基于磁盤的冷數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)

    磁盤系統(tǒng)硬件能力的提升主要取決于磁盤材料的驅動，其重點在于降低磁盤運行能耗、提升存儲密度，典型的硬件技術進展包括以下方面。

    (1)氦氣密封式硬盤：磁盤是包含了碟片、磁頭等設備的封閉空間，利用密度僅為空氣1/7的氦氣對磁盤內(nèi)腔進行密封，有助于減小碟片轉軸上的阻力，碟片轉動時消耗的能量比傳統(tǒng)磁盤降低20%左右，運行時溫度也比傳統(tǒng)磁盤低4～ 5℃。同時，氦氣阻力的降低也減少對碟片、磁頭的沖擊，使碟片及數(shù)據(jù)軌道可以靠得更近，為減小磁盤碟片厚度創(chuàng)造了條件，在同樣規(guī)格的驅動器內(nèi)腔中可以容納下更多的碟片。

    (2)PMR垂直磁記錄：磁盤容量指標的提升主要受限于磁盤的存儲密度，垂直磁記錄將磁記錄單元垂直排列，并新增軟磁底層來加大相鄰粒子的磁耦合，有助于在保證記錄質量的同時提高存儲密度。避免傳統(tǒng)的水平磁記錄中，因為每個存儲位的磁極粒子平鋪在平面上，其高密度排布加大磁極粒子的相互排斥與干擾，進而影響磁盤運行的穩(wěn)定性問題。

    (3)SMR疊瓦式磁記錄：垂直磁記錄技術的發(fā)展促進了疊瓦式磁記錄技術的誕生。作為新一代存儲技術，疊瓦式磁記錄使存儲介質的結構發(fā)生質的變化，它采用類似于屋頂層疊瓦片的重疊磁道機制，重新調(diào)整數(shù)據(jù)存儲的方式，有效提高磁道密度和單位面積存儲密度，將磁盤碟片的存儲密度提升近25%。

    (4)HAMR熱輔助磁記錄：熱輔助磁記錄利用鐵磁介質的溫度對磁化的影響,采用加溫的方法改善存儲介質的寫入特性。該技術可以將數(shù)據(jù)儲存在穩(wěn)定性很高的磁體媒質（例如鈦鉑合金）上，進而實現(xiàn)比常規(guī)或疊瓦式磁記錄磁盤更高的存儲密度。

    綜上所述，材料科學正在推動磁盤向高容量、低成本的方向發(fā)展。當前，業(yè)界還關注磁盤的運行穩(wěn)定性、壽命延長等關鍵問題的研究，以進一步提升磁盤在存儲領域的競爭力。

    為了滿足海量數(shù)據(jù)存儲需求，存儲系統(tǒng)需要將多塊磁盤整合為一體化的存儲資源池，并提供必要的存儲容錯能力。

    磁盤陣列（Redundant Array of Independent Disk，RAID）是此前常用的磁盤系統(tǒng)，它是由眾多獨立的磁盤按照不同的方式組合而成的容量巨大的磁盤組。其中，組成磁盤陣列的不同方式被稱作RAID級別，不同的RAID級別能夠提供不同的存儲性能和數(shù)據(jù)冗余能力。磁盤陣列技術將多個磁盤組織在一起構成一個邏輯卷提供跨磁盤存儲能力，數(shù)據(jù)可以被劃分為多個數(shù)據(jù)塊并行寫入/讀出到多個磁盤以提高訪問磁盤的速度，并通過鏡像或校驗操作提供容錯能力，因而在容量、性能、可用性等方面存在優(yōu)勢。但是磁盤陣列的問題在于其設備專用化導致架構封閉，不同廠商、型號的設備間互操作性差，而且價格較高，影響系統(tǒng)的兼容性和擴展性，難以滿足冷數(shù)據(jù)存儲的海量、低成本需求。

    隨著分布式軟件中間件技術的發(fā)展，分布式存儲正在成為存儲領域的發(fā)展方向。分布式存儲利用x86服務器作為存儲節(jié)點，通過軟件將多個節(jié)點上自帶的磁盤存儲資源整合為統(tǒng)一的資源池，對外提供存儲服務。分布式存儲系統(tǒng)依托于標準化架構的通用服務器設備，而無需引入專用設備，有利于成本的降低和互操作性的提升，在擴展性方面具有優(yōu)勢。同時，分布式中間件能夠在軟件層面消除通用服務器在可靠性等方面的不足，例如通過數(shù)據(jù)多副本冗余的方式提升數(shù)據(jù)的可用性，并在存儲節(jié)點間進行自動的負載均衡。分布式存儲系統(tǒng)能夠提供文件、對象、塊等多種類型的數(shù)據(jù)訪問接口，其數(shù)據(jù)多副本機制還有助于支持數(shù)據(jù)的并行讀寫，有效提升數(shù)據(jù)的訪問性能。因此，分布式存儲日益成為核心存儲系統(tǒng)，在當前的大數(shù)據(jù)等創(chuàng)新領域發(fā)揮重要作用。

   分布式存儲較好的在成本、容量、性能等方面進行權衡，是當前用于冷數(shù)據(jù)存儲的較優(yōu)方案。與價格高昂的磁盤陣列相比，分布式存儲的低成本源于它構筑在標準硬件存儲基礎設施之上，只需要普通的x86服務器和SATA硬盤，而無需采用 RAID和存儲交換機就能夠提供足夠的性能和可靠性；與只支持離線數(shù)據(jù)訪問的磁帶相比，分布式存儲能夠保證存儲在其中的數(shù)據(jù)被近線/在線訪問，滿足大數(shù)據(jù)等新興業(yè)務對部分冷數(shù)據(jù)進行偶發(fā)存取的性能要求。當前，分布式存儲系統(tǒng)還在持續(xù)發(fā)展中，壓縮、去重等有助于降低存儲資源消耗的技術被廣泛應用，利用基于糾刪碼（Erasure Coding，EC）的數(shù)據(jù)容錯技術降低多副本冗余存儲造成的資源占用是重要發(fā)展方向。

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