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本文目录结构:
Q: 首先我们要区分硬盘和电脑磁盘的区别?
答: 两者概念是非常容易混淆的名称解析分别如下:
Q: 磁盘与内存的区别?
1.磁盘就是通过磁性进行读写功能的设备,断电后保存的文件不会丢失。 2.内存也可以储存但由于存储的载体和磁盘不同,断电后就不能保存数据。
Q: 什么是硬盘? 其物理组成?
答: 综上所述
硬盘是磁盘(硬磁盘)中的一种
并且我们所说的软盘也是磁盘(软磁盘)。 由许多的盘片(正反两面都可用)、主轴马达、磁头、机械手臂锁组成的;
Q: 磁盘运行原理?
答: 实际运行时候主轴马达让磁盘转动,然后机械手臂可伸展让读取头(Header)在盘片(数据都是写在具有磁盘磁性物质)上进行读写操作;
Q: 磁盘基本组成结构的五个方面盘片(platter)/ 磁头(head)/ 磁道(track)/ 扇区(sector)/柱面(cylinder)
?
1.Platter / head : 一个磁盘(如一个 1T 的机械硬盘)由多个盘片(如下图中的 0 号盘片)叠加而成(一般不超过5片)。盘片的表面涂有磁性物质(记录二进制数据) ,
因为正反两面都可涂上磁性物质,故一个盘片可能会有两个盘面
, 并且每个盘面都对应地有一个读/写磁头。 2.track / sector : 每个盘片被划分为一个个磁道,每个磁道又划分为一个个扇区。 其中最内侧磁道上的扇区面积最小,因此数据密度最大
。 3.cylinder : 每个盘面对应一个磁头。所有的磁头都是连在同一个磁臂上的,因此所有磁头只能“共进退”。所有盘面中相对位置相同的磁道组成柱面
, 简单的说就是由扇区组成的同一水平面的圆环以及竖立面的圆柱。
WeiyiGeek.磁盘基本组成结构
Q: 扇区、块/簇、page的关系?
答: 扇区(
硬盘的最小读写单元
)、块/簇(是操作系统针对硬盘读写的最小单元
)、page(是内存与操作系统之间操作的最小单元
) 关系: 扇区 <= 块/簇 <= page
Q: 磁盘的物理地址讲述及其作用?
答: 由上可知可用(柱面号Cylinder,盘面号(Disk no),扇区号sector)来定位任意一个“磁盘块”。 在“文件的物理结构”小节中,我们经常提到文件数据存放在外存中的几号块(逻辑地址),这个块号就可以转换成
(柱面号,盘面号,扇区号)
的地址形式, 可根据该地址读取一个“块”,操作如下:
Q: 计算磁盘存储量的公式?
答: Header 数量 每个 Header 负责的柱面数量 每个柱面含有的扇区数 扇区容量; 单位换算: header (cylinder / header) (sector /cylinder) 512byte 简单写法: Head Cylinder Sector 512Bytes 简单描述: 存储容量 = 磁头数 × 磁道(柱面)数 × 每道扇区数 × 每扇区字节数 例如假设磁盘是一个 3个盘片 6个磁头,7个柱面(每个盘片7个磁道) 的磁盘,图3中每条磁道有12个扇区; 磁盘的容量: 6 7 12 512 Bytes = 258048 B
外侧磁道上的扇区面积最大
)的密度小,内圈(内侧磁道上的扇区面积最小
)的密度大,但是每圈可存储的数据量是一样的Q: 磁盘性能关键参数?
缓冲存储器 : 磁盘内部含有一个缓冲存储器,主要将磁盘内常使用的数据缓存起来以加速系统读取性能。目前主流产品可达32MB 转速 : 主轴马达转速直接影响到期磁盘性能,一般常规的台式机磁盘每分钟7200转、笔记本则为5400转,若有高性能的数据访问需求建议选择高转速硬盘;
Q: 磁盘读取响应时间?
答: 读写一次磁盘信息所需的时间可分解为
寻道时间、延迟时间、传输时间
,为提高磁盘传输效率软件应着重考虑减少寻道时间和延迟时间。 1.寻道时间:磁头从开始移动到数据所在磁道所需要的时间,寻道时间越短,I/O操作越快,目前磁盘的平均寻道时间一般在3-15ms,一般都在10ms左右。 2.旋转延迟:盘片旋转将请求数据所在扇区移至读写磁头下方所需要的时间,旋转延迟取决于磁盘转速。普通硬盘一般都是7200rpm,慢的5400rpm。 3.数据传输时间:完成传输所请求的数据所需要的时间。 小结一下: 从上面的指标来看、其实最重要的、或者说、我们最关心的应该只有两个寻道时间、旋转延迟
。
Tips: 由于磁盘内部机械手臂上磁头与盘面接触是非常细微的空间,所以任何非正常抖动会导致数据损坏或者磁盘损坏,尽量不要直接断开电源因为机械手臂必须要回归原位(正常关机即可);
问:什么是并行接口?
答:并行接口指的是并行传输的接口,比如有0~9十个数字,用10条传输线,那么每根线只需要传输一位数字即可完成。 从理论上看,并行传输效率很高,但是由于线路上的物理原因,
它的传输频率不能太高,所以实际的传输速度并不和并行度成正比
,甚至可能更差。
问:什么是串行接口?
答:串行接口指的是串行传输的接口,同样是0~9十个数字,用1条传输线,那么需要传输10次,才可以完成。 从理论上看,串行传输效率不高,
但是由于它的数据准确性,高频率的支持
,使得传输速度可以很高。
目前计算机的外部接口大多被串行接口取代,比如:USB,1394,COM等等都是串行接口,而硬盘的外部接口也已经被串行接口(SATA/SAS)占领。
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Q: 磁盘传输接口有那些?目前磁盘应该与主机系统连接主要的几种传输接口规格?
SATA Revision 3.0
)每秒传输600MB/S,前一代每秒传输300MB/S; 有两条线一条信号线缆另外一条是电源线缆;描述:硬盘接口协议/规范可以分为2类:ATA和SCSI以及固态的NVMe
。
Q: 不同接口的固态硬盘协议速度对比?
WeiyiGeek.固态硬盘协议速度对比
ATA接口协议
PATA(Parallel ATA)接口
也就是并行ATA接口,以前的PC机大多用的这种接口的硬盘。硬盘转速通常不太高容量大 7200 / 5400 转/s
,目前PC机或者IOPS要求不是太高的存储多使用这种接口的硬盘。WeiyiGeek.
SCSI接口协议:它是一种智能的通用接口标准(各种计算机与外部设备之间的接口标准)
早期的计算机外设(打印机,扫描仪等等)
也大多使用这种并行接口现在使用这种接口的硬盘已经很少
。(Serial Attached SCSI)
,是新一代的SCSI技术这类硬盘转速高/IOPS高
,适用于OLTP系统的存储。另外SAS的接口技术已经可以兼容SATA
,也就是说如果主板上有个SAS接口是可以接SATA硬盘的,但是反之不行,并且SAS由于采用了串行SCSI接口所以其传输速率可以达到SATA的速率的2倍之多,比如Ultrastar DC HC310
, SATA 3接口速率6Gb/s 而 SAS 接口速率12Gb/s;WeiyiGeek.
存储 Storage- DELL 12GB HD-Mini-HD-Mini SAS 缆线接口购买地址
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描述:所谓的存储方案,就是用单独的软硬件将磁盘/磁盘组管理起来供主机使用的场景;
磁盘存储市场上分类根据服务器类型分为以下几类:
1) 封闭系统的存储: 主要指大型机,,AS400等服务器
2) 开放系统的存储: 指基于包括Windows、UNIX、Linux等操作系统的服务器
内置存储
外挂存储(目前的外挂存储解决方案主要分为三种)
* (1) 直连式存储 (`DAS:Direct Attached Storage`)
* (2) 网络存储 (`FAS: Fabric-Attached Storge`)
* (2.1) 网络接接入存储 (`NAS:Network Attached Storage`)
* (2.2) 存储区域网络 (`SAN:Storage Area Network`)
在一般小企业中存储方案内部使用的硬盘多为SATA/SAS
经过串联/RAID之后对主机提供访问接口,而中大型企业一般都购买的专门的存储设备并且使用SSD硬盘进行构建存储数据池;
简单说明:
描述:直接连接存储DAS是指将存储设备通过SCSI接口或FC接口
直接连接到一台计算机上,值得关注的是DAS不算是网络存储;因为只有它所挂载的主机才可访问它,不过现在单块磁盘的空间已经很大如果几个T的空间,直接在主机里插硬盘就可以实现了不需要外挂(前提服务器有空闲接口
)。
DAS方案中外接式存储设备目前主要是指RAID、JBOD
等。
优点:
实现大容量存储;将多个磁盘合并成一个逻辑磁盘,满足海量存储的需求。
可实现应用数据和操作系统的分离:操作系统一般存放本机硬盘中,而应用数据放置于阵列中。
提高存取性能:操作单个文件资料,同时有多个物理磁盘在并行工作,运行速度比单个磁盘运行速度高。
实施简单:无须专业人员操作和维护,节省用户投资。
局限:
服务器本身容易成为系统瓶颈;
服务器发生故障,数据不可访问;
对于存在多个服务器的系统来说,设备分散,不便管理。同时多台服务器使用DAS时,存储空间不能在服务器之间动态分配,可能造成相当的资源浪费;
数据备份操作复杂。
WeiyiGeek.DAS
描述:网络连接存储NAS是指将存储设备通过标准的网络拓扑结构(例如以太网)连接到一群计算机上,即在网络中放置一个单独的存储服务器,此存储服务器开启网络共享。 NAS有文件系统和IP地址可以类似的理解为网上邻居的共享磁盘。它更多的是作为文件共享、备份、归档所用,比如数据库的历史备份/异地备份文件。
优点:
* 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。
* NAS设备的物理位置同样是灵活的。它们可放置在工作组内,靠近数据中心的应用服务器,或者也可放在其他地点,通过物理链路与网络连接起来。无需应用服务器的干预,NAS设备允许用户在网络上存取数据,这样既可减小CPU的开销,也能显著改善网络的性能。
局限:
NAS没有解决与文件服务器相关的一个关键性问题,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。
由于存储数据通过普通数据网络传输,因此易受网络上其它流量的影响。当网络上有其它大数据流量时会严重影响系统性能;
由于存储数据通过普通数据网络传输,因此容易产生数据泄漏等安全问题;
存储只能以文件方式访问,而不能像普通文件系统一样直接访问物理数据块,因此会在某些情况下严重影响系统效率,比如大型数据库就不能使用NAS。
WeiyiGeek.NAS
存储区域网络(SAN:Storage Area Network) 目前的SAN存储有3种:
还有就是在做集群时(failover clustering) 作为仲裁盘;
注:这种连接需要单独的存储产品
可以通过交换机连接。
优点:
* 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。
局限:
成本和复杂性,特别是在光纤信道中这些缺陷尤其明显。使用光纤信道的情况下,合理的成本大约是1千兆或者两千兆大概需要五万到六万美金。从另一个角度来看,虽然新推出的基于iSCSI的SAN解决方案大约只需要两万到三万美金,但是其性能却无法和光纤信道相比较。在价格上的差别主要是由于iSCSI技术使用的是现在已经大量生产的吉比特以太网硬件,而光纤通道技术要求特定的价格昂贵的设备。
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三种存储解决方案的对比:
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NAS和SAN最本质的不同就是文件管理系统在哪里换句话说NAS和SAN存储系统的区别是NAS有自己的文件系统管理。
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补充说明:
(1) IP SCAN(iSCSI)与SCSI对比:
前面我们对SCSI做了一个简单的介绍,下面我们在对其进行介绍:
SCSI(Small Computer System Interface)
小型计算机系统接口:SCSI是一种智能的通用接口标准,一种用于计算机和智能设备之间(硬盘、软驱、光驱、打印机、扫描仪等)系统级接口的独立处理器标准。
iSCSI(Internet Small Computer System Interface)
Internet小型计算机系统接口:是一种在TCP/IP上进行数据块传输的标准,是由CiSCO和IBM两家公司发起的,并且得到了各大存储厂商的大力支持。网卡速度也比不上FC卡,由于协议开销效率相对低一些
;西部数据官网
西部数据的硬盘有一大特色,就是根据硬盘不同的命名色调风格来区分不同型号的硬盘使用场景针对用户群体的定位,
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硬盘新特点:
比如3.5寸的“WD10EZRZ”就是1TB、5400RPM的绿盘,型号尾部字母"Z"的就是原来的绿盘
;
比如3.5寸的“WD10EZEX”则是1TB、7200RPM的蓝盘;
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1) WD Blue 官方介绍 WD Blue PC Mobile Hard Drive
WD Blue PC Desktop Hard Drive
由于绿盘已合并进入蓝盘产品线就在这里同一进行介绍其特点:
绿盘特点: 噪音低,适合家用,作为下载盘,
蓝盘特点: 适合家用
2) WD Red 官方介绍 WD Red NAS Hard Drive
WD Red Pro NAS Hard Drive
红盘特点: 适合在NAS环境运作,7天24小时运作的环境。西数新推出的针对NAS市场的硬盘,面向的是拥有1 至5 个硬盘位的家庭或小型企业NAS用户。 优点:性能特性与绿盘比较接近,功耗较低、噪音较小、能够适应长时间的连续工作,拥有特色技术NASware,这技术让其兼容性更加出色,无论是针对NAS或是RAID都能够拥有突出的兼容性表现。
3) WD Black 官方介绍 WD Black Performance Mobile Hard Drive
WD Black Performance Desktop Hard Drive
黑盘特点: LS WD Caviar Black 主要适用于企业,吞吐量大的服务器,高性能计算应用,诸如多媒体视频和相片编辑,高性能游戏机。
4) WD Purple 官网介绍 WD Purple Surveillance Hard Drive
紫盘特点: 绿盘AV-GP的马甲,支持串流忽视CRC校验,适合视频监控存储,247设计。
此外还有企业盘:最高性能,超大缓存,速度快。企业级硬盘具有724小时不间断作业能力,与桌面级硬盘相比,企业级硬盘最重要的不同之处在于可靠性,长时间运作,以及很高的MTBF(Mean Time Before Failure,平均故障时间)速度是差不多的
。企业级硬盘跟服务器级别硬盘并不太一样,在性能上不一定要拥有比桌面级更加优秀的表现,对于企业用户来说稳定性更为重要的
,在长时间复杂的工作中,假如硬盘忽然发生故障,将会给企业带来不可弥补的损失。
5) WD Gold 官方介绍 WD Gold Enterprise Class SATA Hard Drive
总结区分:
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描述:与西部数据类似它有四种盘即台式机硬盘/NAS硬盘/监控硬盘/企业级硬盘
等常规的机械硬盘;
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备注: 以上价格均来自2019年淘宝的价格
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