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  • 存储介质

    2019-07-01 20:30:43
    存储介质类型 种类 特点 物理磁盘 机械硬盘HDD 机械读写头寻址,比SSD速度慢,不抗摔 光学存储器 CD光盘,DVD数字视频光盘 不可擦写 磁带存储器 磁带 比磁盘便宜,慢,容量大 快闪...
    存储介质类型 种类 特点
    物理磁盘 机械硬盘HDD 机械读写头寻址,比SSD速度慢,不抗摔
    光学存储器 CD光盘,DVD数字视频光盘 不可擦写
    磁带存储器 磁带 比磁盘便宜,慢,容量大
    快闪存储器 SD卡,游戏卡,U盘,SSD 闪存,可擦写,掉电保护,控制器直接读写,速度快
    主存储器 内存 DRAM 动态随机存取存储器,掉电易失,依据电荷量刷新
    SRAM 静态随机存取存储器,不刷新,掉电易失
    ROM 只读存储器,不易失性,速度慢
    高速缓冲存储器 缓存 频繁访问的数据
    寄存器 CPU的一部分 指令和地址存储,相当于中转站

    CPU访问顺序:一级缓存(SRAM);二级缓存(DRAM);内存(RAM/ROM)

     

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  • 存储介质与存储网络

    2018-06-20 13:43:38
    存储介质存储介质,顾名思义是数据存储所需的载体,具体而言指存储二进制信息的物理载体。比如软盘、光盘、DVD、硬盘、闪存、U盘、CF卡、SD卡、MMC卡、SM卡、记忆棒(Memory Stick)、xD卡等。目前常见的存储介质:...

    存储介质

    存储介质,顾名思义是数据存储所需的载体,具体而言指存储二进制信息的物理载体。比如软盘、光盘、DVD、硬盘、闪存、U盘、CF卡、SD卡、MMC卡、SM卡、记忆棒(Memory Stick)、xD卡等。

    目前常见的存储介质:

    (1)硬盘:一种非易失性的、可随机编址、可重写的,且使用磁性介质盘片作为存储介质的数据存储设备。其寻址访问、数据存储速度快,但成本高,适合做快速响应访问的场合。

    (2)磁带:磁带是一种按数据发送的顺序将数据写入,并且能够以数据的存储位置顺序将数据读出,读写速度快,容量大,脱机存放容易,成本低,适合做长期保存的场合。

    (3)光盘:高密度光盘使用的是光学存储介质而非磁性载体,它是用聚焦的氢离子激光束处理记录介质的方法存储和再生信息的一种数据存储设备。适合做长期数据保留且对读写速度要求不高的场合。

    (4)磁带机:是传统数据存储备份中最常见的一种存储设备。其通常由磁带驱动器和磁带构成,是一种经济、可靠、容量大、速度快的备份设备。

    (5)磁带库:磁带库是基于磁带的备份系统,磁带库由多个驱动器、多个插槽及机械手臂组成,它能够提供与磁带机相同的基本自动备份和数据恢复功能,但同时具有更先进的技术特点。

    (6)磁盘阵列:磁盘阵列由一个或多个磁盘子系统中的磁盘组成的磁盘集合,这些磁盘由控制软件组合到一起并统一控制。

    控制软件将磁盘集合的总磁盘容量作为一个或者多个虚拟磁盘提供给主机。控制软件在磁盘控制器运行的控制软件通常称为固件或微码。在主机中运行的控制软件通常称为卷管理器。磁盘阵列通常由一个或者多个控制框及一个或者多个扩展狂构成,可以为应用系统提供高可靠性、大容量的数据存储空间。

    (7)虚拟磁带库:虚拟磁带库集成了仿真软件的基于磁盘的备份系统,仿真软件可是基于磁盘的系统发挥磁带库的作用。其由三部分组件构成:计算机硬件、应用软件及磁盘阵列。

    虚拟带库允许客户配置虚拟磁带驱动器、虚拟磁带盒和指定磁带盒容量。与物理磁带库不同的是,物理磁带库需要购买并安装额外的磁带驱动器,而虚拟磁带库通过该改变软件配置即可增加虚拟磁带驱动器,而这不需要花费任何额外的硬件成本。

    存储网络

    根据服务器类型分为:封闭系统的存储和开放系统的存储。

    封闭系统主要指大型机,开放系统指基于Windows、UNIX、Linux等操作系统的服务器;

    开放系统的存储分为:内置存储和外挂存储;外挂存储根据连接的方式分为:直连式存储(Direct-Attached Storage,简称DAS)和网络化存储(Fabric-Attached Storage,简称FAS);

    网络化存储根据传输协议又分为:网络接入存储(Network-Attached Storage,简称NAS)和存储区域网络(Storage Area Network,简称SAN)。

    DAS存储

    DAS存储在我们生活中是非常常见的,尤其是在中小企业应用中,DAS是最主要的应用模式,存储系统被直连到应用的服务器中,在中小企业中,许多的数据应用是必须安装在直连的DAS存储器上。

    DAS存储更多的依赖服务器主机操作系统进行数据的IO读写和存储维护管理,数据备份和恢复要求占用服务器主机资源(包括CPU、系统IO等),数据流需要回流主机再到服务器连接着的磁带机(库),数据备份通常占用服务器主机资源20-30%,因此许多企业用户的日常数据备份常常在深夜或业务系统不繁忙时进行,以免影响正常业务系统的运行。直连式存储的数据量越大,备份和恢复的时间就越长,对服务器硬件的依赖性和影响就越大。

    直连式存储与服务器主机之间的连接通道通常采用SCSI连接,随着服务器CPU的处理能力越来越强,存储硬盘空间越来越大,阵列的硬盘数量越来越多,SCSI通道将会成为IO瓶颈;服务器主机SCSI ID资源有限,能够建立的SCSI通道连接有限。

    无论直连式存储还是服务器主机的扩展,从一台服务器扩展为多台服务器组成的群集(Cluster),或存储阵列容量的扩展,都会造成业务系统的停机,从而给企业带来经济损失,对于银行、电信、传媒等行业7×24小时服务的关键业务系统,这是不可接受的。并且直连式存储或服务器主机的升级扩展,只能由原设备厂商提供,往往受原设备厂商限制。

    NAS存储

    NAS存储也通常被称为附加存储,顾名思义,就是存储设备通过标准的网络拓扑结构(例如以太网)添加到一群计算机上。NAS是文件级的存储方法,它的重点在于帮助工作组和部门级机构解决迅速增加存储容量的需求。如今用户采用NAS较多的功能是用来文档共享、图片共享、电影共享等等,而且随着云计算的发展,一些NAS厂商也推出了云存储功能,大大方便了企业和个人用户的使用。

    NAS产品是真正即插即用的产品。NAS设备一般支持多计算机平台,用户通过网络支持协议可进入相同的文档,因而NAS设备无需改造即可用于混合Unix/Windows NT局域网内,同时NAS的应用非常灵活。

    NAS又一个关键性问题,即备份过程中的带宽消耗。与将备份数据流从LAN中转移出去的存储区域网(SAN)不同,NAS仍使用网络进行备份和恢复。NAS 的一个缺点是它将存储事务由并行SCSI连接转移到了网络上。这就是说LAN除了必须处理正常的最终用户传输流外,还必须处理包括备份操作的存储磁盘请求。

    SAN存储

    存储区域网络,从名字上我们也可以看出,这个是通过光纤通道交换机连接存储阵列和服务器主机,最后成为一个专用的存储网络。SAN经过十多年历史的发展,已经相当成熟,成为业界的事实标准(但各个厂商的光纤交换技术不完全相同,其服务器和SAN存储有兼容性的要求)。

    SAN提供了一种与现有LAN连接的简易方法,并且通过同一物理通道支持广泛使用的SCSI和IP协议。SAN不受现今主流的、基于SCSI存储结构的布局限制。特别重要的是,随着存储容量的爆炸性增长,SAN允许企业独立地增加它们的存储容量。SAN的结构允许任何服务器连接到任何存储阵列,这样不管数据置放在那里,服务器都可直接存取所需的数据。因为采用了光纤接口,SAN还具有更高的带宽。

    因为SAN解决方案是从基本功能剥离出存储功能,所以运行备份操作就无需考虑它们对网络总体性能的影响。SAN方案也使得管理及集中控制实现简化,特别是对于全部存储设备都集群在一起的时候。最后一点,光纤接口提供了10公里的连接长度,这使得实现物理上分离的、不在机房的存储变得非常容易。

    DAS、NAS、SAN对比

    根据DAS、NAS、SAN的不同特性,DAS及SAN是基于存储空间的磁盘分配,是基于硬件层面的存储方式,而NAS则是基于应用层面的存储方式,可以根据应用环境来对其进行总结。

    DAS多采用SCSI或SAS接口,由于部署节点的单一性及较高的性能,适用于单一节点的企业级应用,或者地理位置比较分散的服务器使用。DAS由于部署的局限性目前使用量越来越少。

    NAS利用现有以太网网络,因此部署灵活,部署的成本非常低,基于TCP/IP协议的特性可以提供丰富的网络服务,基于文件的形式提供数据的存储及备份,但是TCP/IP协议决定了数据传输的数据打包及解包会占用系统资源,另外传输速率受限于以太网的速率,因此不适用于企业级应用,通常部署于部门级应用。

    SAN存储使用光纤网络进行传输,并且独立于应用网络,可以提供非常高的带宽,数据的传输基于块协议,无需对数据进行处理,直接进行传送,因此性能最好,另外光纤线路可以提供远距离的高带宽链路,可以实现数据中心的异地灾备应用,但是部署成本较高。因此SAN存储多应用于企业级的存储部署中。


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  • Linux - 存储介质

    2020-06-14 13:56:43
    存储介质存储介质安装卸载存储设备查看已挂载的文件系统的列表 存储介质 Linux具有出色的功能来处理存储设备,无论是物理存储(例如硬盘)还是网络存储,还是虚拟存储设备(例如RAID独立磁盘冗余阵列和LVM逻辑卷管理...

    存储介质

    Linux具有出色的功能来处理存储设备,无论是物理存储(例如硬盘)还是网络存储,还是虚拟存储设备(例如RAID独立磁盘冗余阵列和LVM逻辑卷管理器)。

    1. mount - 挂载文件系统
    2. umount - 卸载文件系统
    3. fsck - 检查并修复文件系统
    4. fdisk - 分区表操纵器
    5. mkfs - 创建文件系统
    6. dd - 将面向块的数据直接写入设备
    7. genisoimage (mkisofs) - 创建ISO 9660图像文件
    8. md5sum - 计算MD5校验和

    安装卸载存储设备

    管理存储设备的第一步是将设备连接到文件系统树。此过程称为安装,使设备可以参与操作系统。类似Unix的操作系统(例如Linux)维护着一个文件系统树,该树在各个位置都连接了设备。这与其他操作系统(例如MS-DOS和Windows)形成了鲜明对比,其他操作系统为每个设备维护单独的文件系统树(例如C:\,D:\等)。
    名为/ etc / fstab的文件列出了在引导时要挂载的设备(通常是硬盘分区)。这是CentOS 7系统中的/ etc / fstab文件示例:

    [root@localhost ~]# cat /etc/fstab 
    #
    # /etc/fstab
    # Created by anaconda on Sun Jun 14 17:34:01 2020
    #
    # Accessible filesystems, by reference, are maintained under '/dev/disk'
    # See man pages fstab(5), findfs(8), mount(8) and/or blkid(8) for more info
    #
    /dev/mapper/centos-root  /                       xfs     defaults        0 0
    UUID=5ba0d0a2-8da6-411b-b6e3-5688b5748e41  /boot                   xfs     defaults        0 0
    /dev/mapper/centos-swap  swap                    swap    defaults        0 0
    

    这些是硬盘分区。文件的每一行包含六个字段,如下所示:

    1. Device: 传统上,此字段包含与物理设备关联的设备文件的实际名称,例如/ dev / hda1(第一个IDE通道上主设备的第一个分区)。 但是对于当今的计算机而言,它们具有许多可热插拔的设备(例如USB驱动器),因此许多现代Linux发行版都将设备与文本标签关联起来。 当设备连接到系统时,操作系统会读取此标签(在格式化时添加到存储介质中)。 这样不管哪个设备文件分配给了实际的物理设备,仍然可以正确识别.
    2. Mount Point:设备连接到文件系统树的目录。
    3. File System Type:Linux允许挂载许多文件系统类型。大多数本机Linux文件系统都是ext3,但也支持许多其他文件系统,例如FAT16(msdos),FAT32(vfat),NTFS(ntfs),CD-ROM(iso9660)等。
    4. Options:可以使用各种选项挂载文件系统。 例如,可以将文件系统挂载为只读,或者阻止任何程序从文件系统执行(可移动媒体的有用安全功能)。
    5. Frequency:一个数字,指定是否以及何时文件使用dump命令备份系统。
    6. Order:一个数字,指定使用fsck命令检查文件系统的顺序。

    查看已挂载的文件系统的列表

    [root@localhost ~]# mount
    sysfs on /sys type sysfs (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,seclabel)
    proc on /proc type proc (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime)
    devtmpfs on /dev type devtmpfs (rw,nosuid,seclabel,size=919536k,nr_inodes=229884,mode=755)
    securityfs on /sys/kernel/security type securityfs (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime)
    tmpfs on /dev/shm type tmpfs (rw,nosuid,nodev,seclabel)
    devpts on /dev/pts type devpts (rw,nosuid,noexec,relatime,seclabel,gid=5,mode=620,ptmxmode=000)
    tmpfs on /run type tmpfs (rw,nosuid,nodev,seclabel,mode=755)
    tmpfs on /sys/fs/cgroup type tmpfs (ro,nosuid,nodev,noexec,seclabel,mode=755)
    /dev/mapper/centos-root on / type xfs (rw,relatime,seclabel,attr2,inode64,noquota)
    selinuxfs on /sys/fs/selinux type selinuxfs (rw,relatime)
    hugetlbfs on /dev/hugepages type hugetlbfs (rw,relatime,seclabel)
    debugfs on /sys/kernel/debug type debugfs (rw,relatime)
    systemd-1 on /proc/sys/fs/binfmt_misc type autofs (rw,relatime,fd=35,pgrp=1,timeout=0,minproto=5,maxproto=5,direct,pipe_ino=16438)
    mqueue on /dev/mqueue type mqueue (rw,relatime,seclabel)
    `/dev/sda1 on /boot type xfs (rw,relatime,seclabel,attr2,inode64,noquota)`
    sunrpc on /var/lib/nfs/rpc_pipefs type rpc_pipefs (rw,relatime)
    tmpfs on /run/user/0 type tmpfs (rw,nosuid,nodev,relatime,seclabel,size=186312k,mode=700)
    ......
    

    清单的格式为:mount_point上的设备类型为file_system_type(选项)。 如黄色行显示设备/ dev / sda1已安装为根文件系统,其类型为xfs,并且可读写(选项“ rw”)。 首先,让我们看一下插入CD-ROM之前的系统:

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    存储介质

    一、存储介质



    前言

    cache是计算机存储体系中的一部分,是存储体系发展这么多年逐渐稳定后的产物,涉及的知识甚广,光cache的设计就有许多门道,此外还可以扩展虚拟存储器的问题,甚至虚拟机的问题,每个大问题背后都有许多为了提高计算机性能而提出的方案和知识。笔者只是个正在找工作的入门者,由一个项目接触到cache,于是顺着cache这条线,边学边码,希望能够一点一点将存储体系结构这块地图给拼凑完整。内容基于个人理解,错误地方或者不恰当处,欢迎指正


    一、存储介质是什么?

    计算机中不论是数据还是指令,都是用很多个0/1,也就是高/低电平表示出来的,每一个0/1都是1bit。所以计算机存储的东西也就是这1bit1bit的电平信号。那么拿什么存储呢?基本可以分为ROM/RAM/FLASH。

    先分个大概,ROM(read only memory)就是只读存储器,厂子做出来的时候,把里面每个单元里存储的电平高低给固定好了,你只能从ROM中读出高低电平,不能去修改单元的电平。

    RAM(random access memory)随机存储器,可以往外读,也能往里写。

    FLASH——前面ROM/RAM都是以字节为单位进行读或者写,FLASH跟他们最大的区别就是以块为单位。FLASH也是可读可写的存储器。

    二、ROM

    ROM结构
    ROM存储高低电平是通过是否放置MOS管来实现的。放管子的地方存储0,没有管子的地方就是1。例如,要选字2的时候,字线输入’b0010,使得字线2上的两个管子被选通,有管子的位由于接地导通,输出为0,否则输出为1。如图将输出’b0101。

    既然存储的电平是由有无管子决定的,有无管子在制作的时候就确定了,不能修改,所以它是个只读存储器,不能任意修改。

    1.PROM

    后来生厂商为了更好的满足客户需求,做了种PROM。跟上图的结构类似,但是每个cross点之间都有一根MOS管,用户拿到之后,可以根据自己的需要,把自己的程序烧写进去。写入为1的bit,会把对应的管子烧断,写入为0的,管子就不会断。这样PROM在烧写过一次程序之后,就变成了ROM,从此这个程序就固定在里面了。所以看出来了吧,PROM出生的时候是万能百变的,但只要被烧过一次,这辈子就定型了。

    2.EPROM

    EPROM(erasable programmable ROM)——由于PROM是个一辈子只能硬一次的货,一旦烧错或者更改程序,那PROM就得被扔了,跟durex一样,不够环保。为了响应地球母亲的号召,厂商又高出了个EPROM,写进去的程序可以被擦除,重新写入的ROM。

    EPROM用的不是普通的MOS管,而是用的双栅极结构的管子,如下图。
    双栅极MOS管写入状态
    控制栅上加个高压,可以让沟道里的电子温度上升,变成热电子,很容易就被勾引到浮栅上。当浮栅上有了电子之后,这群电子就赖着不走了。他们不仅赖着不走,还屏蔽了控制栅的电压。原本浮栅上无电子时,控制栅上施加正电压可以打开沟道,现在正电压被浮栅屏蔽了,沟道打不开了,就跟管子关断一样,也就是ROM结构中没有管子的情况。再整理一遍,浮栅上有电子=没管子,浮栅上没有电子=有管子。那么PROM是通过高电压把管子烧断,EPROM则是通过施加高压,让浮栅上存有电子,把管子关死。

    浮栅上的电子动如脱兔,不动如死狗,一旦上到浮栅,就赖着不走了。这时候需要用紫外光照射,让电子逃出浮栅,于是管子又成了个新管子了。此外,如果没有紫外光或下文提到的高电压,电子在浮栅上可以住上个一二十年不带挪个腚的,所以用浮栅晶体管替代电容作为存储介质,瞬间持久了不少是不是?

    3.EEPROM

    EPROM用紫外光可以擦除所存储的信息——这里说的信息,就是0/1,也就是管子的有/无,也就是浮栅上是/否有电子。那么在平时工作,不想修改时,就不能让管子照到紫外光,需要遮挡。这样一个存储器除了添加紫外光源,还需要控制电路,十分麻烦。于是就有了EEPROM(electrically erasable programmable ROM)——也就是用电压实现擦除。前面说用紫外光可以烫走死狗,其实用一个雷劈也行。所以EEPROM有两个工作电压,平时小电压用来读存储信息,暖暖的很贴心。暴躁起来用十万伏特烧一遍,翻新重来。

    三、RAM

    RAM顾名思义,可读可写,那么EPROM和EEPROM也是可读可写,有啥区别?原理不同。ROM的每个cell是用有无管子来作为存储信息,没管子或者管子关断,就存1,否则反之。RAM主要分为SRAM和DRAM,他们跟ROM最大的区别就是断电后数据不能保存。(这类掉电不保存数据的称为挥发性记忆体volatile memory)

    1.DRAM

    DRAM(dynamic RAM)——动态存储的结构则是一个MOS管+一个电容。DRAM cell
    写入1时,选通管子,给电容充电,写入0时,则给电容放电。读取时,选通管子,让电容中的电流出来输出0或1。充了电的电容,即使不用,里面的电荷也会慢慢泄露,所以需要时不时给它充电,也就是刷新。这就是dynamic的由来。DRAM需要刷新的特点,决定了一旦断电,里面存的数据就无法被保存了。计算机的内存就是DRAM的典型代表,计算机的内存在存储体系中算是中等体量的存储体,速度也中等。

    2.SRAM

    SRAM(static RAM)——静态存储,跟动态存储的区别很显然就是不用动不动就被刷新。这是因为SRAM中一个cell不是用电容存储信息的,而是用两个反相器相互连接形成锁存器,保持住Q与~Q的信息,如下图。
    SRAM cell
    一个cell,也就是一个bit有6个MOS管管理。4个管子形成2个反相器(M1234)。M5和M6是控制管。
    在这里插入图片描述
    读的时候,给BL和~BL都预充为1,然后WL选通M56,此时Q=0,会把BL的电平卸掉。如果Q=1,则!BL的电平会被卸掉。写的时候,写1的时候,需要给BL一个高电压,超过反相器的翻转阈值,改变锁存器的锁存数据。

    由于DRAM有刷新过程,而且充放电的过程让写入的速度变慢。所以SRAM速度要比DRAM快,在存储结构中,SRAM更适合做L1/L2的存储体,DRAM则适合作为L3/内存的存储体。而速度快的DRAM,一个bit需要6根管子,自然需要的体积就很大了,所以DRAM是个又小又快的货。这里的小是指存储体量小,因为L1/L2一般是作为片上高速缓存,没办法给它太大的体积。相同体积下,6个管子存1bit,能存的bit就比较少。

    四、FLASH

    闪存,闪这个名字来自于其比EEPROM的擦写速度快,此外FLASH即弥补了ROM只读的限制,还弥补了RAM掉电易失的缺陷。主要分为NOR FLASH和NAND FLASH。

    EPROM和EEPROM都是intel的产品,后来东芝公司的员工富士雄利用业余时间设计了读写和擦除都比EEPROM快很多的东西,但是当时东芝不重视,最终NOR FLASH的大部分市场份额还是归属于intel。

    1.NOR FLASH

    首先,NOR FLASH跟EEPROM的原理差不多,也是使用浮栅晶体管作为存储介质单元,并利用热电子效应把电子送上浮栅。每个管子的源极和漏极都接出来作为字线和位线,所以NOR FLASH可以随机访问任意字,任意bit。这也就使得它可以像RAM一样支持直接访问执行程序,而不用像NAND FLASH一样整块读出来放到RAM中,然后再执行。

    2.NAND FLASH

    NAND FLASH也是使用浮栅晶体管,但是送电子上下浮栅的不再是热电子效应,而是量子的隧道效应。这样做速度不如热电子效应,但是省电。并且为了提高存储密度,它把一组场效应管(一般是8、16bits位)串行连接在一起,只拉出一跟位线。所以NAND FLASH的特点是读写操作以页为单位,擦除则是以块为单位,不能像NOR FLASH那样灵活读写,当然也不支持直接访问执行程序。且读写速度没有NOR FLASH快。但是由于密度高,NAND FLASH体积小,几乎是同存储容量的NOR FLASH的一半,价格也低。

    3.应用

    NOR FLASH多应用于手机市场,用于存储代码和数据。在PC上的BIOS部分也使用NOR,这是由于开机启动程序BIOS必须是在支持执行程序的NOR上使用,无法被NAND替代。NAND FLASH多用在U盘,MP3等,主要是出于成本考量。

    五、磁盘HDD

    传统的硬盘使用的是磁存储技术,即磁头扫描碟片,根据磁化方向确定存储的信息。很显然,磁存储也是非易矢的。由于机械式硬盘在读写时要求碟片高速转动,千/万rpm的转速是常见的,此外磁头需要保持与碟片很近的距离,所以机械硬盘功率高是一方面,还不耐操,而且读写速度还不够快。
    磁盘内部结构
    替代HDD的产品叫SSD(solid state drives)固态硬盘。用的是NAND FLASH颗粒存储。SSD内部还维护了一张页表,用于映射虚拟地址和物理地址使用,该页表存储在内部的DRAM中,以支持快速访问。掉电后页表丢失,为了保证映射关系不丢失,NAND FLASH中会存储有映射关系,且会定期更新,上电后将子集投射到DRAM中。

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空空如也

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