块存储

块存储

块存储是一种计算机数据存储方式，将数据分解成相同大小的块（blocks）进行存储。每个块都有唯一的标识符，存储系统通过这些标识符来访问和管理数据。与文件存储和对象存储等其他存储方式不同，块存储直接提供对原始数据的访问，而不关心数据的结构或含义。

概述

块存储是许多存储区域网络（SAN）和直接附加存储（DAS）系统的基础。它通常用于需要高性能和低延迟的应用，例如数据库、虚拟化环境和高性能计算。块存储的优势在于其灵活性和可扩展性，可以根据需要动态地分配和释放存储空间。

在块存储中，数据被分割成固定大小的块，例如4KB、8KB或16KB。这些块被分散存储在物理磁盘或其他存储介质上。存储系统维护一个元数据表，记录每个块的位置和属性。当应用程序需要访问数据时，它会向存储系统发出请求，指定所需的数据块的标识符。存储系统根据元数据表找到相应的数据块，并将其返回给应用程序。

块存储通常与RAID（冗余阵列独立磁盘）技术结合使用，以提高数据的可靠性和可用性。RAID技术通过将数据冗余地存储在多个磁盘上，即使单个磁盘发生故障，数据仍然可以恢复。

主要特点

• 高性能： 块存储直接提供对原始数据的访问，减少了中间层的开销，从而实现更高的性能。
• 低延迟： 块存储的访问延迟较低，适合对实时性要求高的应用。
• 灵活性： 块存储可以根据需要动态地分配和释放存储空间，满足不同应用的需求。
• 可扩展性： 块存储可以通过添加更多的磁盘或存储设备来扩展存储容量。
• 数据完整性： 通过使用RAID等技术，块存储可以保证数据的可靠性和完整性。
• 块级别访问： 应用可以直接访问数据块，无需了解数据的结构或含义。
• 广泛兼容性： 块存储与各种操作系统和应用程序兼容，例如Linux、Windows Server和VMware。
• 支持多种协议： 块存储支持多种协议，例如iSCSI、Fibre Channel和NVMe over Fabrics。
• 成本效益： 块存储的成本相对较低，尤其是在大规模部署的情况下。
• 适用于虚拟化： 块存储是虚拟化环境的理想选择，可以为虚拟机提供高性能和可靠的存储。

使用方法

使用块存储通常涉及以下步骤：

1. 配置存储设备： 首先需要配置块存储设备，例如磁盘阵列或软件定义存储（SDS）系统。这包括选择合适的RAID级别、设置磁盘分区和格式化文件系统。 2. 创建卷（LUN）： 在存储设备上创建卷（Logical Unit Number，LUN），LUN是块存储的基本单位。每个LUN都有一个唯一的标识符，用于在服务器上挂载。 3. 连接服务器： 将服务器连接到存储设备。这可以通过多种方式实现，例如使用iSCSI initiator、Fibre Channel HBA或NVMe over Fabrics adapter。 4. 挂载卷： 在服务器上挂载LUN。这通常涉及使用操作系统提供的工具，例如`mkfs`（创建文件系统）和`mount`（挂载文件系统）。 5. 数据访问： 应用程序可以通过文件系统或直接访问LUN来读取和写入数据。

以下是一个在Linux服务器上使用iSCSI连接和挂载块存储卷的示例：

• 安装iSCSI initiator：`sudo apt-get install open-iscsi`
• 发现iSCSI目标：`sudo iscsiadm -m discovery -t st -p <iSCSI目标IP地址>`
• 登录iSCSI目标：`sudo iscsiadm -m node -T <iSCSI目标IQN> -p <iSCSI目标IP地址> -l`
• 创建文件系统：`sudo mkfs.ext4 /dev/sdb` （假设/dev/sdb是iSCSI卷）
• 创建挂载点：`sudo mkdir /mnt/blockstorage`
• 挂载文件系统：`sudo mount /dev/sdb /mnt/blockstorage`

相关策略

块存储可以与其他存储策略结合使用，以满足不同的需求。

• 分层存储： 将不同访问频率的数据存储在不同类型的存储介质上，例如将热数据存储在SSD上，将冷数据存储在HDD上。
• 数据去重： 消除重复的数据块，从而减少存储空间的占用。
• 数据压缩： 压缩数据块，从而减少存储空间的占用。
• 快照： 创建数据块的快照，用于数据备份和恢复。
• 复制： 将数据块复制到多个存储设备上，以提高数据的可用性和可靠性。
• 缓存： 使用高速缓存来加速对频繁访问的数据块的访问。
• Thin Provisioning： 动态分配存储空间，仅在需要时才分配实际的存储空间。

以下表格比较了块存储、文件存储和对象存储的主要区别：

存储方式比较

存储方式	访问方式	数据结构	适用场景
块存储	块级别	无结构	数据库、虚拟化、高性能计算
文件存储	文件级别	层次结构	文件共享、文档管理
对象存储	对象级别	无结构	图像、视频、备份

块存储与云存储服务（如Amazon EBS、Azure Disk Storage和Google Persistent Disk）密切相关，这些服务通常基于块存储技术提供按需的存储资源。选择合适的存储方式取决于具体的应用需求、性能要求和成本预算。

存储虚拟化技术可以简化块存储的管理和配置，提高存储资源的利用率。数据迁移工具可以帮助将数据从一个块存储系统迁移到另一个系统。存储管理软件可以提供对块存储设备的集中管理和监控。

IOPS（每秒输入/输出操作次数）是衡量块存储性能的重要指标。延迟是衡量块存储响应速度的重要指标。吞吐量是衡量块存储数据传输速度的重要指标。

数据安全和灾难恢复是块存储的重要考虑因素。应采取适当的安全措施，例如访问控制、加密和备份，以保护数据免受未经授权的访问和丢失。

存储协议的选择会影响块存储的性能和兼容性。选择合适的存储协议取决于具体的应用需求和硬件环境。

SSD（固态硬盘）和NVMe（非易失性存储器）等新型存储介质可以显著提高块存储的性能。

存储成本是选择块存储的重要因素。应根据存储容量、性能要求和预算，选择性价比最高的存储解决方案。

容量规划是块存储部署的重要环节。应根据未来的数据增长趋势，合理规划存储容量，避免存储资源不足。

性能监控可以帮助及时发现和解决块存储性能问题。应定期监控存储设备的性能指标，例如IOPS、延迟和吞吐量。

存储审计可以帮助跟踪对块存储数据的访问和修改，确保数据的安全性和合规性。

数据治理是块存储管理的重要组成部分。应制定完善的数据治理策略，确保数据的质量、可靠性和可用性。

备份和恢复是块存储的重要组成部分。应定期备份数据，并测试恢复过程，以确保在发生故障时能够快速恢复数据。

存储生命周期管理可以帮助优化块存储的使用，降低存储成本。应根据数据的访问频率和重要性，制定存储生命周期管理策略，例如将不常用的数据归档或删除。

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