.B. редактора: У вас есть возможность изучить технологию сетевого хранилища Ceph, чтобы использовать в своих проектах для повышения отказоустойчивости, на нашем практическим курсе по Ceph. В начале курса вы получите системные знания по базовым понятиям и терминам, а по окончании научитесь полноценно устанавливать, настраивать и управлять Ceph. Детали и полная программа курса здесь.

Пример SDS на основе GlusterFS

Из преимуществ SDS — можно построить отказоустойчивую производительную реплицируемую систему хранения данных с использованием обычного, возможно даже устаревшего оборудования. Если убрать зависимость от основной сети, то есть добавить выделенные сетевые карты для работы SDS, то получается решение с преимуществами больших SAN\NAS, но без присущих им недостатков. Я считаю, что за подобными системами — будущее, особенно с учетом того, что быстрая сетевая инфраструктура более универсальная (ее можно использовать и для других целей), а также дешевеет гораздо быстрее, чем специализированное оборудование для построения SAN. Недостатком можно назвать увеличение сложности по сравнению с обычным NAS, а также излишней перегруженностью (нужно больше оборудования) в условиях малых систем хранения данных.

Гиперконвергентные системы

Подавляющее большинство систем хранения данных используется для организации дисков виртуальных машин, при использовании SAN неизбежно происходит удорожание инфраструктуры. Но если объединить дисковые системы серверов с помощью SDS, а процессорные ресурсы и оперативную память с помощью гипервизоров отдавать виртуальным машинам, использующим дисковые ресурсы этой SDS — получится неплохо сэкономить. Такой подход с тесной интеграцией хранилища совместно с другими ресурсами называется гиперконвергентностью. Ключевой особенностью тут является способность почти бесконечного роста при нехватке ресурсов, поскольку если не хватает ресурсов, достаточно добавить еще один сервер с дисками к общей системе, чтобы нарастить ее. На практике обычно есть ограничения, но в целом наращивать получается гораздо проще, чем чистую SAN. Недостатком является обычно достаточно высокая стоимость подобных решений, но в целом совокупная стоимость владения обычно снижается.

Облака и эфемерные хранилища

Логическим продолжением перехода на виртуализацию является запуск сервисов в облаках. В предельном случае сервисы разбиваются на функции, запускаемые по требованию (бессерверные вычисления, serverless). Важной особенностью тут является отсутствие состояния, то есть сервисы запускаются по требованию и потенциально могут быть запущены столько экземпляров приложения, сколько требуется для текущей нагрузки. Большинство поставщиков (GCP, Azure, Amazon и прочие) облачных решений предлагают также и доступ к хранилищам, включая файловые и блочные, а также объектные. Некоторые предлагают дополнительно облачные базы, так что приложение, рассчитанное на запуск в таком облаке, легко может работать с подобными системами хранения данных. Для того, чтобы все работало, достаточно оплатить вовремя эти услуги, для небольших приложений поставщики вообще предлагают бесплатное использование ресурсов в течение некоторого срока, либо вообще навсегда.

Из недостатков: могут заблокировать аккаунт, на котором все работает, что может привести к простоям в работе. Также могут быть проблемы со связностью и\или доступностью таких сервисов по сети, поскольку такие хранилища полностью зависят от корректной и правильной работы глобальной сети.

Заключение

Надеюсь, статья была полезной не только новичкам. Предлагаю обсудить в комментариях дополнительные возможности систем хранения данных, написать о своем опыте построения систем хранения данных.

Привет, Хабр! На тему архитектуры хранилищ данных написано немало, но так лаконично и емко как в статье, на которую я случайно натолкнулся, еще не встречал.

Предлагаю и вам познакомиться с данной статьей в моем переводе. Комментарии и дополнения только приветствуются!

Введение

Итак, архитектура хранилищ данных меняется. В этой статье рассмотрим сравнение традиционных корпоративных хранилищ данных и облачных решений с более низкой первоначальной стоимостью, улучшенной масштабируемостью и производительностью.

Хранилище данных – это система, в которой собраны данные из различных источников внутри компании и эти данные используются для поддержки принятия управленческих решений.

Компании все чаще переходят на облачные хранилища данных вместо традиционных локальных систем. Облачные хранилища данных имеют ряд отличий от традиционных хранилищ:

Нет необходимости покупать физическое оборудование;
Облачные хранилища данных быстрее и дешевле настроить и масштабировать;
Облачные хранилища данных обычно могут выполнять сложные аналитические запросы гораздо быстрее, потому что они используют массовую параллельную обработку.

Традиционная архитектура хранилища данных

Следующие концепции освещают некоторые из устоявшихся идей и принципов проектирования, используемых для создания традиционных хранилищ данных.

Трехуровневая архитектура

Довольно часто традиционная архитектура хранилища данных имеет трехуровневую структуру, состоящую из следующих уровней:

Нижний уровень: этот уровень содержит сервер базы данных, используемый для извлечения данных из множества различных источников, например, из транзакционных баз данных, используемых для интерфейсных приложений.
Средний уровень: средний уровень содержит сервер OLAP, который преобразует данные в структуру, лучше подходящую для анализа и сложных запросов. Сервер OLAP может работать двумя способами: либо в качестве расширенной системы управления реляционными базами данных, которая отображает операции над многомерными данными в стандартные реляционные операции (Relational OLAP), либо с использованием многомерной модели OLAP, которая непосредственно реализует многомерные данные и операции.
Верхний уровень: верхний уровень — это уровень клиента. Этот уровень содержит инструменты, используемые для высокоуровневого анализа данных, создания отчетов и анализа данных.

Kimball vs. Inmon

Два пионера хранилищ данных: Билл Инмон и Ральф Кимбалл предлагают разные подходы к проектированию.

Подход Ральфа Кимбалла основывается на важности витрин данных, которые являются хранилищами данных, принадлежащих конкретным направлениям бизнеса. Хранилище данных — это просто сочетание различных витрин данных, которые облегчают отчетность и анализ. Проект хранилища данных по принципу Кимбалла использует подход «снизу вверх».

Подход Билла Инмона основывается на том, что хранилище данных является централизованным хранилищем всех корпоративных данных. При таком подходе организация сначала создает нормализованную модель хранилища данных. Затем создаются витрины размерных данных на основе модели хранилища. Это известно как нисходящий подход к хранилищу данных.

Модели хранилищ данных

В традиционной архитектуре существует три общих модели хранилищ данных: виртуальное хранилище, витрина данных и корпоративное хранилище данных:

Виртуальное хранилище данных — это набор отдельных баз данных, которые можно использовать совместно, чтобы пользователь мог эффективно получать доступ ко всем данным, как если бы они хранились в одном хранилище данных;
Модель витрины данных используется для отчетности и анализа конкретных бизнес-линий. В этой модели хранилища – агрегированные данные из ряда исходных систем, относящихся к конкретной бизнес-сфере, такой как продажи или финансы;
Модель корпоративного хранилища данных предполагает хранение агрегированных данных, охватывающих всю организацию. Эта модель рассматривает хранилище данных как сердце информационной системы предприятия с интегрированными данными всех бизнес-единиц

Звезда vs. Снежинка

Схемы «звезда» и «снежинка» — это два способа структурировать хранилище данных.

Схема типа «звезда» имеет централизованное хранилище данных, которое хранится в таблице фактов. Схема разбивает таблицу фактов на ряд денормализованных таблиц измерений. Таблица фактов содержит агрегированные данные, которые будут использоваться для составления отчетов, а таблица измерений описывает хранимые данные.

Денормализованные проекты менее сложны, потому что данные сгруппированы. Таблица фактов использует только одну ссылку для присоединения к каждой таблице измерений. Более простая конструкция звездообразной схемы значительно упрощает написание сложных запросов.

Схема типа «снежинка» отличается тем, что использует нормализованные данные. Нормализация означает эффективную организацию данных так, чтобы все зависимости данных были определены, и каждая таблица содержала минимум избыточности. Таким образом, отдельные таблицы измерений разветвляются на отдельные таблицы измерений.

Схема «снежинки» использует меньше дискового пространства и лучше сохраняет целостность данных. Основным недостатком является сложность запросов, необходимых для доступа к данным — каждый запрос должен пройти несколько соединений таблиц, чтобы получить соответствующие данные.

ETL vs. ELT

ETL и ELT — два разных способа загрузки данных в хранилище.

ETL (Extract, Transform, Load) сначала извлекают данные из пула источников данных. Данные хранятся во временной промежуточной базе данных. Затем выполняются операции преобразования, чтобы структурировать и преобразовать данные в подходящую форму для целевой системы хранилища данных. Затем структурированные данные загружаются в хранилище и готовы к анализу.

В случае ELT (Extract, Load, Transform) данные сразу же загружаются после извлечения из исходных пулов данных. Промежуточная база данных отсутствует, что означает, что данные немедленно загружаются в единый централизованный репозиторий.
Данные преобразуются в системе хранилища данных для использования с инструментами бизнес-аналитики и аналитики.

Организационная зрелость

Структура хранилища данных организации также зависит от его текущей ситуации и потребностей.

Базовая структура позволяет конечным пользователям хранилища напрямую получать доступ к сводным данным, полученным из исходных систем, создавать отчеты и анализировать эти данные. Эта структура полезна для случаев, когда источники данных происходят из одних и тех же типов систем баз данных.

Хранилище с промежуточной областью является следующим логическим шагом в организации с разнородными источниками данных с множеством различных типов и форматов данных. Промежуточная область преобразует данные в обобщенный структурированный формат, который проще запрашивать с помощью инструментов анализа и отчетности.

Одной из разновидностей промежуточной структуры является добавление витрин данных в хранилище данных. В витринах данных хранятся сводные данные по конкретной сфере деятельности, что делает эти данные легко доступными для конкретных форм анализа.

Например, добавление витрин данных может позволить финансовому аналитику легче выполнять подробные запросы к данным о продажах, прогнозировать поведение клиентов. Витрины данных облегчают анализ, адаптируя данные специально для удовлетворения потребностей конечного пользователя.

Новые архитектуры хранилищ данных

В последние годы хранилища данных переходят в облако. Новые облачные хранилища данных не придерживаются традиционной архитектуры и каждое из них предлагает свою уникальную архитектуру.

В этом разделе кратко описываются архитектуры, используемые двумя наиболее популярными облачными хранилищами: Amazon Redshift и Google BigQuery.

Amazon Redshift

Amazon Redshift — это облачное представление традиционного хранилища данных.

Redshift требует, чтобы вычислительные ресурсы были подготовлены и настроены в виде кластеров, которые содержат набор из одного или нескольких узлов. Каждый узел имеет свой собственный процессор, память и оперативную память. Leader Node компилирует запросы и передает их вычислительным узлам, которые выполняют запросы.

На каждом узле данные хранятся в блоках, называемых срезами. Redshift использует колоночное хранение, то есть каждый блок данных содержит значения из одного столбца в нескольких строках, а не из одной строки со значениями из нескольких столбцов.

Redshift использует архитектуру MPP (Massively Parallel Processing), разбивая большие наборы данных на куски, которые назначаются слайсам в каждом узле. Запросы выполняются быстрее, потому что вычислительные узлы обрабатывают запросы в каждом слайсе одновременно. Узел Leader Node объединяет результаты и возвращает их клиентскому приложению.

Клиентские приложения, такие как BI и аналитические инструменты, могут напрямую подключаться к Redshift с использованием драйверов PostgreSQL JDBC и ODBC с открытым исходным кодом. Таким образом, аналитики могут выполнять свои задачи непосредственно на данных Redshift.

Redshift может загружать только структурированные данные. Можно загружать данные в Redshift с использованием предварительно интегрированных систем, включая Amazon S3 и DynamoDB, путем передачи данных с любого локального хоста с подключением SSH или путем интеграции других источников данных с помощью API Redshift.

Google BigQuery

Архитектура BigQuery не требует сервера, а это означает, что Google динамически управляет распределением ресурсов компьютера. Поэтому все решения по управлению ресурсами скрыты от пользователя.

BigQuery позволяет клиентам загружать данные из Google Cloud Storage и других читаемых источников данных. Альтернативным вариантом является потоковая передача данных, что позволяет разработчикам добавлять данные в хранилище данных в режиме реального времени, строка за строкой, когда они становятся доступными.

BigQuery использует механизм выполнения запросов под названием Dremel, который может сканировать миллиарды строк данных всего за несколько секунд. Dremel использует массивно параллельные запросы для сканирования данных в базовой системе управления файлами Colossus. Colossus распределяет файлы на куски по 64 мегабайта среди множества вычислительных ресурсов, называемых узлами, которые сгруппированы в кластеры.
Dremel использует колоночную структуру данных, аналогичную Redshift. Древовидная архитектура отправляет запросы тысячам машин за считанные секунды.

Для выполнения запросов к данным используются простые команды SQL.

Panoply

Panoply обеспечивает комплексное управление данными как услуга. Его уникальная самооптимизирующаяся архитектура использует машинное обучение и обработку естественного языка (NLP) для моделирования и рационализации передачи данных от источника к анализу, сокращая время от данных до значения как можно ближе к нулю.

Интеллектуальная инфраструктура данных Panoply включает в себя следующие функции:

Анализ запросов и данных — определение наилучшей конфигурации для каждого варианта использования, корректировка ее с течением времени и создание индексов, сортировочных ключей, дисковых ключей, типов данных, вакуумирование и разбиение.
Идентификация запросов, которые не следуют передовым методам — например, те, которые включают вложенные циклы или неявное приведение — и переписывает их в эквивалентный запрос, требующий доли времени выполнения или ресурсов.
Оптимизация конфигурации сервера с течением времени на основе шаблонов запросов и изучения того, какая настройка сервера работает лучше всего. Платформа плавно переключает типы серверов и измеряет итоговую производительность.

По ту сторону облачных хранилищ данных

Облачные хранилища данных — это большой шаг вперед по сравнению с традиционными подходами к архитектуре. Однако пользователи по-прежнему сталкиваются с рядом проблем при их настройке:

Автор статьи

Куприянов Денис Юрьевич

Юрист частного права

Страница автора

Читайте также: