基础知识

机房里面的服务器

磁盘

1.磁盘的基础知识

磁盘就是永久存放数据的存储器（如下图所示），不过磁盘上面也是有缓存的（芯片）。存储的内容一般有视频，文本，音频等各种数据，现在已经成为电脑和服务器不可缺少的配件。

作用：由于计算机在工作时，CPU、输入输出设备与存储器之间要进行大量地交换数据，因此存储器的存取速度和容量也是影响计算机运行速度的主要因素之一。特别是在服务器优化场景下，硬盘的性能是决定网站性能的重要因素之一。

常用的磁盘（硬盘）都是3.5英寸的，常规的机械硬盘，读取性能跟内存比差了很多，所以，在企业工作中，我们才会把大量的数据缓存到内存中，写入到缓冲区，这是当今互联网网站必备的解决网站访问速度慢的方案。

图-可插拔硬盘外壳

图-企业级磁盘外观（硬盘）

磁盘的接口包括IDE，SCSI，SAS(服务器标配)，SATA(民用)，PCI-E（M2）（固态）、其中IDE、SCSI已经退出历史舞台。

磁盘的类型又分为机械硬盘和SSD固态硬盘两种。

性能与价格排序（从高到低）：SSD（固态）> SAS > SATA。

2.磁盘的相关单位

现在生产的单块磁盘容量越来越大，体积却越来越小，速度也越来越快了，其中常见的有300GB、600GB、1TB、3TB、4TB等规格。

由于计算机是通过电位记录信息的，因此仅能识别0和1这两个数字，故而在计算机内部都是以二进制的形式进行存储和运算的，下面列出计算机数据的常用计量单位。

位（bit）

计算机存储数据的最小单位为位（bit），中文称为比特，一个二进制位由0或1表示两种状态，要表示更多的信息，就要把多个位组合成一个整体，一般以8位二进制数组成一个基本单位。由于比特这个单位太小了，因此，使用比特作单位的比较少，做网络带宽的公司使用的单位是bit，网络带宽速率一般用Mbit/s来表示，正常的下载速度就是1Mbit/s=128KByte/s,这就是我们购买了1MB的带宽，而实际的下载速度为128KB的原因。

字节（Byte）

字节是计算机数据处理的基本单位。字节（Byte）简写为B，规定一个字节由8个位组成，即1B=8b。一般情况下，一个ASCII码（美国标准信息交换代码,
它已被国际标准化组织（ISO）定为国际标准，称为ISO 646标准。适用于所有拉丁文字字母。）占用一个字节，一个汉字占用2-4个字节。

数据单位换算关系：

1B =8bit

1KB=1024B

1MB=1024KB

1GB=1024MB

1TB=1024GB

1PB=1024TB

1EB=1024PB

注意：企业级硬盘计算：以1000位单位进行换算，即1TB=1000GB。

3.计算机和服务器的各硬件I/O对比

图-计算机各级设备I/O基本对比

I/O（Input/Output）即为输入/输出，一般翻译为读写。

衡量磁盘读写速度的单位是iops，即input/output/ per second（每秒的输入输出）。其换算关系如下：

1s（秒）= 1000ms（毫秒）= 1000 000μs(微秒)= 1000 000 000ns(纳秒)

通过上图不难发现,
CPU处理速度最快，其次是内存,最慢的就是硬盘和网卡了。通过这张图可以了解不同的设备性能差距，将来做运维工作的时候，可从速度慢、瓶颈大的方向进行优化。

4.磁盘特点总结

企业级硬盘适合7*24小时使用，一般较贵，与笔记本以及家用台式电脑硬盘有区别（工业级和家用）。

对于企业高并发网站来讲，都会尽量让用户从内存中读取数据，而不是硬盘。

企业运维和架构师的网站优化，以及服务器、软件的优化核心本质，几乎都是在调整磁盘和内存之间的使用比。

Raid卡（阵列卡）

什么是Raid呢？它其实是一种技术，叫做磁盘冗余阵列，Raid的实现有软Raid（即软件实现）和硬Raid（即硬件实现）两种，二者的主要区别就是，硬件Raid实现的性能、冗余都比软Raid更好、更高。

 当网站数据量很大的时候，单块盘装不下了，若购买多块硬盘存放数据，就需要工具（Raid）把所有硬盘整合成一个大磁盘，再在这个大磁盘上进行分区（划分隔断、虚拟磁盘）存放数据，但是硬盘多了势必会损坏，可数据是不能丢的。因此，Raid还有另外一大功能，就是多块硬盘放在一起可以配置冗余（备份）。这样，即使有若干硬盘损坏了，数据也不会丢失，又因为业务对多块硬盘存储的数据访问效率也有需求，因此，Raid又分了不同的级别，比如，Raid0，Raid1，Raid5，Raid10等。

1.Raid卡的好处：

可以把所有的硬盘整合到一起（扩充容量）

可以让数据更安全(数据冗余)

可以获得更高的效率（读写性能）

有Raid卡后，一般会把磁盘连接到Raid卡上，而不是直接插到主板上了，Raid卡最终插到主板对应的插槽里。

Raid卡及其电池如下图所示：

图-Raid卡及Raid卡电池

前面已经提到，Raid分软Raid和硬Raid，其中，硬Raid卡又分为两种，即：

服务器板载Raid卡，仅支持Raid0和Raid1级别。

独立Raid卡，支持更多的功能。

Raid的多种整合方式（Raid级别）

Raid的级别有很多种，常见的Raid级别有Raid0，Raid1，Raid5，Raid10，Raid级别的特点的内容会在讲解磁盘的时会详细说明。

 互联网公司服务器一般都会购买独立Raid卡，当然，Raid卡上也是有缓存的。

 冗余从好到坏：Raid1、Raid10、Raid5、Raid0

 性能从好到坏：Raid0、Raid10、Raid5、Raid1

 成本从低到高：Raid0、Raid5、Raid1、Raid10

 企业中的服务器如何选择Raid级别：根据数据的存储和访问的需求，去匹配对应的Raid级别。这句话适用于互联网的所有公司。

图-Raid级别的工作流程

了解Raid常见级别、冗余、性能、硬盘数量及其应用场景。

Raid 0 (以四块盘为例)
容量：是四块盘加在一起的容量。
性能：读取性能理论上是单个磁盘的4倍，磁盘越多倍数越小。
冗余：无冗余。
应用场景：不要求安全，只要求速度。适合大规模并发读取。例如数据库从库，存储从库。
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Raid 1
容量：两块硬盘容量之和的一半。只能有2块盘。
性能：读取性能理论上和单个磁盘类似。写入速度慢。
冗余：100%冗余。在所有raid级别中，raid1具有最高的数据安全保障。
应用场景：只要求安全，对速度不要求。适合系统盘和监控服务器。
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Raid 5
容量：至少3块盘，损失一块盘的容量。
性能：读取速度和Raid 0差不多，只是多了奇偶校验，写入速度比单个磁盘稍慢。是Raid 0 和Raid 1的折衷方案。
冗余：最多损坏一块盘。
应用场景：适合对性能和安全有一定要求但又不太十分高的情况。例如普遍数据库和存储库。
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Raid 10
容量：至少四块盘，损失一半的容量。
性能：读写都很快。
冗余：可以损坏一半。
场景：对于性能和安全都要求的情况。例如高并发或高访问量数据库主库，存储主库。