Что такое объектное хранилище S3

Объём создаваемых и хранимых человеком данных постоянно увеличивается. Еще буквально несколько лет назад эксперты прогнозировали, что в 2025 году он превысит 400 зеттабайт — иначе говоря, 1 миллиард ГБ. Поэтому вопрос, где и как хранить все эти данные, что вполне логично, был и остаётся актуальным как для обычных пользователей, так и для бизнеса.

Существует несколько вариантов для организации хранения данных, и сегодня мы подробнее расскажем об одном из них — объектном хранилище S3. 

Объектное хранилище — это технология, которая предназначена для хранения больших объёмов данных. Сегодня S3 считается одним из наиболее популярных облачных хранилищ, подходящих для сервисов, резервных копий и масштабируемых задач.

В статье разберём, чем S3 отличается от других способов хранения, и приведём возможные сценарии использования.

Основные типы хранилищ: их плюсы и минусы

Всего существует три основных типа хранилищ: файловое, блочное и объектное. Рассмотрим их подробнее.

Файловое хранилище

Наиболее понятный пользователю тип хранилища. С ним мы знакомимся, как только начинаем использовать компьютер — в самых популярных операционных системах данные организованы в виде иерархии папок и файлов. Например, у вас есть папка «Документы», внутри которой находятся файлы «Реферат.docx» или «Фото.jpg». 

Доступом к данным управляют файловые системы, через пути к файлам, например, в ОС Windows это чаще всего NTFS, в Linux это ext4.

Преимущества файлового хранилища:

• Простота использования: пользователи легко ориентируются в иерархии папок.
• Поддержка множества приложений: большинство программ работают с файловыми системами.

Но недостатки тоже есть:

• Ограниченная масштабируемость: при увеличении объёма данных производительность может снижаться. Чем больше файлов в такой структуре, особенно если файлы маленького размера — тем больше времени требуется серверу для обработки.
• Сложно управлять большими объёмами данных, так как иерархия папок становится громоздкой.
• Есть ограничения на размер файла и длину имени. 

Длина имени в большинстве файловых хранилищ зависит от ограничений файловых систем (чаще всего это 255 символов). Файлы с длинными именами могут не загружаться или не синхронизироваться, их редактирование или перенос между системами может привести к проблемам и сбоям.

• Одновременный доступ к файловому хранилищу с тысяч компьютеров может вызвать нагрузку на сервер — процессор, память и сеть. Протоколы вроде HTTP и WebDAV не всегда справляются с таким уровнем параллельной работы, что приводит к задержкам и ошибкам.

Файловые хранилища хорошо подходят для работы с документами, синхронизации файлов между устройствами и хранения резервных копий. Они удобны там, где нужен привычный доступ к данным через папки и файлы. Однако при высоких нагрузках или больших объёмах данных могут уступать в производительности другим типам хранилищ.

Блочное хранилище

Блочное хранилище сохраняет данные в виде небольших блоков фиксированного размера — от 512 байт до нескольких мегабайт. 

Каждый блок имеет свой уникальный идентификатор и может находиться на разных физических узлах, например, устройствах. Когда приложению нужны данные, система собирает блоки в единый файл и передаёт его.

Для работы с блочным хранилищем нужны специальные инструменты — виртуализация хранения, RAID, SAN или облачные тома. Они обеспечивают отказоустойчивость, масштабируемость и управление томами. При этом само хранилище не умеет работать с файлами — это делает операционная система на стороне клиента.

Преимущества блочного хранилища:

• Данные сохраняются в «сыром» виде, без файловой системы — это повышает производительность.
• Быстрый доступ на уровне блоков с минимальными задержками — особенно важно для баз данных и виртуальных машин.
• Можно расширять хранилище без остановки сервисов, например при увеличении диска на VDS-тарифах.
• Отлично работает с VMware, Hyper-V, OpenStack и другими облачными платформами.

Недостатки: 

• Требует настройки на низком уровне, поэтому нужны опытные специалисты.
• Потребность в специалистах увеличивает затраты на создание и обслуживание блочного хранилища.
• По сравнению с файловыми или объектными хранилищами, блочное не поддерживает метаданные, версионность, веб-доступ и быстрый поиск по файлам.

Блочное хранилище лучше всего подходит для задач, где важны высокая производительность, низкая задержка и точный контроль над данными, — например, для баз данных, виртуальных машин, систем резервного копирования и высоконагруженных приложений.

Объектное хранилище

Объектное хранилище хранит данные в виде независимых объектов. Каждый объект содержит:

• привычные данные (файл, изображение, видео и т. д.),
• метаданные (информация о данных, например, дата создания, автор, тип файла),
• уникальный идентификатор (ID), который используется для доступа к объекту.

Объекты хранятся отдельно и независимо от других. В качестве объекта могут выступать данные абсолютно любого формата. Например, фото, видео, текстовые или любые другие файлы и даже образы операционных систем.

Объектное хранилище не использует иерархическую структуру, как файловые системы. Вместо этого оно предоставляет единое пространство для хранения объектов, что упрощает управление большими объёмами данных. За счёт отсутствия такой вложенности его называют «плоским».

S3 относится именно к этому типу хранилищ. 

S3 (Simple Storage Service) — это объектное облачное хранилище, разработанное Amazon Web Services (AWS) в 2006 году. Оно стало стандартом в индустрии за счет надёжности и масштабируемости. Хранилище работает по  одноименному протоколу S3, основанному на HTTP(S), и позволяет хранить практически неограниченное количество данных с доступом по уникальной URL-ссылке. Объектами можно управлять через веб-интерфейс или API. 

Принцип работы S3-хранилища

S3-хранилище работает по простой модели. 

Сначала создаётся бакет — это «контейнер» для хранения файлов (объектов), каждый с уникальным именем. В бакеты можно загружать файлы любого типа и управлять доступом с помощью гибких настроек прав. 

Загруженные объекты получают уникальный идентификатор и доступны через API или веб-интерфейс. За хранением данных стоит кластер серверов с S3-совместимым ПО (например, MinIO или Ceph), которое обеспечивает отказоустойчивость, репликацию и доступность. 

Пользователь взаимодействует с данными через понятный интерфейс, а все технические детали скрыты. Благодаря популярному S3-протоколу хранилище легко интегрируется с другими сервисами.

Преимущества объектного хранилища S3

• Масштабируемость. Объектное хранилище легко увеличивает объём — достаточно просто добавлять новые объекты. Его «плоская» структура без папок и вложенности позволяет эффективно хранить миллионы или миллиарды файлов без потери производительности. Это возможно благодаря «плоской» структуре — здесь нет иерархии папок, как в файловых системах, и каждый объект адресуется напрямую по ключу (например, к конкретной картинке можно будет обратиться по ссылке подобного вида https://s3.firstvds.ru/user/object.jpeg). Ограничения по размеру и количеству бакетов зависят от провайдера.
• Надёжность. Данные хранятся с избыточностью: каждый объект сохраняется в нескольких копиях на разных серверах. При повреждении одной из копий система автоматически восстанавливает её. Контрольные суммы защищают целостность данных.
• Гибкость. Хранилище можно использовать как основное или вспомогательное — например, для резервных копий. Поддерживается версионность (по желанию) и репликация между регионами, что повышает отказоустойчивость.
• Экономичность. Оплата обычно идёт только за использованные ресурсы. Это дешевле покупки и обслуживания собственных серверов.

Недостатки объектного хранилища

• Более высокие задержки. В отличие от блочного или файлового хранилища, объектное не обеспечивает мгновенный доступ — каждый запрос выполняется через API, что занимает больше времени.
• Ограниченные сценарии использования. S3 не подходит для задач и приложений с частыми изменениями данных и строгими требованиями к консистентности на уровне файлов, например, для SQL-баз. Оно лучше справляется с объёмными файлами — при большом числе мелких объектов и частых запросах производительность может снижаться, а расходы — расти.

Примеры использования S3

Резервное копирование и восстановление. Объектное хранилище часто используют для создания бэкапов виртуальных машин, баз данных и другой важной информации, а также для восстановления инфраструктуры в случае сбоя.

Хранение статического контента. S3 отлично подходит для хранения файлов и сайтов. Например, изображения можно быстро передавать пользователям через API, отбирая нужные по метаданным — по дате, категории и т. д.

Big Data. Объектное хранилище удобно для распределённой обработки данных: кластеры систем выгружают данные в S3 и обмениваются ссылками для дальнейшей обработки.

Долговременное хранение архивов. Стоимость услуги позволяет использовать S3 как долговременное хранилище — это обойдётся дешевле, чем арендовать сервер с аналогичным объёмом данных, но другой организацией доступа к ним.

Итак, подводим итоги

Существует три основных типа хранилищ данных: файловое, блочное и объектное.

Файловое удобно и привычно, но слабо масштабируется. Блочное обеспечивает высокую производительность и минимальные задержки, однако требует сложной настройки. Объектное хранилище — современный и гибкий формат, который легко масштабируется и отлично подходит для хранения больших объёмов данных.

S3 — один из самых популярных примеров объектного хранения. Оно отличается надёжностью, доступом через API и возможностью лёгкой интеграции с другими сервисами. S3 подходит для хранения резервных копий, статического контента, анализа больших данных и долгосрочных архивов. Однако и у него есть минусы, например, более высокие задержки или отсутствие поддержки частых изменений данных.

Именно поэтому выбирать хранилище следует в зависимости от задач, требований к скорости, структуре хранения и частоте обращения к данным.