关于存储技术的最强入门科普
来源：鲜枣课堂
说到“存储”，大家会想到什么？
是这个？
还是这个？
又或者是这个？
哈哈，没错，我们现在处于信息时代，每天都在和电脑、手机打交道。我们的工作和生活，已经完全离不开视频、音乐、图片、文本、表格这样的数据文件。
而所有这些数据文件，都需要通过电子设备进行保存，这就是数据存储，简称存储。
▉ 存储的基本载体——硬盘
对于普通用户来说，最常见的存储设备，就是硬盘。
我们知道，计算机的三大核心硬件，分别是CPU（中央处理器）、内存（Memory）和硬盘（Hard Disk）。CPU负责运算，硬盘负责存储。而内存，是CPU和硬盘之间的桥梁。用于暂时存放CPU中的运算数据。
CPU、内存、硬盘
绝大部分的台式机、服务器、手机，都是内置存储系统 。也就是说，它们的硬盘安装在设备内部。
以普通台式机为例，硬盘通过专用接口和数据线，连接在主板上，实现和CPU、内存的数据连接。
台式机上安装好的硬盘
常用的硬盘专用接口如下：
手机等数码设备的“硬盘”，则是做成了很小的存储芯片，直接焊在主板上。
常见的手机存储芯片：eMMC、UFS（更快）
我们再来简单看看硬盘的内部结构 。
目前主流的硬盘类型有两种，分别是传统机械硬盘和SSD固态硬盘。小枣君以大家比较熟悉的机械硬盘为例进行介绍。
左边是机械硬盘，右边是SSD固态硬盘
硬盘之所以叫硬盘，是因为它的核心部分是一块或多块由坚硬金属材料制成的盘片 。盘片上面涂抹了磁性介质，两面都可以记录信息。在盘面上读/写数据的，是磁头 。
硬盘，也叫磁盘（有点像唱片机）
下图显示的是一个盘面：
盘面中一圈圈灰色同心圆为一条条磁道 。从圆心向外画直线，可以将磁道划分为若干个弧段，每个弧段被称之为一个扇区 （Sector，图中绿色部分）。
扇区是磁盘的最小组成单元。大家应该看出来了，越靠圆心，扇区越短。那么，是不是越往外，扇区越长，存储的数据越多呢？
不一定。
老式的硬盘，不管靠内还是靠外，每个扇区的大小是一样的，都是512字节。这种硬盘用柱面-磁头-扇区号（CHS，Cylinder-Head-Sector）组成的编号进行寻址。
而现在主流的硬盘，扇区密度是一致的，也就是说，越靠外侧，扇区数越多。每个扇区的大小是4K字节，用一个逻辑块编号寻址（LBA，Logical Block Addressing）。
以扇区为基础，一个或多个连续的扇区组成一个块，叫做物理块 。所以，硬盘往往又叫块设备（Block Device）。
▉ 什么是逻辑卷？什么是文件系统？
为了方便管理，我们可以将硬盘这样的物理块设备，分割成多个逻辑块设备。或者，我们也可以将多个物理块设备，组合成一个容量更大的逻辑块设备。
底层的相关技术和工具，包括RAID（大家可能比较熟悉）、JBOD、卷管理系统（Volume Manager）。
Windows的卷管理系统，就是它自带的磁盘管理工具。而Linux的，是大名鼎鼎的LVM（Logical Volume Manager，逻辑卷管理）。
我们先说说Windows的。
在Windows中，磁盘分为基本磁盘和动态磁盘。默认情况下，用户用的都是基本磁盘。
一个基本磁盘可以划分为多个分区，分区类别包括主分区、扩展分区和逻辑分区。
硬盘分区
主分区是硬盘的启动分区，我们常说的“C盘”就是硬盘上的主分区。MBR分区表可以划分出4个主分区。如果使用GPT分区，可以管理128个主分区。
除去主分区以外，硬盘剩下的容量就被认定为扩展分区。扩展分区不能直接使用。扩展分区可以分成一个或若干个逻辑分区，也就是我们的“D盘”、“E盘”等。
动态磁盘是基本磁盘的升级模式。在动态磁盘中，分区叫做卷 。卷的出现，就是为了便于对多硬盘进行管理。
简单来说，动态磁盘可以将不同硬盘分到一个卷。假如你手中有160G和250G硬盘各一块，如果想划分90G和320G的分区，就可以借助动态磁盘来完成。
动态磁盘里面的卷，又分为简单卷、跨区卷、带区卷、镜像卷、RAID-5卷。限于篇幅，就不做具体介绍了。基本磁盘里的分区，现在也被微软改叫为卷。
再来看看Linux的LVM工具。
其实LVM和动态磁盘的思路差不多的，也是把物理空间变成逻辑空间。
首先，物理存储介质进行初始化，变成物理卷（PV，physical volume） 。
然后，一个或多个物理卷组成一个卷组（VG，Volume Group） 。
创建卷组之后，再创建逻辑卷（LV，logical volume） 。
整个过程，如下图所示：
LVM主要元素的构成
好了，不管是Windows还是Linux，逻辑卷都有了，是不是可以直接使用它们啦？
不行，还差一步。那就是文件系统（File System） 。
文件系统就像仓库管理员。作为用户，你不需要知道仓库里面到底是什么样子，只需要把货物交给他，他会以一个树形结构目录，登记这些货物。你来取的时候，只需要告诉他路径，他就会把货物交给你。
文件夹结构
文件系统有很多种类型，常见的有Windows的FAT/FAT32/NTFS（大家应该很熟悉），还有就是Linux的EXT2/EXT3/EXT4/XFS/BtrFS等。
Windows系统下，通过对分区（卷）进行文件系统格式化，再分配一个盘符，我们就可以在“我的电脑”里看到可用的磁盘。Linux系统下，我们需要对逻辑卷进行文件系统格式化，然后执行挂载操作，也就能对存储空间进行使用了。
▉ 什么是DAS/NAS/SAN
除了内置存储之外，随着存储容量需求的不断增加，加上维护便利性的需要，计算机系统开始引入了外挂存储 。也就是说，硬盘从计算机的内部，跑到了计算机的外部。
外挂存储分为两种，一种是直连式存储（DAS，Direct Attached Storage） ，还有一种是网络存储（FAS，Fabric Attached Storage） 。
DAS直连式存储，一般是使用专用线缆（例如SCSI），与存储设备（例如磁盘阵列）进行直连。
虽然数据存储设备看似在外部，但直接挂接在服务器内部总线上，是整个服务器结构的一部分。
DAS的缺点是存储设备只能连接到一台主机使用，无法共享，成本较高，且安全性可靠性较低。
FAS网络存储，是一种多点连接式的存储。它又分为NAS（Network-attached Storage，网络接入存储） 和SAN（Storage Area Network，存储区域网络） 。
这些概念的名字非常像，大家千万别晕。画个图看得明白一些：
NAS与DAS相比，最大的特点是非直连。它可以通过IP网络，实现多台主机与存储设备之间的连接。
NAS大大提高了存储的安全性、共享性和成本。但是I/O（输入输出）渐渐成为性能瓶颈。随着应用服务器的不断增加，网络系统效率会急剧下降。为了解决这个问题，出现了SAN存储方案。
SAN是在NAS基础上做的演进。它通过专用光纤通道交换机 访问数据，采用ISCSI、FC协议。
SAN和NAS的关键区别，就在于文件系统的位置 。画个图就明白了：
可以看出，如果说SAN是一块网络硬盘的话，NAS基本上已经像一台独立的服务器了。 NAS拥有文件系统，用户可以通过TCP/IP协议直接访问上面的数据。
现在很多家庭都开始使用 小型 NAS设备 ， 相当于 一个小型服务器。
在NAS的模式下，不同的客户端可以使用网络文件系统（Network File System） 访问NAS上的文件。常见的网络文件系统有Windows网络的CIFS（也叫SMB）、类Unix系统网络的NFS等。
FTP、HTTP其实也算是文件存储的某种特殊实现，它们通过某个URL地址来访问一个文件。
▉ 未完待续……
随着互联网的持续发展，网络上的数据量在不断激增，这给存储系统带来了巨大的压力和挑战。
云计算的兴起，会给我们全新的解决方案吗？
请看下期——《对象存储的深度揭秘》
资料推荐
非常详细的Verilog讲义教程，共472页
网上最全！半导体资料免费下载！
ISSCC 2008~2020全网最全论文集+PPT下载
经典半导体制造工艺PPT(2000页）
CICC2020 芯片设计全套PPT
超级经典资料：模拟集成电路讲义（1008页PPT）
关于存储技术的最强入门科普
来源：科普中国
版权归原作者所有，如有侵权请及时联系
崇尚科学，关爱家庭
珍惜生命，反对邪教
相关问答
存储技术有多少种?
存储技术是指用于存储和保存数据的技术,其中包括磁盘存储、内存存储、光盘存储、固态硬盘存储、网络存储等多种类型。磁盘存储包括机械硬盘和固态硬盘,内存存...
目前有哪些主流存储技术?
存储区域网络(StorageAreaNetwork,SAN)是一种连接外接存储设备和服务器的架构。人们采用包括光纤通道技术、磁盘阵列、磁带柜、光盘柜(en)的各种技术进行...
光存储技术指的是什么?
光存储技术是指使用光信号(如激光、闪光或LED)对数据进行写入和读取的技术。它可以将数据存储在磁盘、光碟或其他光存储设备上,从而使得读写变得更加快速、稳...
存储技术的重要性?
储存技术太重要了,有些重要的东西必须得存放好,要是手法不熟练,存的不好就取消了储存技术太重要了,有些重要的东西必须得存放好,要是手法不熟练,存的不好就取...
传统的数据存储与管理技术有哪些?
(1)顺序存储方法:该方法把逻辑上相邻的结点存储在物理位置上相邻的存储单元里,结点间的逻辑关系由存储单元的邻接关系来体现。(2)链接存储方法:该方法...(...
存储技术中的存储基础有哪些?-懂得
3、存储基础:磁盘、RAID阵列、文件系统等存储相关硬件和软件的安装、配置、调试
如果人类掌握了意识的转移和储存技术，是否就可以做到永生不灭?
哈哈,谢邀!这个问题很有意思,我想在我们小时候,当看到电视剧中的各路神仙逍遥自在,不受年龄限制,少则数十万岁,多则上千万岁时,肯定都会十分羡慕。当长...题...
快速储存技术有什么用?
是个非常有用的技术。可以提高磁盘的读写性能和保护磁盘的技术。一些人自以为是比英特尔公司的工程师更聪明资深的“人才”说的话不必理会。英特尔快速存储...
什么是一种采用光存储技术存储信息的存储器?
光盘是一种采用光存储技术存储信息的存储器。利用光学原理储存数据的存储器是“光盘”。光盘是利用激光原理进行读、写的设备,是迅速发展的一种辅助存储器,可...
光盘存储技术的研究始于哪一年?
对它的研究始于1968年,下面是关于光盘存储技术的几个重要时间节点:1968年,美国的ECD(EnergyConversionDevice)公司就开始研究晶态和非晶态之间的转换。1971...
