[科普]数据存储知识扫盲

一、Cache和Buffer之间的区别

Buffer,缓冲。主要是为了提高内存和硬盘(或者其他I/O设备)之间的数据交换速度设计的。主要目的是为了是数据的写入速度更快。Buffer的设计主要是为了更高效的写入磁盘数据。把分散的写入操作先存在缓冲区内,而后集中进行,这样可以减少磁盘碎片和硬盘的反复寻道时间,提高系统的性能,同时保护硬盘。在Linux系统中,有一个守护进程定期清空缓冲内容,也就是写入磁盘。也可以通过sync命令手动清空缓冲区。同时,卸载磁盘设备时会清空缓冲,所以有时候卸载设备时候要等上一小会。

Cache,缓存。主要是为了提高CPU和内存之间的数据交换速度设计的。主要是为了数据的读取速度更快。为了进一步提高速度,设计了一级缓存,二级缓存,三级缓存。由于内存的读取速度远远跟不上CPU的处理速度,同时根据程序运行的局部性原理,CPU执行的指令和访问的数据往往集中在内存的某一块,如果把这部分内容放入Cache中,就能提高CPU的访问速度。

二、几种硬盘接口类型

硬盘驱动器——HDD,Hard DIsk Drive

IDE(Integrated Drive Electronics)电子集成驱动器
存储性能低,价格低廉应用范围广,现已经逐渐被淘汰。IDE是俗称的并口。

SATA(Serial Advanced Technology Attachment)串行高级技术附件,一种串行硬件驱动器接口
存储性能中,高容量低成本,现在比较流行,SATA是俗称的串口。SATA接口需要主板南桥芯片的支持。

SCSI(Small Computer System Interface)小型计算机系统接口
并不是专门为硬盘设计的接口,是为了小型机上的数据传输设计的。

SAS(Serial Attached SCSI)串行连接SCSI
存储性能高,是基于新一代SCSI技术,传输速度高,性能高效,并且兼容SATA硬盘。串口。

SSD(Solid State Disk)固态硬盘
目前流行的固态硬盘。存储性能很高。用固态电子存储芯片阵列制成的硬盘,由控制单元和存储单元(DRAM或FLASH芯片)两部分组成。

引申:Fusion IO
Fusion IO是一种基于PCIe接口的固态存储卡。
普通SSD磁盘的IO路径:cpu缓存→内存→Raid or SAS控制器→磁盘上的SATA or SAS芯片→Flash控制芯片→flash cell
FusionIO的路径:cpu缓存→PCIe→卡上的flash控制芯片→flash cell (它的Driver使数据绕过了内存层),这也是为什么它只推PCIe接口卡形式产品,而不出SAS、SATA接口的产品
另外,raid控制器 or SAS控制器也是一个处理瓶颈,首先其处理能力是一个问题,其次它是一个单通道的,而Fushion IO使用的PCIe总线,虽然它PCIe是一个串行协议,但有X4 X8 X16等等,可以达到多个通道并行。
FusionIO的宣传思路就是尽量缩短IO路径,使IO wait尽可能的小,CPU的利用率会大大提高。至于它的最终落地的Flash芯片其实和普通SSD硬盘的flash芯片是一样的东西。
(来源URL: http://www.saview.net/archives/20)

引申:串口与并口的区别:
形象的说,串口就是一条线路之间传送,而并口是8个线路同一时刻传送8个位(一个字节的数据)。但是并不是并口快,由于8位通道之间的互相干扰。传输时速度就受到了限制。而且当传输出错时,要同时重新传8个位的数据。串口没有干扰,传输出错后重发一位就可以了。所以要比并口快。串口硬盘就是这样被人们重视的。

引申:主板的南桥和北桥
北桥、南桥是主板上芯片组的总线控制器。北桥连接系统总线,担负着CPU访问内存,显卡,控制PCI总线。南桥主要负责IO设备的控制。
然而,现在的芯片组已经过渡到单芯片,主板上只有一个主板芯片,功能相当于以前的南桥。北桥的功能集成到CPU。

三、RAID

独立冗余磁盘阵列(Redundant Array of Independent Disk,RAID)是一种把多块独立的硬盘(物理硬盘)按不同的方式组合起来形成一个硬盘组(逻辑硬盘),从而提供比单个硬盘更高的存储性能与数据备份能力的技术。RAID特色是N块硬盘 同时读取速度加快提供容错性(Fault Tolerant)。冗余磁盘阵列技术诞生于1987年,由美国加州大学伯克利分校提出。根据磁盘陈列的不同组合方式,可以将RAID分为不同级别。级别并不代表技术高低,选择哪一种RAID level的产品纯视用户的操作环境(operating environment)及应用而定,与级别高低没有必然关系。比如:RAID 0:无差错控制的带区组;RAID 1:镜像结构;RAID 2:带海明码校验;RAID 3:带奇偶校验码的并行传送;RAID 4:带奇偶校验码的独立磁盘结构;RAID 5:分布式奇偶校验的独立磁盘结构等等。


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