關(guān)于存儲(chǔ)技術(shù)的最強(qiáng)入門科普
時(shí)間：2020-07-30 15:01:25
手機(jī)看文章
掃描二維碼
隨時(shí)隨地手機(jī)看文章
[導(dǎo)讀]說到“存儲(chǔ)”，大家會(huì)想到什么？ 是這個(gè)？ 還是這個(gè)？ 又或者是這個(gè)？ 哈哈，沒錯(cuò)，我們現(xiàn)在處于信息時(shí)代，每天都在和電腦、手機(jī)打交道。我們的工作和生活，已經(jīng)完全離不開視頻、音樂、圖片、文本、表格這樣的數(shù)據(jù)文件。 而所有這些數(shù)據(jù)文件，都需要通過電子
說到“存儲(chǔ)”，大家會(huì)想到什么？
是這個(gè)？
還是這個(gè)？
又或者是這個(gè)？
哈哈，沒錯(cuò)，我們現(xiàn)在處于信息時(shí)代，每天都在和電腦、手機(jī)打交道。我們的工作和生活，已經(jīng)完全離不開視頻、音樂、圖片、文本、表格這樣的數(shù)據(jù)文件。
而所有這些數(shù)據(jù)文件，都需要通過電子設(shè)備進(jìn)行保存，這就是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，簡稱存儲(chǔ)。
▉ 存儲(chǔ)的基本載體——硬盤
對(duì)于普通用戶來說，最常見的存儲(chǔ)設(shè)備，就是硬盤。
我們知道，計(jì)算機(jī)的三大核心硬件，分別是CPU（中央處理器）、內(nèi)存（Memory）和硬盤（Hard Disk）。CPU負(fù)責(zé)運(yùn)算，硬盤負(fù)責(zé)存儲(chǔ)。而內(nèi)存，是CPU和硬盤之間的橋梁。用于暫時(shí)存放CPU中的運(yùn)算數(shù)據(jù)。
絕大部分的臺(tái)式機(jī)、服務(wù)器、手機(jī)，都是內(nèi)置存儲(chǔ)系統(tǒng)。也就是說，它們的硬盤安裝在設(shè)備內(nèi)部。
以普通臺(tái)式機(jī)為例，硬盤通過專用接口和數(shù)據(jù)線，連接在主板上，實(shí)現(xiàn)和CPU、內(nèi)存的數(shù)據(jù)連接。
臺(tái)式機(jī)上安裝好的硬盤 常用的硬盤專用接口如下：
手機(jī)等數(shù)碼設(shè)備的“硬盤”，則是做成了很小的存儲(chǔ)芯片，直接焊在主板上。
常見的手機(jī)存儲(chǔ)芯片：eMMC、UFS（更快） 我們?cè)賮砗唵慰纯?strong>硬盤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
目前主流的硬盤類型有兩種，分別是傳統(tǒng)機(jī)械硬盤和SSD固態(tài)硬盤。小棗君以大家比較熟悉的機(jī)械硬盤為例進(jìn)行介紹。
硬盤之所以叫硬盤，是因?yàn)樗暮诵牟糠质且粔K或多塊由堅(jiān)硬金屬材料制成的盤片。盤片上面涂抹了磁性介質(zhì)，兩面都可以記錄信息。在盤面上讀/寫數(shù)據(jù)的，是磁頭。
下圖顯示的是一個(gè)盤面：
盤面中一圈圈灰色同心圓為一條條磁道。從圓心向外畫直線，可以將磁道劃分為若干個(gè)弧段，每個(gè)弧段被稱之為一個(gè)扇區(qū)（Sector，圖中綠色部分）。
扇區(qū)是磁盤的最小組成單元。大家應(yīng)該看出來了，越靠圓心，扇區(qū)越短。那么，是不是越往外，扇區(qū)越長，存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)越多呢？
不一定。
老式的硬盤，不管靠內(nèi)還是靠外，每個(gè)扇區(qū)的大小是一樣的，都是512字節(jié)。這種硬盤用柱面-磁頭-扇區(qū)號(hào)（CHS，Cylinder-Head-Sector）組成的編號(hào)進(jìn)行尋址。
而現(xiàn)在主流的硬盤，扇區(qū)密度是一致的，也就是說，越靠外側(cè)，扇區(qū)數(shù)越多。每個(gè)扇區(qū)的大小是4K字節(jié)，用一個(gè)邏輯塊編號(hào)尋址（LBA，Logical Block Addressing）。
以扇區(qū)為基礎(chǔ)，一個(gè)或多個(gè)連續(xù)的扇區(qū)組成一個(gè)塊，叫做物理塊。所以，硬盤往往又叫塊設(shè)備（Block Device）。
▉ 什么是邏輯卷？什么是文件系統(tǒng)？
為了方便管理，我們可以將硬盤這樣的物理塊設(shè)備，分割成多個(gè)邏輯塊設(shè)備?；蛘撸覀円部梢詫⒍鄠€(gè)物理塊設(shè)備，組合成一個(gè)容量更大的邏輯塊設(shè)備。
底層的相關(guān)技術(shù)和工具，包括RAID（大家可能比較熟悉）、JBOD、卷管理系統(tǒng)（Volume Manager）。
Windows的卷管理系統(tǒng)，就是它自帶的磁盤管理工具。而Linux的，是大名鼎鼎的LVM（Logical Volume Manager，邏輯卷管理）。
我們先說說Windows的。
在Windows中，磁盤分為基本磁盤和動(dòng)態(tài)磁盤。默認(rèn)情況下，用戶用的都是基本磁盤。
一個(gè)基本磁盤可以劃分為多個(gè)分區(qū)，分區(qū)類別包括主分區(qū)、擴(kuò)展分區(qū)和邏輯分區(qū)。
硬盤分區(qū) 主分區(qū)是硬盤的啟動(dòng)分區(qū)，我們常說的“C盤”就是硬盤上的主分區(qū)。MBR分區(qū)表可以劃分出4個(gè)主分區(qū)。如果使用GPT分區(qū)，可以管理128個(gè)主分區(qū)。
除去主分區(qū)以外，硬盤剩下的容量就被認(rèn)定為擴(kuò)展分區(qū)。擴(kuò)展分區(qū)不能直接使用。擴(kuò)展分區(qū)可以分成一個(gè)或若干個(gè)邏輯分區(qū)，也就是我們的“D盤”、“E盤”等。
動(dòng)態(tài)磁盤是基本磁盤的升級(jí)模式。在動(dòng)態(tài)磁盤中，分區(qū)叫做卷。卷的出現(xiàn)，就是為了便于對(duì)多硬盤進(jìn)行管理。
簡單來說，動(dòng)態(tài)磁盤可以將不同硬盤分到一個(gè)卷。假如你手中有160G和250G硬盤各一塊，如果想劃分90G和320G的分區(qū)，就可以借助動(dòng)態(tài)磁盤來完成。
動(dòng)態(tài)磁盤里面的卷，又分為簡單卷、跨區(qū)卷、帶區(qū)卷、鏡像卷、RAID-5卷。限于篇幅，就不做具體介紹了?；敬疟P里的分區(qū)，現(xiàn)在也被微軟改叫為卷。
再來看看Linux的LVM工具。
其實(shí)LVM和動(dòng)態(tài)磁盤的思路差不多的，也是把物理空間變成邏輯空間。
首先，物理存儲(chǔ)介質(zhì)進(jìn)行初始化，變成物理卷（PV，physical volume）。
然后，一個(gè)或多個(gè)物理卷組成一個(gè)卷組（VG，Volume Group）。
創(chuàng)建卷組之后，再創(chuàng)建邏輯卷（LV，logical volume）。
整個(gè)過程，如下圖所示：
LVM主要元素的構(gòu)成 好了，不管是Windows還是Linux，邏輯卷都有了，是不是可以直接使用它們啦？
不行，還差一步。那就是文件系統(tǒng)（File System）。
文件系統(tǒng)就像倉庫管理員。作為用戶， 你不需要知道倉庫里面到底是什么樣子， 只需 要把貨物交給他， 他會(huì)以一個(gè)樹形結(jié)構(gòu)目錄，登記這些貨物。你來取的時(shí)候，只需要告訴他路徑，他就會(huì)把貨物交給你。
文件夾結(jié)構(gòu) 文件系統(tǒng)有很多種類型，常見的有Windows的FAT/FAT32/NTFS（大家應(yīng)該很熟悉），還有就是Linux的EXT2/EXT3/EXT4/XFS/BtrFS等。
Windows系統(tǒng)下，通過對(duì)分區(qū)（卷）進(jìn)行文件系統(tǒng)格式化，再分配一個(gè)盤符， 我們就可以在“我的電腦”里看到可用的磁盤。Linux系統(tǒng)下，我們需要對(duì)邏輯卷進(jìn)行文件系統(tǒng)格式化，然后執(zhí)行掛載操作，也就能對(duì)存儲(chǔ)空間進(jìn)行使用了。
▉ 什么是DAS/NAS/SAN
除了內(nèi)置存儲(chǔ)之外，隨著存儲(chǔ)容量需求的不斷增加，加上維護(hù)便利性的需要，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)開始引入了外掛存儲(chǔ)。也就是說，硬盤從計(jì)算機(jī)的內(nèi)部，跑到了計(jì)算機(jī)的外部。
外掛存儲(chǔ)分為兩種，一種是直連式存儲(chǔ)（DAS，Direct Attached Storage），還有一種是網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)（FAS，F(xiàn)abric Attached Storage）。
DAS直連式存儲(chǔ)，一般是使用專用線纜（例如SCSI），與存儲(chǔ)設(shè)備（例如磁盤陣列）進(jìn)行直連。
雖然數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備看似在外部，但直接掛接在服務(wù)器內(nèi)部總線上，是整個(gè)服務(wù)器結(jié)構(gòu)的一部分。
DAS的缺點(diǎn)是存儲(chǔ)設(shè)備只能連接到一臺(tái)主機(jī)使用，無法共享，成本較高，且安全性可靠性較低。
FAS網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)，是一種多點(diǎn)連接式的存儲(chǔ)。它又分為NAS（Network-attached Storage，網(wǎng)絡(luò)接入存儲(chǔ)）和SAN（Storage Area Network，存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)）。
這些概念的名字非常像，大家千萬別暈。
NAS與DAS相比，最大的特點(diǎn)是非直連。它可以通過IP網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)多臺(tái)主機(jī)與存儲(chǔ)設(shè)備之間的連接。
NAS大大提高了存儲(chǔ)的安全性、共享性和成本。但是I/O（輸入輸出）漸漸成為性能瓶頸。隨著應(yīng)用服務(wù)器的不斷增加，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)效率會(huì)急劇下降。為了解決這個(gè)問題，出現(xiàn)了SAN存儲(chǔ)方案。
SAN是在NAS基礎(chǔ)上做的演進(jìn)。它通過專用光纖通道交換機(jī)訪問數(shù)據(jù)，采用ISCSI、FC協(xié)議。
SAN和NAS的關(guān)鍵區(qū)別，就在于文件系統(tǒng)的位置。畫個(gè)圖就明白了：
可以看出，如果說SAN是一塊網(wǎng)絡(luò)硬盤的話，NAS基本上已經(jīng)像一臺(tái)獨(dú)立的服務(wù)器了。NAS擁有文件系統(tǒng)，用戶可以通過TCP/IP協(xié)議直接訪問上面的數(shù)據(jù)。
現(xiàn)在很多家庭都開始使用小型NAS設(shè)備，相當(dāng)于一個(gè)小型服務(wù)器。 在NAS的模式下，不同的客戶端可以使用 網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)（Network File System） 訪問NAS上的文件。常見的網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)有Windows網(wǎng)絡(luò)的CIFS（也叫SMB）、類Unix系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的NFS等。
FTP、HTTP其實(shí)也算是文件存儲(chǔ)的某種特殊實(shí)現(xiàn)，它們通過某個(gè)URL地址來訪問一個(gè)文件。
▉ 未完待續(xù)……
隨著互聯(lián)網(wǎng)的持續(xù)發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)量在不斷激增，這給存儲(chǔ)系統(tǒng)帶來了巨大的壓力和挑戰(zhàn)。
云計(jì)算的興起，會(huì)給我們?nèi)碌慕鉀Q方案嗎？
請(qǐng)看下期——《對(duì)象存儲(chǔ)的深度揭秘》
免責(zé)聲明：本文內(nèi)容由21ic獲得授權(quán)后發(fā)布，版權(quán)歸原作者所有，本平臺(tái)僅提供信息存儲(chǔ)服務(wù)。文章僅代表作者個(gè)人觀點(diǎn)，不代表本平臺(tái)立場(chǎng)，如有問題，請(qǐng)聯(lián)系我們，謝謝！
下載文檔
