前言

分布式存儲(chǔ)存在的風(fēng)險(xiǎn)，其實(shí)就是因?yàn)?ldquo;共享”、“大數(shù)據(jù)量”、“高性能”和X86服務(wù)器+廉價(jià)的磁盤為載體之間的矛盾所產(chǎn)生的，不是有些讀者說(shuō)的“數(shù)據(jù)架構(gòu)”的問(wèn)題。其實(shí)任何存儲(chǔ)都存在這個(gè)問(wèn)題，只是分布式存儲(chǔ)更嚴(yán)重。

本文其實(shí)是從主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)、磁盤的吞吐角度分析存在的風(fēng)險(xiǎn)，所以和用那個(gè)廠家的存儲(chǔ)無(wú)關(guān)。

還有人說(shuō)你是危言聳聽，如果按照你說(shuō)的，這么多人用了分布式存儲(chǔ)有這樣的地雷豈不是要炸飛?軟件定義的東西其實(shí)有很多BUG，重要的是能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，事先做好彌補(bǔ)或方案。

還有人說(shuō)，分布式存儲(chǔ)用到現(xiàn)在也不超過(guò)2年，發(fā)生你說(shuō)的問(wèn)題還早。但是我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題了，不能擱置不管。釣魚島問(wèn)題擱置了，現(xiàn)在還不是造成麻煩了嗎?

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拋磚引玉

存儲(chǔ)最重要的指標(biāo)是什么?

很多人包括存儲(chǔ)專家都會(huì)認(rèn)為是存儲(chǔ)的性能指標(biāo)，比如IOPS和吞吐量。但是我認(rèn)為存儲(chǔ)最重要的是數(shù)據(jù)的安全性。

一個(gè)跑的飛快的存儲(chǔ)，突然數(shù)據(jù)丟失了，后果會(huì)怎么樣?數(shù)據(jù)的丟失，對(duì)于任何系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，都是滅頂之災(zāi)。

所以，不管什么樣的存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)的安全可靠都是第一位的。

原來(lái)傳統(tǒng)的存儲(chǔ)使用了專用硬件，從可靠性上有比較高的保證，所以大家首先會(huì)關(guān)注性能指標(biāo)。但是用X86為基礎(chǔ)的SRVSAN的可靠性就不容樂(lè)觀。

為什么說(shuō)傳統(tǒng)存儲(chǔ)這個(gè)問(wèn)題不是太突出呢?

除了專用設(shè)備外，還有應(yīng)用場(chǎng)景和數(shù)據(jù)量不同等原因。在傳統(tǒng)行業(yè)如電信、銀行原來(lái)的系統(tǒng)建設(shè)是煙囪模式。不但網(wǎng)絡(luò)是獨(dú)立一套，存儲(chǔ)也是。

往往是數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)和日志記錄，用2臺(tái)服務(wù)器和8個(gè)端口的小光交相連，小光交下只掛一個(gè)存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)量也沒(méi)有這樣大，存儲(chǔ)的容量也在5T以下。這樣存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)遷移是很容易和快速的，方法也很多。

由于是專用存儲(chǔ)，所以完全可以采用“非在線”的手段，數(shù)據(jù)量也不大，可以在夜深人靜的時(shí)候停機(jī)完成。

進(jìn)入云計(jì)算時(shí)代，存儲(chǔ)是共享的，數(shù)據(jù)是應(yīng)用可靠，提供者不可控，數(shù)據(jù)量海量增加……傳統(tǒng)的方法失靈了。(可見顧炯的云世界的“資源池內(nèi)存儲(chǔ)特點(diǎn)”的文章)

我們?cè)?014年下半年，開始搭建以X86為載體的分布式塊存儲(chǔ)，經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的測(cè)試，在同年底投入商用，是業(yè)界首個(gè)商用的軟件定義的分布式存儲(chǔ)，當(dāng)時(shí)各種媒體都爭(zhēng)相報(bào)道。

到現(xiàn)在為止已經(jīng)商用了近2年，存儲(chǔ)運(yùn)行穩(wěn)定，表現(xiàn)優(yōu)良。并從原來(lái)2P裸容量擴(kuò)容到4.5P。

但是近段時(shí)間我卻越來(lái)越擔(dān)心，因?yàn)镾RVSAN與生俱來(lái)的數(shù)據(jù)安全隱患，一直被人忽視了，而且主流廠家也沒(méi)有意識(shí)到這個(gè)問(wèn)題。如果這個(gè)隱患在若干年以后爆發(fā)，會(huì)發(fā)生重大性系統(tǒng)故障。

其實(shí)我在寫這篇文章前2個(gè)月，我已經(jīng)將這個(gè)擔(dān)憂和想法告訴了現(xiàn)有分布式塊存儲(chǔ)的產(chǎn)品線總經(jīng)理，得到他的重視，已經(jīng)在彌補(bǔ)了。很多軟件定義的東西，就怕想不到，突然發(fā)生了，想到了就會(huì)有相應(yīng)的解決方案。

存儲(chǔ)這個(gè)東西，大部分讀者并不是太了解，從比較基礎(chǔ)知識(shí)開始寫，并引出問(wèn)題和大家一起討論解決的辦法。盤算了一下大致分為七個(gè)部分，由于篇幅限制，在本篇將先介紹前三部分：

• 一、存儲(chǔ)類型
• 二、文件系統(tǒng)
• 三、存儲(chǔ)介質(zhì)
• 四、Raid和副本
• 五、SRVSAN的架構(gòu)
• 六、SRVSAN的安全隱患
• 七、解決的方法

一、存儲(chǔ)類型

一般情況下，我們將存儲(chǔ)分成了4種類型，基于本機(jī)的DAS和網(wǎng)絡(luò)的NAS存儲(chǔ)、SAN存儲(chǔ)、對(duì)象存儲(chǔ)。對(duì)象存儲(chǔ)是SAN存儲(chǔ)和NAS存儲(chǔ)結(jié)合后的產(chǎn)物，汲取了SAN存儲(chǔ)和NAS存儲(chǔ)的優(yōu)點(diǎn)。

圖1

我們來(lái)了解一下應(yīng)用是怎么樣獲取它想要的存在存儲(chǔ)里的某個(gè)文件信息，并用大家熟悉的Windows來(lái)舉例，如圖1。

1、應(yīng)用會(huì)發(fā)出一個(gè)指令“讀取本目錄下的readme.txt 文件的前1K數(shù)據(jù)”。

2、通過(guò)內(nèi)存通信到目錄層，將相對(duì)目錄轉(zhuǎn)換為實(shí)際目錄，“讀取C:\ test\readme.txt文件前1K數(shù)據(jù)”

3、通過(guò)文件系統(tǒng)，比如FAT32，通過(guò)查詢文件分配表和目錄項(xiàng)，獲取文件存儲(chǔ)的LBA地址位置、權(quán)限等信息。

文件系統(tǒng)先查詢緩存中有沒(méi)有數(shù)據(jù)，如果有直接返回?cái)?shù)據(jù);沒(méi)有，文件系統(tǒng)通過(guò)內(nèi)存通信傳遞到下一環(huán)節(jié)命令“讀取起始位置LBA1000,長(zhǎng)度1024的信息”。

4、卷(LUN)管理層將LBA地址翻譯成為存儲(chǔ)的物理地址，并封裝協(xié)議，如SCSI協(xié)議，傳遞給下一環(huán)節(jié)。

5、磁盤控制器根據(jù)命令從磁盤中獲取相應(yīng)的信息。

如果磁盤扇區(qū)大小是4K,實(shí)際一次I/O讀取的數(shù)據(jù)是4K，磁頭讀取的4K數(shù)據(jù)到達(dá)服務(wù)器上的內(nèi)容后，有文件系統(tǒng)截取前1K的數(shù)據(jù)傳遞給應(yīng)用，如果下次應(yīng)用再發(fā)起同樣的請(qǐng)求，文件系統(tǒng)就可以從服務(wù)器的內(nèi)存中直接讀取。

不管是DAS、NAS還是SAN，數(shù)據(jù)訪問(wèn)的流程都是差不多的。DAS將計(jì)算、存儲(chǔ)能力一把抓，封裝在一個(gè)服務(wù)器里。大家日常用的電腦，就是一個(gè)DAS系統(tǒng)，如圖1。

圖2

如果將計(jì)算和存儲(chǔ)分離了，存儲(chǔ)成為一個(gè)獨(dú)立的設(shè)備，并且存儲(chǔ)有自己的文件系統(tǒng)，可以自己管理數(shù)據(jù)，就是NAS，如圖2。

計(jì)算和存儲(chǔ)間一般采用以太網(wǎng)絡(luò)連接，走的是CIFS或NFS協(xié)議。服務(wù)器們可以共享一個(gè)文件系統(tǒng)，也就是說(shuō)，不管服務(wù)器講的是上海話還是杭州話，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)到達(dá)NAS的文件系統(tǒng)，都被翻譯成為普通話。

所以NAS存儲(chǔ)可以被不同的主機(jī)共享。服務(wù)器只要提需求，不需要進(jìn)行大量的計(jì)算，將很多工作交給了存儲(chǔ)完成，省下的CPU資源可以干更多服務(wù)器想干的事情，即計(jì)算密集型適合使用NAS。

圖3

計(jì)算和存儲(chǔ)分離了，存儲(chǔ)成為一個(gè)獨(dú)立的設(shè)備，存儲(chǔ)只是接受命令不再做復(fù)雜的計(jì)算，只干讀取或者寫入文件2件事情，叫SAN，如圖3。

因?yàn)椴粠募到y(tǒng)，所以也叫“裸存儲(chǔ)”，有些應(yīng)用就需要裸設(shè)備，如數(shù)據(jù)庫(kù)。存儲(chǔ)只接受簡(jiǎn)單明了的命令，其他復(fù)雜的事情，有服務(wù)器端干了。再配合FC網(wǎng)絡(luò)，這種存儲(chǔ)數(shù)據(jù)讀取/寫入的速度很高。

但是每個(gè)服務(wù)器都有自己的文件系統(tǒng)進(jìn)行管理，對(duì)于存儲(chǔ)來(lái)說(shuō)是不挑食的只要來(lái)數(shù)據(jù)我就存，不需要知道來(lái)的是什么，不管是英語(yǔ)還是法語(yǔ)，都忠實(shí)記錄下來(lái)的。

但是只有懂英語(yǔ)的才能看懂英語(yǔ)的數(shù)據(jù)，懂法語(yǔ)的看懂法語(yǔ)的數(shù)據(jù)。所以，一般服務(wù)器和SAN存儲(chǔ)區(qū)域是一夫一妻制的，SAN的共享性不好。當(dāng)然，有些裝了集群文件系統(tǒng)的主機(jī)是可以共享同一個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域的。

從上面分析，我們知道，決定存儲(chǔ)的快慢是由網(wǎng)絡(luò)和命令的復(fù)雜程度決定的。

內(nèi)存通信速度>總線通信>網(wǎng)絡(luò)通信

網(wǎng)絡(luò)通信中還有FC網(wǎng)絡(luò)和以太網(wǎng)絡(luò)。FC網(wǎng)絡(luò)目前可以實(shí)現(xiàn)8Gb/s，但以太網(wǎng)絡(luò)通過(guò)光纖介質(zhì)已經(jīng)普及10Gb/s，40Gb/s的網(wǎng)卡也在使用了。也就是說(shuō)傳統(tǒng)以太網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)不是存儲(chǔ)的瓶頸了。除了FCSAN，IPSAN也是SAN存儲(chǔ)的重要成員。

對(duì)存儲(chǔ)的操作，除了熟悉的讀/寫以外，其實(shí)還有創(chuàng)建、打開、獲取屬性、設(shè)置屬性、查找等等。

對(duì)于有大腦的SAN存儲(chǔ)來(lái)說(shuō)，除了讀/寫以外的命令，都可以在本地內(nèi)存中完成，速度極快。

而NAS存儲(chǔ)缺乏大腦，每次向存儲(chǔ)傳遞命令，都需要IP封裝并通過(guò)以太網(wǎng)絡(luò)傳遞到NAS服務(wù)器上，這個(gè)速度就遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于內(nèi)存通信了。

• DAS特點(diǎn)是速度最快，但只能自己用;
• NAS的特點(diǎn)速度慢點(diǎn)但共享性好;
• SAN的特點(diǎn)是速度快，但共享性差。

總體上來(lái)講，對(duì)象存儲(chǔ)同兼具SAN高速直接訪問(wèn)磁盤特點(diǎn)及NAS的分布式共享特點(diǎn)。

NAS存儲(chǔ)的基本單位是文件，SAN存儲(chǔ)的基本單位是數(shù)據(jù)塊，而對(duì)象存儲(chǔ)的基本單位是對(duì)象，對(duì)象可以認(rèn)為是文件的數(shù)據(jù)+一組屬性信息的組合，這些屬性信息可以定義基于文件的RAID參數(shù)、數(shù)據(jù)分布和服務(wù)質(zhì)量等。

采取的是“控制信息”和“數(shù)據(jù)存儲(chǔ)”分離的模式，客戶端用對(duì)象ID+偏移量作為讀寫的依據(jù)，客戶端先從“控制信息”獲取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的真實(shí)地址，再直接從“數(shù)據(jù)存儲(chǔ)”中訪問(wèn)。

對(duì)象存儲(chǔ)大量使用在互聯(lián)網(wǎng)上，大家使用的網(wǎng)盤就是典型的對(duì)象存儲(chǔ)。對(duì)象存儲(chǔ)有很好的擴(kuò)展性，可以線性擴(kuò)容。并可以通過(guò)接口封裝，還可以提供NAS存儲(chǔ)服務(wù)和SAN存儲(chǔ)服務(wù)。

VMware的vSAN本質(zhì)就是一個(gè)對(duì)象存儲(chǔ)。分布式對(duì)象存儲(chǔ)就是SRVSAN的一種，也存在安全隱患。因?yàn)檫@個(gè)隱患是X86服務(wù)器帶來(lái)的。

二、文件系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)的文件系統(tǒng)是管理文件的“賬房先生”。

• 首先他要管理倉(cāng)庫(kù)，要知道各種貨物都放在哪里;
• 然后要控制貨物的進(jìn)出，并要確保貨物的安全。

如果沒(méi)有這個(gè)“賬房先生”，讓每個(gè)“伙計(jì)”自由的出入倉(cāng)庫(kù)，就會(huì)導(dǎo)致倉(cāng)庫(kù)雜亂無(wú)章、貨物遺失。

就像那年輕紡城機(jī)房剛啟用的時(shí)候，大家的貨物都堆在機(jī)房里，沒(méi)有人統(tǒng)一管理，設(shè)備需要上架的時(shí)候，到一大堆貨物中自行尋找，安裝后的垃圾也沒(méi)有人打掃，最后連堆積的地方都找不到，有時(shí)自己的貨物找不到了，找到別人的就使用了……。

大家都怨聲載道，后來(lái)建立了一個(gè)倉(cāng)庫(kù)，請(qǐng)來(lái)了倉(cāng)庫(kù)管理員，用一本本子記錄了貨物的歸宿和存儲(chǔ)的位置，建立貨物的出入庫(kù)制度，問(wèn)題都解決了，這就是文件系統(tǒng)要做的事情。

文件系統(tǒng)管理存取文件的接口、文件的存儲(chǔ)組織和分配、文件屬性的管理(比如文件的歸屬、權(quán)限、創(chuàng)建事件等)。

每個(gè)操作系統(tǒng)都有自己的文件系統(tǒng)。比如windows就有常用的FAT、FAT32、NTFS等，Linux用ext1-4的等。

存儲(chǔ)文件的倉(cāng)庫(kù)有很多中形式，現(xiàn)在主要用的是(機(jī)械)磁盤、SSD、光盤、磁帶等等。

拿到這些介質(zhì)后，首先需要的是“格式化”，格式化就是建立文件存儲(chǔ)組織架構(gòu)和“賬本”的過(guò)程。比如將U盤用FAT32格式化，我們可以看到是這樣架構(gòu)和賬本(如圖4)：

圖4

主引導(dǎo)區(qū):記錄了這個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備的總體信息和基本信息。比如扇區(qū)的大小，每簇的大小、磁頭數(shù)、磁盤扇區(qū)總數(shù)、FAT表份數(shù)、分區(qū)引導(dǎo)代碼等等信息。

分區(qū)表:，即此存儲(chǔ)的賬本，如果分區(qū)表丟失了，就意味著數(shù)據(jù)的丟失，所以一般就保留2份，即FAT1和FAT2。分區(qū)表主要記錄每簇使用情況，當(dāng)這位置的簇是空的，就代表還沒(méi)有使用，有特殊標(biāo)記的代表是壞簇，位置上有數(shù)據(jù)的，是指示文件塊的下一個(gè)位置。

目錄區(qū)：目錄和記錄文件所在的位置信息。

數(shù)據(jù)區(qū)：記錄文件具體信息的區(qū)域。

通過(guò)以下的例子來(lái)幫助理解什么是FAT文件系統(tǒng)。

假設(shè)每簇8個(gè)扇區(qū)組成一個(gè)簇，大小是512*8=4K。根目錄下的readme.txt文件大小是10K，如圖5：

圖5

• 1、在目錄區(qū)找到根目錄下文件readme.txt在FAT表中的位置是0004
• 2、在0004位置對(duì)應(yīng)簇的8個(gè)扇區(qū)讀取相應(yīng)文件塊readme(1)保存在內(nèi)存，并獲取下一個(gè)數(shù)據(jù)塊的位置0005。
• 3、在0005位置對(duì)應(yīng)簇的8個(gè)扇區(qū)讀取相應(yīng)文件塊readme(2)保存在內(nèi)存，并獲取下一個(gè)數(shù)據(jù)塊的位置0008。
• 4、在0005位置對(duì)應(yīng)簇的4個(gè)扇區(qū)讀取相應(yīng)文件塊readme(3)保存在內(nèi)存，并獲得結(jié)束標(biāo)志。
• 5、將readme(1)、readme(2)、readme(3)組合成為readme文件。

在這個(gè)例子中，我們看到在FAT文件系統(tǒng)，是通過(guò)查詢FAT表和目錄項(xiàng)來(lái)確定文件的存儲(chǔ)位置，文件分布是以簇為單位的數(shù)據(jù)塊，通過(guò)“鏈條”的方式來(lái)指示文件數(shù)據(jù)保存的文字。

當(dāng)要讀取文件時(shí)，必須從文件頭開始讀取。這樣的方式，讀取的效率不高。

不同的Linux文件系統(tǒng)大同小異，一般都采取ext文件系統(tǒng)，如圖6.

圖6

啟動(dòng)塊內(nèi)是服務(wù)器開機(jī)啟動(dòng)使用的，即使這個(gè)分區(qū)不是啟動(dòng)分區(qū)，也保留。

超級(jí)塊存儲(chǔ)了文件系統(tǒng)的相關(guān)信息，包括文件系統(tǒng)的類型，inode的數(shù)目，數(shù)據(jù)塊的數(shù)目

Inodes塊是存儲(chǔ)文件的inode信息，每個(gè)文件對(duì)應(yīng)一個(gè)inode。包含文件的元信息，具體來(lái)說(shuō)有以下內(nèi)容：

文件的字節(jié)數(shù)

文件擁有者的User ID

文件的Group ID

文件的讀、寫、執(zhí)行權(quán)限

文件的時(shí)間戳，共有三個(gè)：ctime指inode上一次變動(dòng)的時(shí)間，mtime指文件內(nèi)容上一次變動(dòng)的時(shí)間，atime指文件上一次打開的時(shí)間。

鏈接數(shù)，即有多少文件名指向這個(gè)inode

文件數(shù)據(jù)block的位置

當(dāng)查看某個(gè)目錄或文件時(shí)，會(huì)先從inode table中查出文件屬性及數(shù)據(jù)存放點(diǎn)，再?gòu)臄?shù)據(jù)塊中讀取數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)塊：存放目錄和文件數(shù)據(jù)。

通過(guò)讀取\var\readme.txt文件流程，來(lái)理解ext文件系統(tǒng)，如圖7。

圖7

• 1、根目錄A所對(duì)應(yīng)的inode節(jié)點(diǎn)是2，inode1對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)塊是d1。
• 2、在檢索d1內(nèi)容發(fā)現(xiàn)，目錄var對(duì)應(yīng)的inode=28，對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)塊是d5。
• 3、檢索d5內(nèi)容發(fā)現(xiàn)readme.txt對(duì)應(yīng)的是inode=70。
• 4、Inode70指向數(shù)據(jù)區(qū)d2、d3、d6塊。讀取這些數(shù)據(jù)塊，在內(nèi)存中組合d2、d3、d6數(shù)據(jù)塊。

硬盤格式化的時(shí)候，操作系統(tǒng)自動(dòng)將硬盤分成兩個(gè)區(qū)域。

• 一個(gè)是數(shù)據(jù)區(qū)，存放文件數(shù)據(jù);
• 另一個(gè)是inode區(qū)，存放inode所包含的信息。

當(dāng)inode資源消耗完了，盡管數(shù)據(jù)區(qū)域還有空余空間，都不能再寫入新文件。

總結(jié)：Windows的文件系統(tǒng)往往是“串行”的，而linux的文件系統(tǒng)是“并行”的。

再來(lái)看分布式的文件系統(tǒng)。

如果提供持久化層的存儲(chǔ)空間不是一臺(tái)設(shè)備，而是多臺(tái)，每臺(tái)之間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接，數(shù)據(jù)是打散保存在多臺(tái)存儲(chǔ)設(shè)備上。也就是說(shuō)元數(shù)據(jù)記錄的不僅僅記錄在哪塊數(shù)據(jù)塊的編號(hào)，還要記錄是哪個(gè)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的。

這樣，元數(shù)據(jù)需要保存在每個(gè)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)上，而且必須實(shí)時(shí)同步。做到這一點(diǎn)其實(shí)很困難。如果把元數(shù)據(jù)服務(wù)器獨(dú)立出來(lái)，做成“主從”架構(gòu)，就不需要在每個(gè)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)維護(hù)元數(shù)據(jù)表，簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)維護(hù)的難度，提高了效率。

Hadoop的文件系統(tǒng)HDFS就是一個(gè)典型的分布式文件系統(tǒng)。

圖8

• 1、Client將FileA按64M分塊。分成兩塊，block1和Block2。
• 2、Client向nameNode發(fā)送寫數(shù)據(jù)請(qǐng)求，如圖紫色虛線1。
• 3、NameNode節(jié)點(diǎn)，記錄block信息。并返回可用的DataNode給客戶端，如圖紅色虛線2。

Block1: host11，host22，host31

Block2: host11，host21，host32

• 4、client向DataNode發(fā)送block1;發(fā)送過(guò)程是以流式寫入。

流式寫入過(guò)程:

1)將64M的block1按64k的package劃分;

2)然后將第一個(gè)package發(fā)送給host11;

3)host11接收完后，將第一個(gè)package發(fā)送給host22，同時(shí)client想host11發(fā)送第二個(gè)package;

4)host22接收完第一個(gè)package后，發(fā)送給host31，同時(shí)接收host11發(fā)來(lái)的第二個(gè)package。

5)以此類推，如圖黑色虛線3所示，直到將block1發(fā)送完畢。

6)host11,host22,host31向NameNode和 Client發(fā)送通知，說(shuō)“消息發(fā)送完了”。

7)client收到發(fā)來(lái)的消息后，向namenode發(fā)送消息，說(shuō)我寫完了。這樣就真完成了。

8)發(fā)送完block1后，再向host11，host21，host32發(fā)送block2，如圖藍(lán)色虛線4所示。

……….

HDFS是分布式存儲(chǔ)的雛形，分布式存儲(chǔ)將在以后詳細(xì)介紹。

三、存儲(chǔ)介質(zhì)

倉(cāng)庫(kù)有很多種存儲(chǔ)的介質(zhì)，現(xiàn)在最常用的是磁盤和SSD盤，還有光盤、磁帶等等。磁盤一直以性價(jià)比的優(yōu)勢(shì)占據(jù)了霸主的地位。

圓形的磁性盤片裝在一個(gè)方的密封盒子里，運(yùn)行起來(lái)吱吱的響，這就是我們常見的磁盤。磁片是真正存放數(shù)據(jù)的介質(zhì)，每個(gè)磁片正面和背面上都“懸浮”著磁頭。

磁盤上分割為很多個(gè)同心圓，每個(gè)同心圓叫做磁道，每個(gè)磁道又被分割成為一個(gè)個(gè)小扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)可以存儲(chǔ)512B的數(shù)據(jù)。當(dāng)磁頭在磁片上高速轉(zhuǎn)動(dòng)和不停換道，來(lái)讀取或者寫入數(shù)據(jù)。

其實(shí)磁片負(fù)責(zé)高速轉(zhuǎn)動(dòng)，而磁頭只負(fù)責(zé)在磁片上橫向移動(dòng)。決定磁盤性能的主要是磁片的轉(zhuǎn)速、磁頭的換道、磁盤、每片磁片的容量和接口速度決定的。轉(zhuǎn)速越高、換道時(shí)間越短、單片容量越高，磁盤性能就越好。

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衡量磁盤性能主要參考 IOPS 和吞吐量?jī)蓚€(gè)參數(shù)。

IOPS就是一秒鐘內(nèi)磁盤進(jìn)行了多少次的讀寫。

吞吐量就是讀出了多少數(shù)據(jù)。

其實(shí)這些指標(biāo)應(yīng)該有前提，即是大包(塊)還是小包(塊)，是讀還是寫，是隨機(jī)的還是連續(xù)的。一般我們看到廠家給的磁盤IOPS性能一般是指小包、順序讀下的測(cè)試指標(biāo)。這個(gè)指標(biāo)一般就是最大值。

目前在X86服務(wù)器上我們常使用的 SATA、SAS磁盤性能：

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實(shí)際生產(chǎn)中估算，SATA 7200轉(zhuǎn)的磁盤，提供的IOPS為60次左右，吞吐量在70MB/s。

我們2014年首次使用的裸容量2P的SRVSAN存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)持久化層采用57臺(tái)X86服務(wù)器，內(nèi)置12塊SATA7200 3TB硬盤。共684塊磁盤，大約只提供41040次IOPS和47.88GB/s。

這些指標(biāo)顯然是不能滿足存儲(chǔ)需要的，需要想辦法“加速”。

機(jī)械磁盤其實(shí)也做了很多優(yōu)化，比如扇區(qū)地址的編號(hào)不是連續(xù)的。

因?yàn)榇牌D(zhuǎn)的夠快(7200轉(zhuǎn)/分鐘即1秒鐘轉(zhuǎn)120轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)一圈是8.3毫秒，也就是在讀寫同一個(gè)磁道最大時(shí)延是8.3秒)，防止磁頭的讀寫取錯(cuò)過(guò)了，所以扇區(qū)的地址并不是連續(xù)的，而是跳躍編號(hào)的，比如2:1的交叉因子(1、10、2、11、3、12…..)。

同時(shí)磁盤也有緩存，具有隊(duì)列，并不是來(lái)一個(gè)I/O就讀寫一個(gè)，而是積累到一定I/O，根據(jù)磁頭的位置和算法完成的。I/O并不是一定是“先到先處理”，而是遵守效率。

加速最好的辦法就是使用SSD盤。磁盤的控制部分是由機(jī)械部分+控制電路來(lái)構(gòu)成，機(jī)械部分的速度限制，使磁盤的性能不可能有大的突破。而SSD采用了全電子控制可以獲得很好的性能。

SSD是以閃存作為存儲(chǔ)介質(zhì)再配合適當(dāng)?shù)目刂菩酒M成的存儲(chǔ)設(shè)備。目前用來(lái)生產(chǎn)固態(tài)硬盤的NAND Flash有三種:

• 單層式存儲(chǔ)(SLC，存儲(chǔ)1bit數(shù)據(jù))
• 二層式存儲(chǔ)(MLC，存儲(chǔ)4bit數(shù)據(jù))
• 三層式存儲(chǔ)(TLC，存儲(chǔ)8bit數(shù)據(jù))

SLC成本最高、壽命最長(zhǎng)、但訪問(wèn)速度最快，TLC成本最低、壽命最短但訪問(wèn)速度最慢。為了降低成本，用于服務(wù)器的企業(yè)級(jí)SSD都用了MLC，TLC可以用來(lái)做U盤。

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SSD普及起來(lái)還有一點(diǎn)的障礙,比如成本較高、寫入次數(shù)限制、損壞時(shí)的不可挽救性及當(dāng)隨著寫入次數(shù)增加或接近寫滿時(shí)候速度會(huì)下降等缺點(diǎn)。

對(duì)應(yīng)磁盤的最小IO單位扇區(qū)，page是SSD的最小單位。

比如每個(gè)page存儲(chǔ)512B的數(shù)據(jù)和218b的糾錯(cuò)碼，128個(gè)page組成一個(gè)塊(64KB)，2048個(gè)塊，組成一個(gè)區(qū)域，一個(gè)閃存芯片有2個(gè)區(qū)域組成。Page的尺寸越大，這個(gè)閃訊芯片的容量就越大。

但是SSD有一個(gè)壞習(xí)慣，就是在修改某1個(gè)page的數(shù)據(jù)，會(huì)波及到整塊。需要將這個(gè)page所在的整塊數(shù)據(jù)讀到緩存中，然后再將這個(gè)塊初始化為1，再?gòu)木彺嬷凶x取數(shù)據(jù)寫入。

對(duì)于SSD來(lái)說(shuō)，速度可能不是問(wèn)題，但是寫的次數(shù)是有限制的，所以塊也不是越大越好。當(dāng)然對(duì)于機(jī)械磁盤來(lái)說(shuō)也存在類似問(wèn)題，塊越大，讀寫的速度就越快，但浪費(fèi)也越嚴(yán)重，因?yàn)閷懖粷M一塊也要占一塊的位置。

不同型號(hào)不同廠家的SSD性能差異很大，下面是我們的分布式塊存儲(chǔ)作為緩存使用的SSD參數(shù)：

采用PCIe 2.0接口，容量是1.2T，綜合讀寫IOPS(4k小包)是260000次，讀吞吐量1.55GB/s，寫吞吐量1GB/s。

在1臺(tái)SRVSAN的服務(wù)器配置了一塊SSD作為緩存和12塊7200轉(zhuǎn) 3T SATA盤，磁盤只提供1200次、1200M的吞出量。

遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于緩存SSD提供的能力，所以直接訪問(wèn)緩存可以提供很高的存儲(chǔ)性能，SRVSAN的關(guān)鍵是計(jì)算出熱點(diǎn)數(shù)據(jù)的算法，提高熱點(diǎn)數(shù)據(jù)的命中率。

用高成本的SSD做為緩存，用廉價(jià)的SATA磁盤作為容量層。