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關于存儲技術的入門科普

2020-08-10 14:45:20 鮮棗課堂 小棗君 編輯:麗麗 瀏覽數:35摩信網

說到 “存儲”,大家會想到什么?是這個?還是這個?又或者是這個?哈哈,沒錯,我們現在處于信息時代,每天都在和電腦、手機打交道。我們的工作和生活,已經完全離不開視頻、音樂、圖片、文本、表格這樣的數據文件。而所有這些數據文件...

說到 “存儲”,大家會想到什么?

是這個?

還是這個?

又或者是這個?

哈哈,沒錯,我們現在處于信息時代,每天都在和電腦、手機打交道。我們的工作和生活,已經完全離不開視頻、音樂、圖片、文本、表格這樣的數據文件。

而所有這些數據文件,都需要通過電子設備進行保存,這就是數據存儲,簡稱存儲。

對于普通用戶來說,最常見的存儲設備,就是硬盤。

我們知道,計算機的三大核心硬件,分別是 CPU(中央處理器)、內存(Memory)和硬盤(Hard Disk)。CPU 負責運算,硬盤負責存儲。而內存,是 CPU 和硬盤之間的橋梁。用于暫時存放 CPU 中的運算數據。

CPU、內存、硬盤

絕大部分的臺式機、服務器、手機,都是內置存儲系統。也就是說,它們的硬盤安裝在設備內部。

以普通臺式機為例,硬盤通過專用接口和數據線,連接在主板上,實現和 CPU、內存的數據連接。

臺式機上安裝好的硬盤

常用的硬盤專用接口如下:

手機等數碼設備的 “硬盤”,則是做成了很小的存儲芯片,直接焊在主板上。

常見的手機存儲芯片:eMMC、UFS(更快)

我們再來簡單看看硬盤的內部結構。

目前主流的硬盤類型有兩種,分別是傳統機械硬盤和 SSD 固態硬盤。小棗君以大家比較熟悉的機械硬盤為例進行介紹。

左邊是機械硬盤,右邊是 SSD 固態硬盤

硬盤之所以叫硬盤,是因為它的核心部分是一塊或多塊由堅硬金屬材料制成的盤片。盤片上面涂抹了磁性介質,兩面都可以記錄信息。在盤面上讀 / 寫數據的,是磁頭。

硬盤,也叫磁盤(有點像唱片機)

下圖顯示的是一個盤面:

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弧段,每個弧段被稱之為一個扇區(Sector,圖中綠色部分)。

扇區是磁盤的最小組成單元。大家應該看出來了,越靠圓心,扇區越短。那么,是不是越往外,扇區越長,存儲的數據越多呢?

不一定。

老式的硬盤,不管靠內還是靠外,每個扇區的大小是一樣的,都是 512 字節。這種硬盤用柱面 - 磁頭 - 扇區號(CHS,Cylinder-Head-Sector)組成的編號進行尋址。

而現在主流的硬盤,扇區密度是一致的,也就是說,越靠外側,扇區數越多。每個扇區的大小是 4K 字節,用一個邏輯塊編號尋址(LBA,Logical Block Addressing)。

以扇區為基礎,一個或多個連續的扇區組成一個塊,叫做物理塊。所以,硬盤往往又叫塊設備(Block Device)。

為了方便管理,我們可以將硬盤這樣的物理塊設備,分割成多個邏輯塊設備?;蛘?,我們也可以將多個物理塊設備,組合成一個容量更大的邏輯塊設備。

底層的相關技術和工具,包括 RAID(大家可能比較熟悉)、JBOD、卷管理系統(Volume Manager)。

Windows 的卷管理系統,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態磁盤。默認情況下,用戶用的都是基本磁盤。

一個基本磁盤可以劃分為多個分區,分區類別包括主分區、擴展分區和邏輯分區。

硬盤分區

主分區是硬盤的啟動分區,我們常說的 “C 盤”就是硬盤上的主分區。MBR 分區表可以劃分出 4 個主分區。如果使用 GPT 分區,可以管理 128 個主分區。

除去主分區以外,硬盤剩下的容量就被認定為擴展分區。擴展分區不能直接使用。擴展分區可以分成一個或若干個邏輯分區,也就是我們的 “D 盤”、“E 盤”等。

動態磁盤是基本磁盤的升級模式。在動態磁盤中,分區叫做卷。卷的出現,就是為了便于對多硬盤進行管理。

簡單來說,動態磁盤可以將不同硬盤分到一個卷。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,就可以借助動態磁盤來完成。

動態磁盤里面的卷,又分為簡單卷、跨區卷、帶區卷、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,現在也被微軟改叫為卷。

再來看看 Linux 的 LVM 工具。

其實 LVM 和動態磁盤的思路差不多的,也是把物理空間變成邏輯空間。

首先,物理存儲介質進行初始化,變成物理卷(PV,physical volume)。

然后,一個或多個物理卷組成一個卷組(VG,Volume Group)。

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