存储(计算机存储)

为什么数据存储很重要

凸显存储重要性的是新数据生成的稳步攀升，这可归因于大数据和丰富的物联网(IoT)设备．现代存储系统需要增强能力，允许企业应用机器学习支持的人工智能(AI)捕捉数据，分析它，并从中获得最大价值。

更大的应用程序脚本和实时数据库分析有助于高密度和可扩展存储系统的出现，包括高性能计算存储、融合基础设施、组合存储系统、hyper-converged存储基础设施、可扩展和可扩展的网络连接存储(NAS)和对象存储平台。

到2025年，预计将有163 zettabytes字节(ZB)的新数据将产生，根据IT分析公司IDC的一份报告。这一估计表明，到2016年，ZB的产量可能会增加10倍。

数据存储如何工作

这个词存储通常指用户的数据，更具体地说，指用于捕获的集成硬件和软件系统，管理数据并按优先级排序．这包括应用程序、数据库、数据仓库、归档、备份设备和云存储．

通过使用软件命令将数字信息写入目标存储媒体。计算机存储器中最小的度量单位是位，根据单个电容器中所含的电压等级，用0或1的二进制值来描述。八个比特构成一个比特字节．

其他需要了解的容量测量方法有:

• 千比特(Kb)
• 兆比特(Mb)
• 千兆(Gb)
• terabit (Tb)
• petabit (Pb)
• exabit (Eb)

更大的措施包括:

• 千字节(KB)等于1024字节
• 兆字节(MB)，等于1024 KB
• GB (GB)，相当于1024 MB
• TB (TB)等于1024 GB
• PB (PB)等于1024 TB
• exabyte (EB)等于1024 PB

很少有组织需要单个存储系统或连接的系统可以达到一个eb的数据，但有可以扩展到多个pb的存储系统。

数据存储容量要求定义了运行一个应用程序、一组应用程序或数据集所需的存储容量。容量要求考虑到数据的类型。例如，简单的文档可能只需要千字节的容量，而图形密集型文件，如数字照片，可能占用兆字节的空间，而视频文件可能需要千兆字节的存储空间。计算机应用程序通常会列出运行它们所需的最小容量和推荐容量要求。

在机电盘上，字节在扇区内存储数据块。硬盘是涂有一层薄磁性材料的圆形盘片。圆盘安装在主轴上，转速可达每分钟15000转。当它旋转时，数据被写入磁盘表面使用磁记录头。一个高速执行器手臂将记录头定位到磁盘上的第一个可用空间，允许以循环方式写入数据。

标准硬盘的扇区大小为512字节。磁盘的最新进展包括用木瓦盖磁记录在这种方法中，数据写入以重叠的方式进行，以提高盘片的面积密度。

在固态驱动器上(ssd)，数据被写入池NAND闪存，设计与浮动栅晶体管，使电池保持电荷。从技术上讲，SSD并不是一个驱动器，但它的设计特征与集成电路类似，具有潜在的数百万个nanotransistors放置在毫米大小的硅片上。

在分级存储管理系统的帮助下，备份数据副本被写入磁盘设备。尽管与过去相比不那么普遍，一些组织的策略仍然是将基于磁盘的备份数据写入磁带作为三级存储层。这是受法律法规约束的组织的最佳实践。

虚拟带库(VTL)根本不用磁带。它是一种数据按顺序写入磁盘，但保留磁带的特性和属性的系统。VTL的价值在于它的快速恢复和可扩展性。

评估存储层次结构

组织越来越多地使用分层存储，根据应用程序的容量、遵从性和性能要求，自动将数据放置在不同的存储媒体上。

企业数据存储通常分为主存储和辅助存储，这取决于数据的使用方式及其所需的媒体类型。主存储器处理公司日常生产和主要业务线的核心应用程序工作负载。

主存储器偶尔被称为主存储器或主内存．数据保存在随机存取存储器(内存)和其他内置设备，比如处理器的L1缓存。辅助存储器包括闪存、硬盘、磁带和其他需要I/O操作的设备上的数据。次要存储介质通常用于备份和云存储。

主存储器通常提供比二级存储因为存储器与计算机处理器的距离很近。另一方面，辅助存储器可以比主存储器容纳更多的数据。辅助存储还将非活动数据复制到备份存储设备，同时保持它的高可用性，以防再次需要。

商业的数字化转型促使越来越多的公司部署多种混合云，增加远程层来支持本地存储。

数据存储设备/介质的类型

数据存储媒体有不同的容量和速度水平。其中包括高速缓存存储器、动态RAM (动态随机存取记忆体）或主存;磁带和磁盘;光碟，如cd、dvd及蓝光光碟;闪存以及内存存储的各种迭代；和高速缓冲存储器．

除了主存，计算机还包含非易失性只读存储器(ROM)，这意味着数据不能被写入其中。

目前使用的主要存储介质类型包括硬盘驱动器(hdd)、固态存储器、光存储器和磁带。旋转hdd使用的是堆叠在一起的盘片，盘片覆盖在磁性介质上，磁头可以向介质读写数据。hdd广泛用于个人电脑、服务器和企业存储系统的存储，但ssd正在开始达到与磁盘同等的性能和价格。

ssd将数据存储在非易失性闪存芯片上。与旋转磁盘驱动器不同，ssd没有移动部件。它们越来越多地出现在所有类型的计算机中，尽管它们仍然比hdd昂贵。虽然它们还没有成为主流，但一些制造商已经开始销售结合了RAM和flash的混合存储设备。

光学数据存储在电脑游戏和电影等消费产品中很受欢迎，也用于大容量数据归档系统。

闪存卡集成在数码相机和移动设备，如智能手机，平板电脑，录音机和媒体播放器。闪存存在于安全数码卡、紧凑闪存卡、多媒体卡和USB记忆棒中。

物理软盘在闪存时代很少使用。与旧型号不同的是，新的计算机系统没有配备插入软盘的插槽，软盘是作为磁盘的替代品而出现的。软盘的使用始于20世纪70年代，但在90年代末逐渐被淘汰。虚拟软盘有时用来代替3.5英寸的物理软盘，允许用户挂载映射到计算机A:驱动器的映像文件。

企业存储网络和服务器端flash

企业存储供应商提供了集成的NAS系统，以帮助组织收集和管理大量数据。硬件包括存储阵列提供基于阵列的数据服务的存储服务器或硬盘、u盘或混合式存储服务器，以及存储操作系统软件。

存储管理软件提供归档、克隆、复制数据管理、复制和快照等数据保护工具。压缩、重复数据删除、精简配置等数据缩减特性正在成为大多数存储阵列的标准特性。该软件还提供基于策略的管理来管理数据放置，以便分层到次要数据存储或混合云来支持灾难恢复计划或长期保留。

自2011年以来，越来越多的企业采用全闪存阵列，只配备基于NAND闪存的ssd，作为磁盘阵列的辅助或替代。

与硬盘不同，闪存设备不依赖移动机械部件来存储数据，因此提供了比hdd更快的数据访问和更低的延迟。Flash是非易失性的，即使存储系统失去电源，数据也能保存在内存中。基于磁盘的存储系统需要板载电池备份或电容器来保持数据持久。然而，闪存还没有达到与磁盘相当的持久性，导致混合阵列集成两种类型的媒体。

网络存储系统有三种基本设计。在其最简单的配置中，直接连接存储(达斯)涉及个人计算机的内部硬盘驱动器。在企业中，DAS可以是服务器中的一组驱动器，也可以是通过小型计算机系统接口(Small Computer System Interface, SCSI)、串行连接SCSI (Serial Attached SCSI, SAS)、光纤通道(Fibre Channel, FC)或internet SCSI (iSCSI)直接连接到服务器的一组外部驱动器。

NAS是一种基于文件的体系结构，用户在其中共享多个文件节点，通常通过基于以太网的局域网(LAN)连接共享。NAS的优点是，文件程序不需要全功能的企业存储操作系统。NAS设备使用基于浏览器的实用程序进行管理，网络上的每个节点都分配一个唯一的IP地址。

与扩展NAS密切相关对象存储，这消除了文件系统的必要性。每个对象都由一个唯一的标识符表示。所有对象都显示在一个平面名称空间中。

存储区域网络(三)可以设计为跨越多个需要高性能块存储的数据中心位置。在SAN环境中，块设备对主机来说是本地连接的存储。网络上的每个服务器都能够访问共享存储，就像它是一个直接连接的驱动器一样。

NAND闪存技术的进步，加上近年来价格的下跌，为未来的发展铺平了道路软件定义的存储．通过使用这种配置，企业可以在基于x86的服务器上安装价格低廉的ssd，并使用第三方存储软件或自定义开放源代码应用存储管理。

非易失性内存表达式(NVMe)是一个正在发展的工业协议的flash。业内观察人士预计NVMe将成为闪存事实上的标准。NVMe flash将允许应用程序通过外围组件互连快速(Peripheral Component Interconnect Express)直接与中央处理单元(CPU)通信。作为PCIe)连接，绕过SCSI命令集传输到网络主机总线适配器。NVMe over fabric (NVMe- of)旨在利用已建立的以太网、FC或InfiniBand网络连接，加速主机和闪存目标之间的数据传输。

一种非易失性双内联存储模块(NVDIMM)是混合NAND和DRAM的集成备份电源，插到内存总线的标准内存插槽。nvdimm只使用flash进行备份，在DRAM中进行正常的计算。在假定计算机制造商已经修改了服务器并开发了基本的输入输出系统(BIOS)驱动程序来识别设备。nvdimm是一种扩展系统内存或增加高性能存储的方式，而不是增加容量。目前市场上的nvdimm最大容量为32gb，但在短短几年时间里，内存密度从8gb增加到了16gb。

主要数据存储供应商

近年来，企业存储市场的整合已经淘汰了主要的NAS和SAN阵列供应商。通过磁盘产品渗透市场的存储厂商现在的大部分销售来自全闪存或混合闪存。市场领先的供应商包括:

• Dell EMC, Dell Technologies的存储部门
• 惠普(hp)
• HPE灵活的存储
• 日立Vantara
• IBM存储
• Infinidat
• Kaminario
• NetApp
• 纯粹的存储
• 量子公司。
• Qumulo
• Tegile Systems是西部数据公司(Western Digital Corp.)的子公司。
• Tintri

较小的NAS供应商包括Drobo、iXsystems、Panasas和Synology。领先的超融合基础设施(HCI)供应商包括亚特兰蒂斯计算、思科(HyperFlex)、HPE SimpliVity、Nutanix、Pivot3、Promise Technology、Scale Computing和VMware VSAN。大多数主要的企业存储供应商也提供品牌HCI和融合基础设施产品。