机械硬盘是当前主流存储设备

    随着大数据时代的来临，原本已经被认为是明日黄花的存储领域又迎来了新的增长点。如今的存储领域一扫之前PC末日所带来的影响，在企业级领域不断开花结果。已经成为很多IT厂商争相进入的热门领域，但是随着存储技术的发展，又出现了很多热门的技术，笔者在这将结合之前的一些存储知识和当前流行的存储热点为大家详细的介绍一下存储。

    当前主流存储设备——机械硬盘

    机械硬盘式当前最主流的存储设备，无论是PC，还是磁盘列阵，硬盘都是不可缺少的最佳存储设备，如今的硬盘相比之前的性能和稳定性已经有了很大的提高。

机械硬盘

    磁盘的工作原理可以分为三个步骤第一是磁头到指定的磁道(寻道)，第二是等待需要读取的数据随盘片旋转到磁头(延迟)，第三是读取数据。

    磁头寻道和等待需要读取的数据转到磁头是需要时间的，这也是硬盘相比SSD读取速度较慢的一个原因。寻道时间由于是机械的动作，所以很难得到大幅度提高，但是可以通过提高磁盘转速来提高延迟时间。所以转速越高的盘，可以承载更多的IOPS。磁盘的IOPS由磁盘的转速决定，比如15000RPM的磁盘，一般可以承受150个IOPS。而数据的读取时间相比这些前两者则是可以忽略不记得。

　　磁盘的吞吐量是由磁盘的转速和接口决定，转速决定了内部传输率，接口则决定了外部传输率，很明显前者肯定低于后者。常见的接口有ATA，SCCI，SATA，SAS，FC等等。FC接口一般在高端存储中比较常见，而SAS和SATA多在服务器或者中低端存储中常见。

        固态硬盘（Solid State Disk）用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘，由控制单元和存储单元（FLASH芯片、DRAM芯片）组成。固态硬盘的接口规范和定义、功能及使用方法上与普通硬盘的完全相同，在产品外形和尺寸上也完全与普通硬盘一致。

    单的说固态硬盘简就是用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘，其芯片的工作温度范围很宽,商规产品（0~70℃）工规产品（-40~85℃）。虽然成本较高，但也正在逐渐普及到DIY市场。由于固态硬盘技术与传统硬盘技术不同，所以产生了不少新兴的存储器厂商。厂商只需购买NAND存储器，再配合适当的控制芯片，就可以制造固态硬盘了。新一代的固态硬盘普遍采用SATA-2接口及SATA-3接口。

    固态硬盘是当前非常热门的存储技术，其利用闪存技术存储数据，由于其并不需要磁盘寻道，所以其读取时间相对要快很多。同时由于固态硬盘的设计原理与机械硬盘大不相同，所以其在数据的稳定性和安全性方面相比机械硬盘都有非常出色的性能。

    当比于硬盘，固态硬盘尚属于发展阶段，其技术方面仍然存储着一些瑕疵，寿命问题一直是用户不敢选择的主要原因，同时固态硬盘的价格相比硬盘来说一直非常高，这也让其普及存在着较大的阻碍，但是随着技术的完善以及价格的降低，固态硬盘很可能取代机械硬盘成为主流的存储介质。

    对于消费级用户来说，通常很难理解存储系统这个问题。其实存储系统主要指的是关于存储方面的一个整个的体系。

    我们一般用IOPS来形容存储系统的性能，IOPS主要决定于cache的算法，以及磁盘的数量。有时候我们往往会被厂商的数据给忽悠了，第一是cache命中率，厂商利用了某种手段，让cache命中率非常高，IOPS几乎可以随心所欲。另外一个因素就是磁盘的数量，厂家的数据是同型号1000块磁盘的测试结果，而我们实际的系统只有100块磁盘。

　　购买存储时，我们不应该买高端存储而配很少的磁盘，厂商非常喜欢诱惑你你够买一个高端的BOX，告诉你扩展性好，现在用不着可以为以后系统升级少做准备等等，这完全是忽悠用户。建议不要超前消费，如果确实对性能追求很高，可以选用容量小一些的磁盘，而磁盘的数量多一些。

　　磁盘的数量可以计算得出，我们的经验，一般OLTP应用的cache命中率在20%左右，剩下的IO还是要到磁盘上的，根据磁盘的转速和类型，就可以知道一块盘能够承载的IOPS，磁盘数量就可以估算出来了，为了得到比较好的响应时间，建议每块磁盘的IOPS不要超过100。

　　影响吞吐量的因素比较复杂，由磁盘的数量和存储的架构决定，当磁盘到达一定的数量后，吞吐量主要受限于存储的架构。比如某高端存储，吞吐量最大就是1.4GB，这是由它内部的架构所决定的。另外还要注意存储与主机的接口，比如HBA卡，有4Gb和2Gb(这里是bit，而不是Byte)，一般主机和存储都配有多块HBA卡。

　　    RAID原理是利用数组方式来作磁盘组，配合数据分散排列的设计，提升数据的安全性。磁盘阵列是由很多价格较便宜的磁盘，组合成一个容量巨大的磁盘组，利用个别磁盘提供数据所产生加成效果提升整个磁盘系统效能。

    利用RAID技术，可以将数据切割成许多区段，分别存放在各个硬盘上。磁盘阵列还能利用同位检查（Parity Check）的观念，在数组中任一颗硬盘故障时，仍可读出数据，在数据重构时，将数据经计算后重新置入新硬盘中。

　　我们常见的RAID模式一般为RAID10和RAID5，对性能要求比较高的数据库应用一般都采用RAID10，RAID5也可以用，但是别把 redo放在RAID5上，因为RAID5的对于redo这种小IO，性能非常差，很容易造成log file sync的等待。

    一个RAID 群组中的磁盘数量不宜过多，不要超过10块，原因是RAID group中磁盘数量越多，坏盘的概率就越大(概率问题)。一些高端存储对于RAID group中的磁盘数量都是固定的，这主要和存储的架构有关。使用存储的过程中，你会发现，越是高端的东西，就越是死板，而中低端存储则非常灵活，并不是说高端存储不好，而是说架构决定一切。

　 Stripe指的是簇，文件系统是操作系统与驱动器之间的接口，当操作系统请求从硬盘里读取一个文件时，会请求相应的文件系统（FAT 16/32/NTFS）打开文件。扇区是磁盘最小的物理存储单元，但由于操作系统无法对数目众多的扇区进行寻址，所以操作系统就将相邻的扇区组合在一起，形成一个簇，然后再对簇进行管理。每个簇可以包括2、4、8、16、32或64个扇区。显然，簇是操作系统所使用的逻辑概念，而非磁盘的物理特性。

    为了更好地管理磁盘空间和更高效地从硬盘读取数据，操作系统规定一个簇中只能放置一个文件的内容，因此文件所占用的空间，只能是簇的整数倍；而如果文件实际大小小于一簇，它也要占一簇的空间。所以，一般情况下文件所占空间要略大于文件的实际大小，只有在少数情况下，即文件的实际大小恰好是簇的整数倍时，文件的实际大小才会与所占空间完全一致。

　　Stripe的作用就是尽可能的分散IO，它在有些存储上是可以调节的，但是很多存储是不可以调节的，一般在128K-512K之间。有一个错误的 说法是，我在存储上做了stripe，数据库的一个IO，所有的磁盘都会响应这个IO。这个说法是错误的，对于Oracle来说，一个随机IO的大小是 8K，一般条带的大小要比8K大得多，所以Oracle一个随机IO永远只会落在一块磁盘上。一块磁盘在同一个时刻只能响应一个IO，也就是说磁盘没有并发IO的概念，但是从整个系统来看，不同的磁盘响应不同的IO，宏观上IO还是分散的，所以我们看到一个数据库在运行时，所有的磁盘都在忙，实际上每块磁盘是为不同的IO服务。对于顺序IO，Oracle的默认设置是128K，最大值由OS决定，一般是1M，如果顺序IO的大小大于stripe，那么一个 IO可能会有几块盘同时响应，但是很多存储的stripe都大于128K，这时一个IO还是只有一块磁盘响应，由于读是一个顺序的过程，所以要在数据库这 个级别加上并发，才可以真正达到提高吞吐量的目的。

　　有人要问，stripe到底多大合适？如果我把stripe做得很小，这样不是很好吗？一个IO同时可以读很多块盘，大大提高了吞吐量。我们假设 stripe为1K，Oracle scattered read是完全串行的过程，实际上在不同的multiblock read之间，存在一定程度的并行。Oracle每次同时向OS发送若干个multiblock read IO请求，然后把返回的结果合并排序。整个scattered read应该是局部并行，宏观串行的过程。

　　所以stripe不能做的很小。stripe到底设多大，我的观点是大比小好，不要小于256K，数据仓库应用可以设置的更大一些。ASM对于数据 文件的stripe默认是1M，我曾经觉得1M太大，将其改为128K，结果发现1M的性能更好，Oracle也推荐用1M。这说明对于数据库应用来 说，stripe size要稍微大一点，而不是我们想的越细或者越分散越好。

　　总结：存储是一个非常大的领域，在这里并不能详细的讲清楚，但是还是希望通过上面的整理能够使得大家对存储有个大概的了解。