最近認(rèn)認(rèn)真真學(xué)習(xí)了一個(gè)叫《Life of a Storage Packet》講座，借助這個(gè)講座將整個(gè)存儲(chǔ)的過程理解了下，不放過任何一個(gè)有疑問的點(diǎn)。這篇文章算是對(duì)講座的理解和自己收獲的總結(jié)，同時(shí)也為那些對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)不夠了解又想要了解的初學(xué)者，展現(xiàn)一個(gè)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)包的“生命”。這個(gè)演講主要聚焦在“整體的存儲(chǔ)”，強(qiáng)調(diào)存儲(chǔ)系統(tǒng)中各個(gè)基本元素的關(guān)系，并且盡可能簡(jiǎn)單、清楚地用一種不同的方式可視化一些存儲(chǔ)的概念。

[[217492]]

先上一張大圖，可以說這篇文章目的就是解釋這個(gè)圖：

整體視角

存儲(chǔ)系統(tǒng)從整體的分層一覽，包括了主機(jī)/應(yīng)用，存儲(chǔ)介質(zhì)，存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于存儲(chǔ)來說就做了一件事：Here is a bit of data. Hold onto it. Give that same bit back to me when I ask for it.

Application視角

每個(gè)系統(tǒng)都有會(huì)有很多應(yīng)用程序運(yùn)行在CPU上，對(duì)于這些Application來說，他們覺得自己有很多很多足夠的可用內(nèi)存。

CPU和MMU

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中有一個(gè)“內(nèi)存管理單元”（MMU，Memory Management Unit）的概念，MMU負(fù)責(zé)與DRAM內(nèi)存直接通信，并且獲得一些可用的“頁(yè)”

多租戶：內(nèi)存被某個(gè)進(jìn)程（比如一個(gè)應(yīng)用）獨(dú)享，這些內(nèi)存不能被其他進(jìn)程重寫。

地址：將CPU的物理地址翻譯成獨(dú)有的DRAM地址或者是很多行DRAMs，有了MMU以后，對(duì)于每個(gè)進(jìn)程來說，他們就像是一個(gè)人獨(dú)占了所有的內(nèi)存一樣。

訪問內(nèi)存

Application在他需要訪問的時(shí)候，獲取這些內(nèi)存，在實(shí)際進(jìn)行訪問時(shí)，會(huì)發(fā)生如下事情：

1：Application會(huì)問操作系統(tǒng)“Hey，我需要一些可用內(nèi)存”

2：操作系統(tǒng)向MMU說，“能給我一些可以使用內(nèi)存頁(yè)不？”

3：MMU把一些可用的內(nèi)存頁(yè)給操作系統(tǒng)

4：操作系統(tǒng)把這些可用的內(nèi)存頁(yè)給Application。

分配內(nèi)存

在上圖中，獲取的那些內(nèi)存，實(shí)際是可以分布在內(nèi)存中的任何地方的（非連續(xù)），MMU在把這些內(nèi)存給應(yīng)用的時(shí)候會(huì)進(jìn)行初始化操作，當(dāng)然，當(dāng)應(yīng)用不再訪問這些內(nèi)存頁(yè)的時(shí)候，也會(huì)MMU也會(huì)負(fù)責(zé)回收這些內(nèi)存。

加速訪問

如果Application對(duì)內(nèi)存的訪問，每次都要都要從MMU獲取的話，那太慢了，因此有個(gè)經(jīng)驗(yàn)法則是：Always put storage/memory as close to the CPU as possible

可以說在存儲(chǔ)中，改善時(shí)間的限制是永恒不變的主題，然后訪問DRAM的話，需要60-100ns的時(shí)間。我們需要更快的訪問，甚至達(dá)到“0”時(shí)間訪問。

緩存的魔法

于是在CPU中增加了一些緩存，當(dāng)然緩存也是分級(jí)別的，對(duì)于L1緩存大概花費(fèi)1ns以內(nèi)，L2緩存大概花費(fèi)3-6ns，沒錯(cuò)，這使得每次訪問從60-100ns提升了幾十倍！

更多的空間

如果DRAM中也沒有足夠的空間時(shí)，這是你需要更多的持久化存儲(chǔ)，比如說磁盤。當(dāng)然直接去訪問磁盤會(huì)非常的昂貴，當(dāng)然這里指的是時(shí)間的花費(fèi)非常昂貴。

在Jeff Dean大神的Software Engineering Advice from Building Large-Scale Distributed Systems給出了數(shù)據(jù)：L1緩存、L2緩存、主存、硬盤的訪問分別是1ns、5ns、100ns、10,000,000ns級(jí)別;

舉個(gè)比較形象的例子：你需要快遞送個(gè)包裹，快遞一個(gè)1公里（L1）、5公里（L2）外的包裹，oops，可能馬云爸爸保證當(dāng)日達(dá)；快遞100公里（DRAM）的包裹，11點(diǎn)前下單，當(dāng)日達(dá)，不能再快了！；快遞1000萬公里（Disk）的快遞，啊親，你真的需要快遞嗎？這可是從地球到月球（38.4萬公里）十幾個(gè)來回的距離啊親。

小結(jié)

存儲(chǔ)設(shè)備和RAM不太一樣，不會(huì)和CPU直接進(jìn)行“對(duì)話”，而是有一些其他的部分來幫助他們完成對(duì)話，我們?cè)谙挛膹拇鎯?chǔ)視角進(jìn)一步去講述。