IO性能的發(fā)展，明顯落后于CPU的發(fā)展。Memchached也好，NoSql也好，這些流行技術(shù)的背后都在直接或者間接地回避IO瓶頸，從而提高系統(tǒng)性能

一、IO 系統(tǒng)的分層

上圖層次比較多，但總的就是三部分。磁盤(pán)（存儲(chǔ)）、VM（卷管理）和文件系統(tǒng)。專(zhuān)有名詞不好理解，打個(gè)比方說(shuō)：磁盤(pán)就相當(dāng)于一塊待用的空地；LVM相當(dāng)于空地上的圍墻（把空地劃分成多個(gè)部分）；文件系統(tǒng)則相當(dāng)于每塊空地上建的樓房（決定了有多少房間、房屋編號(hào)如何，能容納多少人住）；而房子里面住的人，則相當(dāng)于系統(tǒng)里面存的數(shù)據(jù)。

1.1 文件系統(tǒng)—數(shù)據(jù)如何存放？

對(duì)應(yīng)了上圖的File System和Buffer Cache。

File System（文件系統(tǒng)）：解決了空間管理的問(wèn)題，即：數(shù)據(jù)如何存放、讀取。

Buffer Cache：解決數(shù)據(jù)緩沖的問(wèn)題。對(duì)讀，進(jìn)行cache，即：緩存經(jīng)常要用到的數(shù)據(jù)；對(duì)寫(xiě)，進(jìn)行buffer，緩沖一定數(shù)據(jù)以后，一次性進(jìn)行寫(xiě)入。

1.2 VM—磁盤(pán)空間不足了怎么辦？

對(duì)應(yīng)上圖的Vol Mgmt。

VM其實(shí)跟IO沒(méi)有必然聯(lián)系。他是處于文件系統(tǒng)和磁盤(pán)（存儲(chǔ)）中間的一層。VM屏蔽了底層磁盤(pán)對(duì)上層文件系統(tǒng)的影響。當(dāng)沒(méi)有VM的時(shí)候，文件系統(tǒng)直接使用存儲(chǔ)上的地址空間，因此文件系統(tǒng)直接受限于物理硬盤(pán)，這時(shí)如果發(fā)生磁盤(pán)空間不足的情況，對(duì)應(yīng)用而言將是一場(chǎng)噩夢(mèng)，不得不新增硬盤(pán)，然后重新進(jìn)行數(shù)據(jù)復(fù)制。而VM則可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)擴(kuò)展，而對(duì)文件系統(tǒng)沒(méi)有影響。另外，VM也可以把多個(gè)磁盤(pán)合并成一個(gè)磁盤(pán)，對(duì)文件系統(tǒng)呈現(xiàn)統(tǒng)一的地址空間，這個(gè)特性的殺傷力不言而喻。

1.3 存儲(chǔ)—數(shù)據(jù)放在哪兒？如何訪(fǎng)問(wèn)？如何提高IO速度？

對(duì)應(yīng)上圖的Device Driver、IO Channel和Disk Device

數(shù)據(jù)最終會(huì)放在這里，因此，效率、數(shù)據(jù)安全、容災(zāi)是這里需要考慮的問(wèn)題。而提高存儲(chǔ)的性能，則可以直接提高物理IO的性能。

1.4  Logical IO vs Physical IO

邏輯IO是操作系統(tǒng)發(fā)起的IO，這個(gè)數(shù)據(jù)可能會(huì)放在磁盤(pán)上，也可能會(huì)放在內(nèi)存（文件系統(tǒng)的Cache）里。

物理IO是設(shè)備驅(qū)動(dòng)發(fā)起的IO，這個(gè)數(shù)據(jù)最終會(huì)落在磁盤(pán)上。

邏輯IO和物理IO不是一一對(duì)應(yīng)的。

二、IO 模型

這部分的東西在網(wǎng)絡(luò)編程經(jīng)常能看到，不過(guò)在所有IO處理中都是類(lèi)似的。

2.1 IO請(qǐng)求的兩個(gè)階段

等待資源階段：IO請(qǐng)求一般需要請(qǐng)求特殊的資源（如磁盤(pán)、RAM、文件），當(dāng)資源被上一個(gè)使用者使用沒(méi)有被釋放時(shí)，IO請(qǐng)求就會(huì)被阻塞，直到能夠使用這個(gè)資源。

使用資源階段：真正進(jìn)行數(shù)據(jù)接收和發(fā)生。

2.2 在等待數(shù)據(jù)階段，IO分為阻塞IO和非阻塞IO。

阻塞IO：資源不可用時(shí)，IO請(qǐng)求一直阻塞，直到反饋結(jié)果（有數(shù)據(jù)或超時(shí)）。

非阻塞IO：資源不可用時(shí)，IO請(qǐng)求離開(kāi)返回，返回?cái)?shù)據(jù)標(biāo)識(shí)資源不可用

2.3 在使用資源階段，IO分為同步IO和異步IO。

同步IO：應(yīng)用阻塞在發(fā)送或接收數(shù)據(jù)的狀態(tài)，直到數(shù)據(jù)成功傳輸或返回失敗。

異步IO：應(yīng)用發(fā)送或接收數(shù)據(jù)后立刻返回，數(shù)據(jù)寫(xiě)入OS緩存，由OS完成數(shù)據(jù)發(fā)送或接收，并返回成功或失敗的信息給應(yīng)用。

2.4 按照Unix的5個(gè)IO模型劃分

• 阻塞IO
• 非阻塞IO
• IO復(fù)用
• 信號(hào)驅(qū)動(dòng)的IO
• 異步IO

從性能上看，異步IO的性能無(wú)疑是最好的。

2.5 各種IO的特點(diǎn)

阻塞IO：使用簡(jiǎn)單，但隨之而來(lái)的問(wèn)題就是會(huì)形成阻塞，需要獨(dú)立線(xiàn)程配合，而這些線(xiàn)程在大多數(shù)時(shí)候都是沒(méi)有進(jìn)行運(yùn)算的。

非阻塞IO：采用輪詢(xún)方式，不會(huì)形成線(xiàn)程的阻塞。

同步IO：同步IO保證一個(gè)IO操作結(jié)束之后才會(huì)返回，因此同步IO效率會(huì)低一些，但是對(duì)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，編程方式會(huì)簡(jiǎn)單。

異步IO：由于異步IO請(qǐng)求只是寫(xiě)入了緩存，從緩存到硬盤(pán)是否成功不可知，因此異步IO相當(dāng)于把一個(gè)IO拆成了兩部分，一是發(fā)起請(qǐng)求，二是獲取處理結(jié)果。因此，對(duì)應(yīng)用來(lái)說(shuō)增加了復(fù)雜性。但是異步IO的性能是所有很好的，而且異步的思想貫穿了IT系統(tǒng)放放面面。

詳細(xì)參考：Linux網(wǎng)絡(luò)IO精華指南

三、最重要的三個(gè)指標(biāo)

3.1 IOPS

IOPS，即每秒鐘處理的IO請(qǐng)求數(shù)量。IOPS是隨機(jī)訪(fǎng)問(wèn)類(lèi)型業(yè)務(wù)（OLTP類(lèi)）很重要的一個(gè)參考指標(biāo)。

3.12 一塊物理硬盤(pán)能提供多少I(mǎi)OPS？

從磁盤(pán)上進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取時(shí)，比較重要的幾個(gè)時(shí)間是：尋址時(shí)間（找到數(shù)據(jù)塊的起始位置），旋轉(zhuǎn)時(shí)間（等待磁盤(pán)旋轉(zhuǎn)到數(shù)據(jù)塊的起始位置），傳輸時(shí)間（讀取數(shù)據(jù)的時(shí)間和返回的時(shí)間）。其中尋址時(shí)間是固定的（磁頭定位到數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)的扇區(qū)即可），旋轉(zhuǎn)時(shí)間受磁盤(pán)轉(zhuǎn)速的影響，傳輸時(shí)間受數(shù)據(jù)量大小的影響和接口類(lèi)型的影響（不同的硬盤(pán)接口速度不同），但是在隨機(jī)訪(fǎng)問(wèn)類(lèi)業(yè)務(wù)中，他的時(shí)間也很少。因此，在硬盤(pán)接口相同的情況下，IOPS主要受限于尋址時(shí)間和傳輸時(shí)間。以一個(gè)15K的硬盤(pán)為例，尋址時(shí)間固定為4ms，旋轉(zhuǎn)時(shí)間為60s/15000*1/2（最多轉(zhuǎn)半圈）=2ms，一般計(jì)算IOPS都忽略傳輸時(shí)間。1000ms/6ms=167個(gè)IOPS。

3.13 OS的一次IO請(qǐng)求對(duì)應(yīng)物理硬盤(pán)一個(gè)IO嗎？

在沒(méi)有文件系統(tǒng)、沒(méi)有VM（卷管理）、沒(méi)有RAID、沒(méi)有存儲(chǔ)設(shè)備的情況下，這個(gè)答案還是成立的。但是當(dāng)這么多中間層加進(jìn)去以后，這個(gè)答案就不是這樣了。物理硬盤(pán)提供的IO是有限的，也是整個(gè)IO系統(tǒng)存在瓶頸的最大根源。所以，如果一塊硬盤(pán)不能提供，那么多塊在一起并行處理，這不就行了嗎？確實(shí)是這樣的?？梢钥吹剑绞歉叨说拇鎯?chǔ)設(shè)備的cache越大，硬盤(pán)越多，一方面通過(guò)cache異步處理IO，另一方面通過(guò)盤(pán)數(shù)增加，盡可能把一個(gè)OS的IO分布到不同硬盤(pán)上，從而提高性能。文件系統(tǒng)則是在cache上會(huì)影響，而VM則可能是一個(gè)IO分布到多個(gè)不同設(shè)備上（Striping）。

所以，一個(gè)OS的IO在經(jīng)過(guò)多個(gè)中間層以后，發(fā)生在物理磁盤(pán)上的IO是不確定的?？赡苁且粚?duì)一個(gè)，也可能一個(gè)對(duì)應(yīng)多個(gè)。

3.14 IOPS能算出來(lái)嗎？

對(duì)單塊磁盤(pán)的IOPS的計(jì)算沒(méi)有沒(méi)問(wèn)題，但是當(dāng)系統(tǒng)后面接的是一個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)時(shí)、考慮不同讀寫(xiě)比例，IOPS則很難計(jì)算，而需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行測(cè)試。主要的因素有：存儲(chǔ)系統(tǒng)本身有自己的緩存。緩存大小直接影響IOPS，理論上說(shuō)，緩存越大能cache的東西越多，在cache命中率保持的情況下，IOPS會(huì)越高。

RAID級(jí)別。不同的RAID級(jí)別影響了物理IO的效率。

讀寫(xiě)混合比例。對(duì)讀操作，一般只要cache能足夠大，可以大大減少物理IO，而都在cache中進(jìn)行；對(duì)寫(xiě)操作，不論cache有多大，最終的寫(xiě)還是會(huì)落到磁盤(pán)上。因此，100%寫(xiě)的IOPS要越獄小于100%的讀的IOPS。同時(shí)，100%寫(xiě)的IOPS大致等同于存儲(chǔ)設(shè)備能提供的物理的IOPS。

一次IO請(qǐng)求數(shù)據(jù)量的多少。一次讀寫(xiě)1KB和一次讀寫(xiě)1MB，顯而易見(jiàn)，結(jié)果是完全不同的。

當(dāng)時(shí)上面N多因素混合在一起以后，IOPS的值就變得撲朔迷離了。所以，一般需要通過(guò)實(shí)際應(yīng)用的測(cè)試才能獲得。

3.2 IO Response Time

即IO的響應(yīng)時(shí)間。IO響應(yīng)時(shí)間是從操作系統(tǒng)內(nèi)核發(fā)出一個(gè)IO請(qǐng)求到接收到IO響應(yīng)的時(shí)間。因此，IO Response time除了包括磁盤(pán)獲取數(shù)據(jù)的時(shí)間，還包括了操作系統(tǒng)以及在存儲(chǔ)系統(tǒng)內(nèi)部IO等待的時(shí)間。一般看，隨IOPS增加，因?yàn)镮O出現(xiàn)等待，IO響應(yīng)時(shí)間也會(huì)隨之增加。對(duì)一個(gè)OLTP系統(tǒng)，10ms以?xún)?nèi)的響應(yīng)時(shí)間，是比較合理的。下面是一些IO性能示例：

一個(gè)8K的IO會(huì)比一個(gè)64K的IO速度快，因?yàn)閿?shù)據(jù)讀取的少些。

一個(gè)64K的IO會(huì)比8個(gè)8K的IO速度快，因?yàn)榍罢咧徽?qǐng)求了一個(gè)IO而后者是8個(gè)IO。

串行IO會(huì)比隨機(jī)IO快，因?yàn)榇蠭O相對(duì)隨機(jī)IO說(shuō)，即便沒(méi)有Cache，串行IO在磁盤(pán)處理上也會(huì)少些操作。

需要注意，IOPS與IO Response Time有著密切的聯(lián)系。一般情況下，IOPS增加，說(shuō)明IO請(qǐng)求多了，IO Response Time會(huì)相應(yīng)增加。但是會(huì)出現(xiàn)IOPS一直增加，但是IO Response Time變得非常慢，超過(guò)20ms甚至幾十ms，這時(shí)候的IOPS雖然還在提高，但是意義已經(jīng)不大，因?yàn)檎麄€(gè)IO系統(tǒng)的服務(wù)時(shí)間已經(jīng)不可取。

3.3 Throughput

為吞吐量。這個(gè)指標(biāo)衡量標(biāo)識(shí)了最大的數(shù)據(jù)傳輸量。如上說(shuō)明，這個(gè)值在順序訪(fǎng)問(wèn)或者大數(shù)據(jù)量訪(fǎng)問(wèn)的情況下會(huì)比較重要。尤其在大數(shù)據(jù)量寫(xiě)的時(shí)候。

吞吐量不像IOPS影響因素很多，吞吐量一般受限于一些比較固定的因素，如：網(wǎng)絡(luò)帶寬、IO傳輸接口的帶寬、硬盤(pán)接口帶寬等。一般他的值就等于上面幾個(gè)地方中某一個(gè)的瓶頸。

3.4 一些概念

3.41 IO Chunk Size

即單個(gè)IO操作請(qǐng)求數(shù)據(jù)的大小。一次IO操作是指從發(fā)出IO請(qǐng)求到返回?cái)?shù)據(jù)的過(guò)程。IO Chunk Size與應(yīng)用或業(yè)務(wù)邏輯有著很密切的關(guān)系。比如像Oracle一類(lèi)數(shù)據(jù)庫(kù)，由于其block size一般為8K，讀取、寫(xiě)入時(shí)都此為單位，因此，8K為這個(gè)系統(tǒng)主要的IO Chunk Size。IO Chunk Size小，考驗(yàn)的是IO系統(tǒng)的IOPS能力；IO Chunk Size大，考驗(yàn)的時(shí)候IO系統(tǒng)的IO吞吐量。

3.42 Queue Deep

熟悉數(shù)據(jù)庫(kù)的人都知道，SQL是可以批量提交的，這樣可以大大提高操作效率。IO請(qǐng)求也是一樣，IO請(qǐng)求可以積累一定數(shù)據(jù)，然后一次提交到存儲(chǔ)系統(tǒng)，這樣一些相鄰的數(shù)據(jù)塊操作可以進(jìn)行合并，減少物理IO數(shù)。而且Queue Deep如其名，就是設(shè)置一起提交的IO請(qǐng)求數(shù)量的。一般Queue Deep在IO驅(qū)動(dòng)層面上進(jìn)行配置。

Queue Deep與IOPS有著密切關(guān)系。Queue Deep主要考慮批量提交IO請(qǐng)求，自然只有IOPS是瓶頸的時(shí)候才會(huì)有意義，如果IO都是大IO，磁盤(pán)已經(jīng)成瓶頸，Queue Deep意義也就不大了。一般來(lái)說(shuō)，IOPS的峰值會(huì)隨著Queue Deep的增加而增加(不會(huì)非常顯著)，Queue Deep一般小于256。

3,43 隨機(jī)訪(fǎng)問(wèn)（隨機(jī)IO）、順序訪(fǎng)問(wèn)（順序IO）

隨機(jī)訪(fǎng)問(wèn)的特點(diǎn)是每次IO請(qǐng)求的數(shù)據(jù)在磁盤(pán)上的位置跨度很大（如：分布在不同的扇區(qū)），因此N個(gè)非常小的IO請(qǐng)求（如：1K），必須以N次IO請(qǐng)求才能獲取到相應(yīng)的數(shù)據(jù)。

順序訪(fǎng)問(wèn)的特點(diǎn)跟隨機(jī)訪(fǎng)問(wèn)相反，它請(qǐng)求的數(shù)據(jù)在磁盤(pán)的位置是連續(xù)的。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)起N個(gè)非常小的IO請(qǐng)求（如：1K）時(shí)，因?yàn)橐淮蜪O是有代價(jià)的，系統(tǒng)會(huì)取完整的一塊數(shù)據(jù)（如4K、8K），所以當(dāng)?shù)谝淮蜪O完成時(shí)，后續(xù)IO請(qǐng)求的數(shù)據(jù)可能已經(jīng)有了。這樣可以減少I(mǎi)O請(qǐng)求的次數(shù)。這也就是所謂的預(yù)取。

隨機(jī)訪(fǎng)問(wèn)和順序訪(fǎng)問(wèn)同樣是有應(yīng)用決定的。如數(shù)據(jù)庫(kù)、小文件的存儲(chǔ)的業(yè)務(wù)，大多是隨機(jī)IO。而視頻類(lèi)業(yè)務(wù)、大文件存取，則大多為順序IO。

3.44 選取合理的觀察指標(biāo)：

以上各指標(biāo)中，不用的應(yīng)用場(chǎng)景需要觀察不同的指標(biāo)，因?yàn)閼?yīng)用場(chǎng)景不同，有些指標(biāo)甚至是沒(méi)有意義的。

隨機(jī)訪(fǎng)問(wèn)和IOPS: 在隨機(jī)訪(fǎng)問(wèn)場(chǎng)景下，IOPS往往會(huì)到達(dá)瓶頸，而這個(gè)時(shí)候去觀察Throughput，則往往遠(yuǎn)低于理論值。

順序訪(fǎng)問(wèn)和Throughput：在順序訪(fǎng)問(wèn)的場(chǎng)景下，Throughput往往會(huì)達(dá)到瓶頸（磁盤(pán)限制或者帶寬），而這時(shí)候去觀察IOPS，往往很小。

文件系統(tǒng)各有不同，其最主要的目標(biāo)就是解決磁盤(pán)空間的管理問(wèn)題，同時(shí)提供高效性、安全性。如果在分布式環(huán)境下，則有相應(yīng)的分布式文件系統(tǒng)。Linux上有ext系列，Windows上有Fat和NTFS。如圖為一個(gè)linux下文件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。

其中VFS（Virtual File System）是Linux Kernel文件系統(tǒng)的一個(gè)模塊，簡(jiǎn)單看就是一個(gè)Adapter，對(duì)下屏蔽了下層不同文件系統(tǒng)之間的差異，對(duì)上為操作系統(tǒng)提供了統(tǒng)一的接口.

中間部分為各個(gè)不同文件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。

再往下是Buffer Cache和Driver。

詳細(xì)學(xué)習(xí)：深入理解Linux 的Page Cache

四、文件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

各種文件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式不同，因此性能、管理性、可靠性等也有所不同。下面為L(zhǎng)inux Ext2（Ext3）的一個(gè)大致文件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。

Boot Block存放了引導(dǎo)程序。

Super Block存放了整個(gè)文件系統(tǒng)的一些全局參數(shù)，如：卷名、狀態(tài)、塊大小、塊總數(shù)。他在文件系統(tǒng)被mount時(shí)讀入內(nèi)存，在umount時(shí)被釋放。

上圖描述了Ext2文件系統(tǒng)中很重要的三個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和他們之間的關(guān)系。

Inode：Inode是文件系統(tǒng)中最重要的一個(gè)結(jié)構(gòu)。如圖，他里面記錄了文件相關(guān)的所有信息，也就是我們常說(shuō)的meta信息。包括：文件類(lèi)型、權(quán)限、所有者、大小、atime等。Inode里面也保存了指向?qū)嶋H文件內(nèi)容信息的索引。其中這種索引分幾類(lèi)：

   直接索引：直接指向?qū)嶋H內(nèi)容信息，公有12個(gè)。因此如果，一個(gè)文件系統(tǒng)block size為1k，那么直接索引到的內(nèi)容最大為12k

• 間接索引
• 兩級(jí)間接索引
• 三級(jí)間接索引

如圖：

Directory代表了文件系統(tǒng)中的目錄，包括了當(dāng)前目錄中的所有Inode信息。其中每行只有兩個(gè)信息，一個(gè)是文件名，一個(gè)是其對(duì)應(yīng)的Inode。需要注意，Directory不是文件系統(tǒng)中的一個(gè)特殊結(jié)構(gòu)，他實(shí)際上也是一個(gè)文件，有自己的Inode，而它的文件內(nèi)容信息里面，包括了上面看到的那些文件名和Inode的對(duì)應(yīng)關(guān)系。如下圖：

Data Block即存放文件的時(shí)間內(nèi)容塊。Data Block大小必須為磁盤(pán)的數(shù)據(jù)塊大小的整數(shù)倍，磁盤(pán)一般為512字節(jié)，因此Data Block一般為1K、2K、4K。

Buffer & Cache

雖然Buffer和Cache放在一起了，但是在實(shí)際過(guò)程中Buffer和Cache是完全不同了。Buffer一般對(duì)于寫(xiě)而言，也叫“緩沖區(qū)”，緩沖使得多個(gè)小的數(shù)據(jù)塊能夠合并成一個(gè)大數(shù)據(jù)塊，一次性寫(xiě)入；Cache一般對(duì)于讀而且，也叫“緩存”，避免頻繁的磁盤(pán)讀取。如圖為L(zhǎng)inux的free命令，其中也是把Buffer和Cache進(jìn)行區(qū)分，這兩部分都算在了free的內(nèi)存。

Buffer Cache

Buffer Cache中的緩存，本質(zhì)與所有的緩存都是一樣，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也是類(lèi)似，下圖為VxSF的一個(gè)Buffer Cache結(jié)構(gòu)。

這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與memcached和Oracle SGA的buffer何等相似。左側(cè)的hash chain完成數(shù)據(jù)塊的尋址，上方的的鏈表記錄了數(shù)據(jù)塊的狀態(tài)。

Buffer vs Direct I/O

文件系統(tǒng)的Buffer和Cache在某些情況下確實(shí)提高了速度，但是反之也會(huì)帶來(lái)一些負(fù)面影響。一方面文件系統(tǒng)增加了一個(gè)中間層，另外一方面，當(dāng)Cache使用不當(dāng)、配置不好或者有些業(yè)務(wù)無(wú)法獲取cache帶來(lái)的好處時(shí)，cache則成為了一種負(fù)擔(dān)。

適合Cache的業(yè)務(wù)：串行的大數(shù)據(jù)量業(yè)務(wù)，如：NFS、FTP。

不適合Cache的業(yè)務(wù)：隨機(jī)IO的業(yè)務(wù)。如：Oracle，小文件讀取。

塊設(shè)備、字符設(shè)備、裸設(shè)備

這幾個(gè)東西看得很暈，找了一些資料也沒(méi)有找到很準(zhǔn)確的說(shuō)明。

從硬件設(shè)備的角度來(lái)看，

• 塊設(shè)備就是以塊（比如磁盤(pán)扇區(qū)）為單位收發(fā)數(shù)據(jù)的設(shè)備，它們支持緩沖和隨機(jī)訪(fǎng)問(wèn)（不必順序讀取塊，而是可以在任何時(shí)候訪(fǎng)問(wèn)任何塊）等特性。塊設(shè)備包括硬盤(pán)、CD-ROM 和 RAM 盤(pán)。
• 字符設(shè)備則沒(méi)有可以進(jìn)行物理尋址的媒體。字符設(shè)備包括串行端口和磁帶設(shè)備，只能逐字符地讀取這些設(shè)備中的數(shù)據(jù)。

從操作系統(tǒng)的角度看（對(duì)應(yīng)操作系統(tǒng)的設(shè)備文件類(lèi)型的b和c），

# ls -l /dev/*lvbrw------- 1 root system 22, 2 May 15 2007 lv
crw------- 2 root system 22, 2 May 15 2007 rlv1.2.3.

• 塊設(shè)備能支持緩沖和隨機(jī)讀寫(xiě)。即讀取和寫(xiě)入時(shí)，可以是任意長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)。最小為1byte。對(duì)塊設(shè)備，你可以成功執(zhí)行下列命令：dd if=/dev/zero of=/dev/vg01/lv bs=1 count=1。即：在設(shè)備中寫(xiě)入一個(gè)字節(jié)。硬件設(shè)備是不支持這樣的操作的（最小是512），這個(gè)時(shí)候，操作系統(tǒng)首先完成一個(gè)讀?。ㄈ?K，操作系統(tǒng)最小的讀寫(xiě)單位，為硬件設(shè)備支持的數(shù)據(jù)塊的整數(shù)倍），再更改這1k上的數(shù)據(jù)，然后寫(xiě)入設(shè)備。
• 字符設(shè)備只能支持固定長(zhǎng)度數(shù)據(jù)的讀取和寫(xiě)入，這里的長(zhǎng)度就是操作系統(tǒng)能支持的最小讀寫(xiě)單位，如1K，所以塊設(shè)備的緩沖功能，這里就沒(méi)有了，需要使用者自己來(lái)完成。由于讀寫(xiě)時(shí)不經(jīng)過(guò)任何緩沖區(qū)，此時(shí)執(zhí)行dd if=/dev/zero of=/dev/vg01/lv bs=1 count=1，這個(gè)命令將會(huì)出錯(cuò)，因?yàn)檫@里的bs（block size）太小，系統(tǒng)無(wú)法支持。如果執(zhí)行dd if=/dev/zero of=/dev/vg01/lv bs=1024 count=1，則可以成功。這里的block size有OS內(nèi)核參數(shù)決定。

如上，相比之下，字符設(shè)備在使用更為直接，而塊設(shè)備更為靈活。文件系統(tǒng)一般建立在塊設(shè)備上，而為了追求高性能，使用字符設(shè)備則是更好的選擇，如Oracle的裸設(shè)備使用。

裸設(shè)備

裸設(shè)備也叫裸分區(qū)，就是沒(méi)有經(jīng)過(guò)格式化、沒(méi)有文件系統(tǒng)的一塊存儲(chǔ)空間?？梢詫?xiě)入二進(jìn)制內(nèi)容，但是內(nèi)容的格式、其中信息的組織等問(wèn)題，需要使用它的人來(lái)完成。文件系統(tǒng)就是建立在裸設(shè)備之上，并完成裸設(shè)備空間的管理。

CIO

CIO即并行IO（Concurrent IO）。在文件系統(tǒng)中，當(dāng)某個(gè)文件被多個(gè)進(jìn)程同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)時(shí)，就出現(xiàn)了Inode競(jìng)爭(zhēng)的問(wèn)題。一般地，讀操作使用的共享鎖，即：多個(gè)讀操作可以并發(fā)進(jìn)行，而寫(xiě)操作使用排他鎖。當(dāng)鎖被寫(xiě)進(jìn)程占用時(shí)，其他所有操作均阻塞。因此，當(dāng)這樣的情況出現(xiàn)時(shí)，整個(gè)應(yīng)用的性能將會(huì)大大降低。如圖：

CIO就是為了解決這個(gè)問(wèn)題。而且CIO帶來(lái)的性能提高直逼裸設(shè)備。當(dāng)文件系統(tǒng)支持CIO并開(kāi)啟CIO時(shí)，CIO默認(rèn)會(huì)開(kāi)啟文件系統(tǒng)的Direct IO，即：讓IO操作不經(jīng)過(guò)Buffer直接進(jìn)行底層數(shù)據(jù)操作。由于不經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)Buffer，在文件系統(tǒng)層面就無(wú)需考慮數(shù)據(jù)一致性的問(wèn)題，因此，讀寫(xiě)操作可以并行執(zhí)行。

在最終進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的時(shí)候，所有操作都會(huì)串行執(zhí)行，CIO把這個(gè)事情交個(gè)了底層的driver。

LVM（邏輯卷管理），位于操作系統(tǒng)和硬盤(pán)之間，LVM屏蔽了底層硬盤(pán)帶來(lái)的復(fù)雜性。最簡(jiǎn)單的，LVM使得N塊硬盤(pán)在OS看來(lái)成為一塊硬盤(pán)，大大提高了系統(tǒng)可用性。

LVM的引入，使得文件系統(tǒng)和底層磁盤(pán)之間的關(guān)系變得更為靈活，而且更方便關(guān)系。LVM有以下特點(diǎn)：

• 統(tǒng)一進(jìn)行磁盤(pán)管理。按需分配空間，提供動(dòng)態(tài)擴(kuò)展。
• 條帶化（Striped）
• 鏡像（mirrored）
• 快照（snapshot）

LVM可以做動(dòng)態(tài)磁盤(pán)擴(kuò)展，想想看，當(dāng)系統(tǒng)管理員發(fā)現(xiàn)應(yīng)用空間不足時(shí)，敲兩個(gè)命令就完成空間擴(kuò)展，估計(jì)做夢(mèng)都要笑醒：）

LVM的磁盤(pán)管理方式

LVM中有幾個(gè)很重要的概念：

• PV（physical volume）：物理卷。在LVM中，一個(gè)PV對(duì)應(yīng)就是操作系統(tǒng)能看見(jiàn)的一塊物理磁盤(pán)，或者由存儲(chǔ)設(shè)備分配操作系統(tǒng)的lun。一塊磁盤(pán)唯一對(duì)應(yīng)一個(gè)PV，PV創(chuàng)建以后，說(shuō)明這塊空間可以納入到LVM的管理。創(chuàng)建PV時(shí)，可以指定PV大小，即可以把整個(gè)磁盤(pán)的部分納入PV，而不是全部磁盤(pán)。這點(diǎn)在表面上看沒(méi)有什么意義，但是如果主機(jī)后面接的是存儲(chǔ)設(shè)備的話(huà)就很有意義了，因?yàn)榇鎯?chǔ)設(shè)備分配的lun是可以動(dòng)態(tài)擴(kuò)展的，只有當(dāng)PV可以動(dòng)態(tài)擴(kuò)展，這種擴(kuò)展性才能向上延伸。
• VG（volume group）：卷組。一個(gè)VG是多個(gè)PV的集合，簡(jiǎn)單說(shuō)就是一個(gè)VG就是一個(gè)磁盤(pán)資源池。VG對(duì)上屏蔽了多個(gè)物理磁盤(pán)，上層是使用時(shí)只需考慮空間大小的問(wèn)題，而VG解決的空間的如何在多個(gè)PV上連續(xù)的問(wèn)題。
• LV（logical volume）：邏輯卷。LV是最終可供使用卷，LV在VG中創(chuàng)建，有了VG，LV創(chuàng)建是只需考慮空間大小等問(wèn)題，對(duì)LV而言，他看到的是一直聯(lián)系的地址空間，不用考慮多塊硬盤(pán)的問(wèn)題。

有了上面三個(gè)，LVM把單個(gè)的磁盤(pán)抽象成了一組連續(xù)的、可隨意分配的地址空間。除上面三個(gè)概念外，還有一些其他概念：

• PE（physical extend）: 物理擴(kuò)展塊。LVM在創(chuàng)建PV，不會(huì)按字節(jié)方式去進(jìn)行空間管理。而是按PE為單位。PE為空間管理的最小單位。即：如果一個(gè)1024M的物理盤(pán)，LVM的PE為4M，那么LVM管理空間時(shí)，會(huì)按照256個(gè)PE去管理。分配時(shí)，也是按照分配了多少PE、剩余多少PE考慮。
• LE（logical extend）：邏輯擴(kuò)展塊。類(lèi)似PV，LE是創(chuàng)建LV考慮，當(dāng)LV需要?jiǎng)討B(tài)擴(kuò)展時(shí)，每次最小的擴(kuò)展單位。

對(duì)于上面幾個(gè)概念，無(wú)需刻意去記住，當(dāng)你需要做這么一個(gè)東西時(shí)，這些概念是自然而然的。PV把物理硬盤(pán)轉(zhuǎn)換成LVM中對(duì)于的邏輯（解決如何管理物理硬盤(pán)的問(wèn)題），VG是PV的集合（解決如何組合PV的問(wèn)題），LV是VG上空間的再劃分（解決如何給OS使用空間的問(wèn)題）；而PE、LE則是空間分配時(shí)的單位。

如圖，為兩塊18G的磁盤(pán)組成了一個(gè)36G的VG。此VG上劃分了3個(gè)LV。其PE和LE都為4M。其中LV1只用到了sda的空間，而LV2和LV3使用到了兩塊磁盤(pán)。

串聯(lián)、條帶化、鏡像

串聯(lián)（Concatenation）: 按順序使用磁盤(pán)，一個(gè)磁盤(pán)使用完以后使用后續(xù)的磁盤(pán)。

條帶化（Striping）: 交替使用不同磁盤(pán)的空間。條帶化使得IO操作可以并行，因此是提高IO性能的關(guān)鍵。另外，Striping也是RAID的基礎(chǔ)。如：VG有2個(gè)PV，LV做了條帶數(shù)量為2的條帶化，條帶大小為8K，那么當(dāng)OS發(fā)起一個(gè)16K的寫(xiě)操作時(shí)，那么剛好這2個(gè)PV對(duì)應(yīng)的磁盤(pán)可以對(duì)整個(gè)寫(xiě)入操作進(jìn)行并行寫(xiě)入。

Striping帶來(lái)好處有：

并發(fā)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。讀寫(xiě)操作可以同時(shí)發(fā)送在多個(gè)磁盤(pán)上，大大提高了性能。

Striping帶來(lái)的問(wèn)題：

• 數(shù)據(jù)完整性的風(fēng)險(xiǎn)。Striping導(dǎo)致一份完整的數(shù)據(jù)被分布到多個(gè)磁盤(pán)上，任何一個(gè)磁盤(pán)上的數(shù)據(jù)都是不完整，也無(wú)法進(jìn)行還原。一個(gè)條帶的損壞會(huì)導(dǎo)致所有數(shù)據(jù)的失效。因此這個(gè)問(wèn)題只能通過(guò)存儲(chǔ)設(shè)備來(lái)彌補(bǔ)。
• 條帶大小的設(shè)定很大程度決定了Striping帶來(lái)的好處。如果條帶設(shè)置過(guò)大，一個(gè)IO操作最終還是發(fā)生在一個(gè)磁盤(pán)上，無(wú)法帶來(lái)并行的好處；當(dāng)條帶設(shè)置國(guó)小，本來(lái)一次并行IO可以完成的事情會(huì)最終導(dǎo)致了多次并行IO。

鏡像（mirror）

如同名字。LVM提供LV鏡像的功能。即當(dāng)一個(gè)LV進(jìn)行IO操作時(shí)，相同的操作發(fā)生在另外一個(gè)LV上。這樣的功能為數(shù)據(jù)的安全性提供了支持。如圖，一份數(shù)據(jù)被同時(shí)寫(xiě)入兩個(gè)不同的PV。

使用mirror時(shí)，可以獲得一些好處：

• 讀取操作可以從兩個(gè)磁盤(pán)上獲取，因此讀效率會(huì)更好些。
• 數(shù)據(jù)完整復(fù)雜了一份，安全性更高。

但是，伴隨也存在一些問(wèn)題:

• 所有的寫(xiě)操作都會(huì)同時(shí)發(fā)送在兩個(gè)磁盤(pán)上，因此實(shí)際發(fā)送的IO是請(qǐng)求IO的2倍
• 由于寫(xiě)操作在兩個(gè)磁盤(pán)上發(fā)生，因此一些完整的寫(xiě)操作需要兩邊都完成了才算完成，帶來(lái)了額外負(fù)擔(dān)。
• 在處理串行IO時(shí)，有些IO走一個(gè)磁盤(pán)，另外一些IO走另外的磁盤(pán)，一個(gè)完整的IO請(qǐng)求會(huì)被打亂，LVM需要進(jìn)行IO數(shù)據(jù)的合并，才能提供給上層。像一些如預(yù)讀的功能，由于有了多個(gè)數(shù)據(jù)獲取同道，也會(huì)存在額外的負(fù)擔(dān)。

快照（Snapshot）

快照如其名，他保存了某一時(shí)間點(diǎn)磁盤(pán)的狀態(tài)，而后續(xù)數(shù)據(jù)的變化不會(huì)影響快照，因此，快照是一種備份很好手段。

但是快照由于保存了某一時(shí)間點(diǎn)數(shù)據(jù)的狀態(tài)，因此在數(shù)據(jù)變化時(shí)，這部分?jǐn)?shù)據(jù)需要寫(xiě)到其他地方，隨著而來(lái)回帶來(lái)一些問(wèn)題。關(guān)于這塊，后續(xù)存儲(chǔ)也涉及到類(lèi)似的問(wèn)題，后面再說(shuō)。

這部分值得一說(shuō)的是多路徑問(wèn)題。IO部分的高可用性在整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)中可以說(shuō)是最關(guān)鍵的，應(yīng)用層可以壞掉一兩臺(tái)機(jī)器沒(méi)有問(wèn)題，但是如果IO不通了，整個(gè)系統(tǒng)都沒(méi)法使用。如圖為一個(gè)典型的SAN網(wǎng)絡(luò)，從主機(jī)到磁盤(pán)，所有路徑上都提供了冗余，以備發(fā)生通路中斷的情況。

如上圖結(jié)構(gòu)，由于存在兩條路徑，對(duì)于存儲(chǔ)劃分的一個(gè)空間，在OS端會(huì)看到兩個(gè)（兩塊磁盤(pán)或者兩個(gè)lun）?？膳碌氖牵琌S并不知道這兩個(gè)東西對(duì)應(yīng)的其實(shí)是一塊空間，如果路徑再多，則OS會(huì)看到更多。還是那句經(jīng)典的話(huà)，“計(jì)算機(jī)中碰到的問(wèn)題，往往可以通過(guò)增加的一個(gè)中間層來(lái)解決”，于是有了多路徑軟件。他提供了以下特性：

• 把多個(gè)映射到同一塊空間的路徑合并為一個(gè)提供給主機(jī)
• 提供fail over的支持。當(dāng)一條通路出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，及時(shí)切換到其他通路
• 提供load balance的支持。即同時(shí)使用多條路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，發(fā)揮多路徑的資源優(yōu)勢(shì)，提高系統(tǒng)整體帶寬。

Fail over的能力一般OS也可能支持，而load balance則需要與存儲(chǔ)配合，所以需要根據(jù)存儲(chǔ)不同配置安裝不同的多通路軟件。

多路徑除了解決了高可用性，同時(shí)，多條路徑也可以同時(shí)工作，提高系統(tǒng)性能。

Raid很基礎(chǔ)，但是在存儲(chǔ)系統(tǒng)中占據(jù)非常重要的地位，所有涉及存儲(chǔ)的書(shū)籍都會(huì)提到RAID。RAID通過(guò)磁盤(pán)冗余的方式提高了可用性和可高性，一方面增加了數(shù)據(jù)讀寫(xiě)速度，另一方面增加了數(shù)據(jù)的安全性。

RAID 0

對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行條帶化。使用兩個(gè)磁盤(pán)交替存放連續(xù)數(shù)據(jù)。因此可以實(shí)現(xiàn)并發(fā)讀寫(xiě)，但帶來(lái)的問(wèn)題是如果一個(gè)磁盤(pán)損壞，另外一個(gè)磁盤(pán)的數(shù)據(jù)將失去意義。RAID 0最少需要2塊盤(pán)。

RAID 1

對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行鏡像。數(shù)據(jù)寫(xiě)入時(shí)，相同的數(shù)據(jù)同時(shí)寫(xiě)入兩塊盤(pán)。因此兩個(gè)盤(pán)的數(shù)據(jù)完全一致，如果一塊盤(pán)損壞，另外一塊盤(pán)可以頂替使用，RAID 1帶來(lái)了很好的可靠性。同時(shí)讀的時(shí)候，數(shù)據(jù)可以從兩個(gè)盤(pán)上進(jìn)行讀取。但是RAID 1帶來(lái)的問(wèn)題就是空間的浪費(fèi)。兩塊盤(pán)只提供了一塊盤(pán)的空間。RAID 1最少需要2塊盤(pán)。

RAID 5

使用多余的一塊校驗(yàn)盤(pán)。數(shù)據(jù)寫(xiě)入時(shí)，RAID 5需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，以便得出校驗(yàn)位。因此，在寫(xiě)性能上RAID 5會(huì)有損失。但是RAID 5兼顧了性能和安全性。當(dāng)有一塊磁盤(pán)損壞時(shí)，RAID 5可以通過(guò)其他盤(pán)上的數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行恢復(fù)。

如圖可以看出，右下角為p的就是校驗(yàn)數(shù)據(jù)?？梢钥吹絉AID 5的校驗(yàn)數(shù)據(jù)依次分布在不同的盤(pán)上，這樣可以避免出現(xiàn)熱點(diǎn)盤(pán)（因?yàn)樗袑?xiě)操作和更新操作都需要修改校驗(yàn)信息，如果校驗(yàn)都在一個(gè)盤(pán)做，會(huì)導(dǎo)致這個(gè)盤(pán)成為寫(xiě)瓶頸，從而拖累整體性能，RAID 4的問(wèn)題）。RAID 5最少需要3塊盤(pán)。

RAID 6

RAID 6與RAID 5類(lèi)似。但是提供了兩塊校驗(yàn)盤(pán)（下圖右下角為p和q的）。安全性更高，寫(xiě)性能更差了。RAID 0最少需要4塊盤(pán)。

RAID 10（Striped mirror）

RAID 10是RAID 0 和RAID 1的結(jié)合，同時(shí)兼顧了二者的特點(diǎn)，提供了高性能，但是同時(shí)空間使用也是最大。RAID 10最少需要4塊盤(pán)。

需要注意，使用RAID 10來(lái)稱(chēng)呼其實(shí)很容易產(chǎn)生混淆，因?yàn)镽AID 0+1和RAID 10基本上只是兩個(gè)數(shù)字交換了一下位置，但是對(duì)RAID來(lái)說(shuō)就是兩個(gè)不同的組成。因此，更容易理解的方式是“Striped mirrors”，即：條帶化后的鏡像——RAID 10；或者“mirrored stripes”，即：鏡像后的條帶化。比較RAID 10和RAID 0+1，雖然最終都是用到了4塊盤(pán)，但是在數(shù)據(jù)組織上有所不同，從而帶來(lái)問(wèn)題。RAID 10在可用性上是要高于RAID 0+1的：

• RAID 0+1 任何一塊盤(pán)損壞，將失去冗余。如圖4塊盤(pán)中，右側(cè)一組損壞一塊盤(pán)，左側(cè)一組損壞一塊盤(pán)，整個(gè)盤(pán)陣將無(wú)法使用。而RAID 10左右各損壞一塊盤(pán)，盤(pán)陣仍然可以工作。
• RAID 0+1 損壞后的恢復(fù)過(guò)程會(huì)更慢。因?yàn)橄冉?jīng)過(guò)的mirror，所以左右兩組中保存的都是完整的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)恢復(fù)時(shí)，需要完整恢復(fù)所以數(shù)據(jù)。而RAID 10因?yàn)橄葪l帶化，因此損壞數(shù)據(jù)以后，恢復(fù)的只是本條帶的數(shù)據(jù)。如圖4塊盤(pán)，數(shù)據(jù)少了一半。

RAID 50

RAID 50 同RAID 10，先做條帶化以后，在做RAID 5。兼顧性能，同時(shí)又保證空間的利用率。RAID 50最少需要6塊盤(pán)。

總結(jié)：

• RAID與LVM中的條帶化原理上類(lèi)似，只是實(shí)現(xiàn)層面不同。在存儲(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的RAID一般有專(zhuān)門(mén)的芯片來(lái)完成，因此速度上遠(yuǎn)比LVM塊。也稱(chēng)硬RAID。
• 如上介紹，RAID的使用是有風(fēng)險(xiǎn)的，如RAID 0，一塊盤(pán)損壞會(huì)導(dǎo)致所有數(shù)據(jù)丟失。因此，在實(shí)際使用中，高性能環(huán)境會(huì)使用RAID 10，兼顧性能和安全；一般情況下使用RAID 5（RAID 50），兼顧空間利用率和性能；

DAS、SAN和NAS

DAS：有PATA、SATA、SAS等，主要是磁盤(pán)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。

• 單臺(tái)主機(jī)。在這種情況下，存儲(chǔ)作為主機(jī)的一個(gè)或多個(gè)磁盤(pán)存在，這樣局限性也是很明顯的。由于受限于主機(jī)空間，一個(gè)主機(jī)只能裝一塊到幾塊硬盤(pán)，而硬盤(pán)空間時(shí)受限的，當(dāng)磁盤(pán)滿(mǎn)了以后，你不得不為主機(jī)更換更大空間的硬盤(pán)。
• 獨(dú)立存儲(chǔ)空間。為了解決空間的問(wèn)題，于是考慮把磁盤(pán)獨(dú)立出來(lái)，于是有了DAS（Direct Attached Storage），即：直連存儲(chǔ)。DAS就是一組磁盤(pán)的集合體，數(shù)據(jù)讀取和寫(xiě)入等也都是由主機(jī)來(lái)控制。但是，隨之而來(lái)，DAS又面臨了一個(gè)他無(wú)法解決的問(wèn)題——存儲(chǔ)空間的共享。接某個(gè)主機(jī)的JBOD（Just a Bunch Of Disks，磁盤(pán)組），只能這個(gè)主機(jī)使用，其他主機(jī)無(wú)法用。因此，如果DAS解決空間了，那么他無(wú)法解決的就是如果讓空間能夠在多個(gè)機(jī)器共享。因?yàn)镈AS可以理解為與磁盤(pán)交互，DAS處理問(wèn)題的層面相對(duì)更低。使用協(xié)議都是跟磁盤(pán)交互的協(xié)議
• 獨(dú)立的存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)。為了解決共享的問(wèn)題，借鑒以太網(wǎng)的思想，于是有了SAN（Storage Area Network），即：存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于SAN網(wǎng)絡(luò)，你能看到兩個(gè)非常特點(diǎn)，一個(gè)就是光纖網(wǎng)絡(luò)，另一個(gè)是光纖交換機(jī)。SAN網(wǎng)絡(luò)由于不會(huì)之間跟磁盤(pán)交互，他考慮的更多是數(shù)據(jù)存取的問(wèn)題，因此使用的協(xié)議相對(duì)DAS層面更高一些。光纖網(wǎng)絡(luò)：對(duì)于存儲(chǔ)來(lái)說(shuō)，與以太網(wǎng)很大的一個(gè)不同就是他對(duì)帶寬的要求非常高，因此SAN網(wǎng)絡(luò)下，光纖成為了其連接的基礎(chǔ)。而其上的光纖協(xié)議相比以太網(wǎng)協(xié)議而言，也被設(shè)計(jì)的更為簡(jiǎn)潔，性能也更高。光纖交換機(jī)：這個(gè)類(lèi)似以太網(wǎng)，如果想要做到真正的“網(wǎng)絡(luò)”，交換機(jī)是基礎(chǔ)。
• 網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)。存儲(chǔ)空間可以共享，那文件也是可以共享的。NAS（Network attached storage）相對(duì)上面兩個(gè)，看待問(wèn)題的層面更高，NAS是在文件系統(tǒng)級(jí)別看待問(wèn)題。因此他面的不再是存儲(chǔ)空間，而是單個(gè)的文件。因此，當(dāng)NAS和SAN、DAS放在一起時(shí)，很容易引起混淆。NAS從文件的層面考慮共享，因此NAS相關(guān)協(xié)議都是文件控制協(xié)議。NAS解決的是文件共享的問(wèn)題；SAN（DAS）解決的是存儲(chǔ)空間的問(wèn)題。NAS要處理的對(duì)象是文件；SAN（DAS）要處理的是磁盤(pán)。為NAS服務(wù)的主機(jī)必須是一個(gè)完整的主機(jī)（有OS、有文件系統(tǒng)，而存儲(chǔ)則不一定有，因?yàn)榭梢运竺嬗纸恿艘粋€(gè)SAN網(wǎng)絡(luò)），他考慮的是如何在各個(gè)主機(jī)直接高效的共享文件；為SAN提供服務(wù)的是存儲(chǔ)設(shè)備（可以是個(gè)完整的主機(jī)，也可以是部分），它考慮的是數(shù)據(jù)怎么分布到不同磁盤(pán)。NAS使用的協(xié)議是控制文件的（即：對(duì)文件的讀寫(xiě)等）；SAN使用的協(xié)議是控制存儲(chǔ)空間的（即：把多長(zhǎng)的一串二進(jìn)制寫(xiě)到某個(gè)地址）

如圖，對(duì)NAS、SAN、DAS的組成協(xié)議進(jìn)行了劃分，從這里也能很清晰的看出他們之間的差別。

NAS：涉及SMB協(xié)議、NFS協(xié)議，都是網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)的協(xié)議。

SAN：有FC、iSCSI、AOE，都是網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。

DAS：有PATA、SATA、SAS等，主要是磁盤(pán)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。

從DAS到SAN，在到NAS，在不同層面對(duì)存儲(chǔ)方案進(jìn)行的補(bǔ)充，也可以看到一種從低級(jí)到高級(jí)的發(fā)展趨勢(shì)。而現(xiàn)在我們?？吹揭恍┓植际轿募到y(tǒng)（如hadoop等）、數(shù)據(jù)庫(kù)的sharding等，從存儲(chǔ)的角度來(lái)說(shuō)，則是在OS層面（應(yīng)用）對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。從這也能看到一種技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。

跑在以太網(wǎng)上的SAN

SAN網(wǎng)絡(luò)并不是只能使用光纖和光纖協(xié)議，當(dāng)初之所以使用FC，傳輸效率是一個(gè)很大的問(wèn)題，但是以太網(wǎng)發(fā)展到今天被不斷的完善、加強(qiáng)，帶寬的問(wèn)題也被不斷的解決。因此，以太網(wǎng)上的SAN或許會(huì)成為一個(gè)趨勢(shì)。

如圖兩個(gè)FC的SAN網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)FCIP實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)SAN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)在IP網(wǎng)絡(luò)上的傳輸。這個(gè)時(shí)候SAN網(wǎng)絡(luò)還是以FC協(xié)議為基礎(chǔ)，還是使用光纖。

iFCP

通過(guò)iFCP方式，SAN網(wǎng)絡(luò)由FC的SAN網(wǎng)絡(luò)演變?yōu)镮P SAN網(wǎng)絡(luò)，整個(gè)SAN網(wǎng)絡(luò)都基于了IP方式。但是主機(jī)和存儲(chǔ)直接使用的還是FC協(xié)議。只是在接入SAN網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候通過(guò)iFCP進(jìn)行了轉(zhuǎn)換

iSCSI

iSCSI是比較主流的IP SAN的提供方式，而且其效率也得到了認(rèn)可。

對(duì)于iSCSI，最重要的一點(diǎn)就是SCSI協(xié)議。SCSI（Small Computer Systems Interface）協(xié)議是計(jì)算機(jī)內(nèi)部的一個(gè)通用協(xié)議。是一組標(biāo)準(zhǔn)集，它定義了與大量設(shè)備（主要是與存儲(chǔ)相關(guān)的設(shè)備）通信所需的接口和協(xié)議。如圖，SCSI為block device drivers之下。

從SCIS的分層來(lái)看，共分三層：

高層：提供了與OS各種設(shè)備之間的接口，實(shí)現(xiàn)把OS如：Linux的VFS請(qǐng)求轉(zhuǎn)換為SCSI請(qǐng)求

中間層：實(shí)現(xiàn)高層和底層之間的轉(zhuǎn)換，類(lèi)似一個(gè)協(xié)議網(wǎng)關(guān)。

底層：完成于具體物理設(shè)備之間的交互，實(shí)現(xiàn)真正的數(shù)據(jù)處理。