[科普]數據存儲知識掃盲

一、Cache和Buffer之間的區別

Buffer，緩衝。主要是爲了提高內存和硬盤（或者其他I/O設備）之間的數據交換速度設計的。主要目的是爲了是數據的寫入速度更快。Buffer的設計主要是爲了更高效的寫入磁盤數據。把分散的寫入操作先存在緩衝區內，而後集中進行，這樣可以減少磁盤碎片和硬盤的反覆尋道時間，提高系統的性能，同時保護硬盤。在Linux系統中，有一個守護進程定期清空緩衝內容，也就是寫入磁盤。也可以通過sync命令手動清空緩衝區。同時，卸載磁盤設備時會清空緩衝，所以有時候卸載設備時候要等上一小會。

Cache，緩存。主要是爲了提高CPU和內存之間的數據交換速度設計的。主要是爲了數據的讀取速度更快。爲了進一步提高速度，設計了一級緩存，二級緩存，三級緩存。由於內存的讀取速度遠遠跟不上CPU的處理速度，同時根據程序運行的局部性原理，CPU執行的指令和訪問的數據往往集中在內存的某一塊，如果把這部分內容放入Cache中，就能提高CPU的訪問速度。

二、幾種硬盤接口類型

硬盤驅動器——HDD，Hard DIsk Drive

IDE（Integrated Drive Electronics）電子集成驅動器

存儲性能低，價格低廉應用範圍廣，現已經逐漸被淘汰。IDE是俗稱的並口。

SATA（Serial Advanced Technology Attachment）串行高級技術附件，一種串行硬件驅動器接口

存儲性能中，高容量低成本，現在比較流行，SATA是俗稱的串口。SATA接口需要主板南橋芯片的支持。

SCSI（Small Computer System Interface）小型計算機系統接口

並不是專門爲硬盤設計的接口，是爲了小型機上的數據傳輸設計的。

SAS（Serial Attached SCSI）串行連接SCSI

存儲性能高，是基於新一代SCSI技術，傳輸速度高，性能高效，並且兼容SATA硬盤。串口。

SSD（Solid State Disk）固態硬盤

目前流行的固態硬盤。存儲性能很高。用固態電子存儲芯片陣列製成的硬盤，由控制單元和存儲單元（DRAM或FLASH芯片）兩部分組成。

引申：Fusion IO

Fusion IO是一種基於PCIe接口的固態存儲卡。

普通SSD磁盤的IO路徑：cpu緩存→內存→Raid or SAS控制器→磁盤上的SATA or SAS芯片→Flash控制芯片→flash cell
FusionIO的路徑：cpu緩存→PCIe→卡上的flash控制芯片→flash cell （它的Driver使數據繞過了內存層），這也是爲什麼它只推PCIe接口卡形式產品，而不出SAS、SATA接口的產品
另外，raid控制器 or SAS控制器也是一個處理瓶頸，首先其處理能力是一個問題，其次它是一個單通道的，而Fushion IO使用的PCIe總線，雖然它PCIe是一個串行協議，但有X4 X8 X16等等，可以達到多個通道並行。
FusionIO的宣傳思路就是儘量縮短IO路徑，使IO wait儘可能的小，CPU的利用率會大大提高。至於它的最終落地的Flash芯片其實和普通SSD硬盤的flash芯片是一樣的東西。

（來源URL： http://www.saview.net/archives/20）

引申：串口與並口的區別：

形象的說，串口就是一條線路之間傳送，而並口是8個線路同一時刻傳送8個位（一個字節的數據）。但是並不是並口快，由於8位通道之間的互相干擾。傳輸時速度就受到了限制。而且當傳輸出錯時，要同時重新傳8個位的數據。串口沒有干擾，傳輸出錯後重發一位就可以了。所以要比並口快。串口硬盤就是這樣被人們重視的。

引申：主板的南橋和北橋

北橋、南橋是主板上芯片組的總線控制器。北橋連接系統總線，擔負着CPU訪問內存，顯卡，控制PCI總線。南橋主要負責IO設備的控制。
然而，現在的芯片組已經過渡到單芯片，主板上只有一個主板芯片，功能相當於以前的南橋。北橋的功能集成到CPU。

三、RAID

獨立冗餘磁盤陣列（Redundant Array of Independent Disk，RAID）是一種把多塊獨立的硬盤（物理硬盤）按不同的方式組合起來形成一個硬盤組（邏輯硬盤），從而提供比單個硬盤更高的存儲性能與數據備份能力的技術。RAID特色是N塊硬盤同時讀取速度加快及提供容錯性（Fault Tolerant）。冗餘磁盤陣列技術誕生於1987年，由美國加州大學伯克利分校提出。根據磁盤陳列的不同組合方式，可以將RAID分爲不同級別。級別並不代表技術高低，選擇哪一種RAID level的產品純視用戶的操作環境(operating environment)及應用而定，與級別高低沒有必然關係。比如：RAID 0：無差錯控制的帶區組；RAID 1：鏡像結構；RAID 2：帶海明碼校驗；RAID 3：帶奇偶校驗碼的並行傳送；RAID 4：帶奇偶校驗碼的獨立磁盤結構；RAID 5：分佈式奇偶校驗的獨立磁盤結構等等。