硬盤是如何影響數據庫性能的？
前面松哥和大家聊了 CPU 和內存對于數據庫性能的影響，但是大家想想，無論如何，數據最終都是要存入硬盤中的，所以硬盤肯定也會影響到數據庫的性能，那么硬盤到底是如何影響數據庫性能的，今天我們就來簡單聊聊。
- 硬盤的使用，有四個不同的方向：
- 傳統的機械硬盤。
- 使用 RAID 增強機械硬盤性能。
- 使用固態存儲 SSD。
使用網絡存儲 NAS 和 SAN。
接下來我們就針對這四個方向逐一進行分析。
1.機械硬盤
這是最為常見的一種硬盤。松哥剛上大學那會，買筆記本電腦，基本上都是這種機械硬盤。不過現在小伙伴們買電腦，應該很多都是固態硬盤了。機械硬盤的特點就是便宜、單盤存儲空間較大，不過問題也很明顯，那就是讀寫較慢，相比于內存每秒 10GB 以上的數據傳輸，機械硬盤的數據真的慢的可憐。我剛畢業的時候，有一段時間特別想買 Mac，特別糾結。后來把我的 Windows 筆記本的機械硬盤換成了固態硬盤，開機可以秒開了，才把買 Mac 的想法掐滅了(一滅就是三年，三年后還是入手了 Mac)。
現在主流的機械硬盤基本上都是 7200 轉的 SATA 硬盤，在全速運轉并且是順序讀寫的情況下，性能也就是 150MB～160MB/s 左右;如果涉及到數據庫讀寫等隨機性較強的 IO 操作，這個性能還要再下降。
傳統的機械硬盤在讀寫數據的時候，有三個步驟：
- 尋道：磁頭定位到數據所在的磁道上，這是一個非常耗時的操作。目前 SATA 硬盤的平均尋道時間一般為 8~10 ms。
- 旋轉延遲：到了特定的磁道之后，硬盤盤片需要旋轉，以便要讀寫的扇區能夠和磁頭吻合。7200 轉的硬盤，旋轉一周的時間為 1000/120=8.33 毫秒，平均旋轉延時則為 4.17 毫秒左右。
- 數據傳輸：磁頭定位到需要讀取的扇區之后，開始傳輸數據。假設硬盤順序讀取的平均速度為 150MB/s，則讀取 4KB 的數據需要 4KB*1000/(150*1024KB)=0.026 毫秒，此值幾乎可以忽略不計。讀取 1MB 的數據需要 1MB*1000/(150MB)=6.67 毫秒，可見讀取大塊數據時，其真正用來讀取數據的時間一般也小于尋道時間和旋轉延時的和。
上面三個步驟所耗費的時間，也就是數據讀取的時間。
那么該如何選擇磁盤呢?我們應該從如下幾個方面來考慮：
- 單盤容量盡量大。
- 數據傳輸速度盡量快，這個取決于磁盤主軸轉動速度，以及數據存儲在磁盤表面的密度，一般來說，這個并不會成為我們的瓶頸。
- 訪問時間盡量夠快。
- 主軸轉速盡量快，根據上面的介紹，磁盤的轉速會影響到數據的訪問時間和讀取時間。
- 還有一個就是磁盤的物理尺寸。這個也好理解，磁盤越小，數據讀取速度肯定越快。不過一般來說，磁盤越小，意味著存儲空間可能也會變小，這就和第一點相悖了，在實際選擇中需要權衡。
2.RAID
獨立硬盤冗余陣列(RAID, Redundant Array of Independent Disks)，以前也叫廉價磁盤冗余陣列(Redundant Array of Inexpensive Disks)，簡稱磁盤陣列。RAID 利用虛擬化存儲技術把多個硬盤組合起來，成為一個或多個硬盤陣列組，目的為提升性能或實現數據冗余，或是兩者同時提升。
在具體運行中，RAID 層級不同，資料也會以多種模式分散于各個硬盤，RAID 層級的命名會以 RAID 開頭并帶數字，例如：RAID0、RAID1、RAID5、RAID6、RAID7、RAID01、RAID10、RAID50、RAID60，每種層級都有其理論上的優缺點，不同的層級在數據冗余和性能提升兩個目標間獲取平衡。
簡單來說，RAID 把多個硬盤組合成為一個邏輯硬盤，因此，操作系統只會把它當作一個實體硬盤。RAID 常被用在服務器電腦上，并且常使用完全相同的硬盤作為組合，由于硬盤價格的不斷下降同時 RAID 功能更加有效地與主板集成，這使得 RAID 成為普通用戶的一個選擇，特別是需要大容量存儲空間的工作使用 RAID 就特別合適，如：視頻與音頻制作。
我們來看看幾個常見的 RAID 層級：
RAID0
RAID0 亦稱為數據條帶，它將兩個以上的磁盤并聯起來，成為一個大容量的磁盤。在存放數據時，分段后分散存儲在這些磁盤中，因為讀寫時都可以并行處理，所以在所有的級別中，RAID0 的速度是最快的(想當于可以同時讀取兩個磁盤)。但是 RAID0 既沒有冗余功能，也不具備容錯能力，如果一個磁盤(物理)損壞，所有數據都會丟失，RAID0 也是實現成本最低的 RAID 模式。在一些不擔心數據丟失的場景下(例如數據備份)，可以使用 RAID0。
RAID1
兩組以上的 N 個磁盤相互作鏡像，在一些多線程操作系統中能有很好的讀取速度，理論上讀取速度等于硬盤數量的倍數，與 RAID 0 相同，另外寫入速度有微小的降低(因為要寫到兩個磁盤上去)。RAID1 只要一個磁盤正常即可維持運作，可靠性最高。
其原理為在主硬盤上存放數據的同時也在鏡像硬盤上寫一樣的數據，當主硬盤(物理)損壞時，鏡像硬盤則代替主硬盤的工作。因為有鏡像硬盤做數據備份，所以 RAID 1 的數據安全性在所有的 RAID 級別上來說是最好的。但無論用多少磁盤做 RAID 1，僅算一個磁盤的容量，所以它又是所有 RAID 中磁盤利用率最低的一個級別。RAID 1 可以在不影響性能的前提下，最大限度保證系統的可靠性和可修復性。
如果用兩個不同大小的磁盤建 RAID 1，可用空間為較小的那個磁盤，較大的磁盤多出來的空間也可以分割成一個區來使用，不會造成浪費。
RAID5
RAID5 也稱之為分布式奇偶校驗磁盤陣列，這種方式通過分布式奇偶校驗塊把數據分散到多個磁盤上，這樣如果任何一個盤數據丟失，都可以從奇偶數據校驗塊中重建。但是如果是兩個盤的數據丟失，則整個數據卷就無法恢復了。
RAID10
RAID 10 是先分割數據再鏡像。首先將所有硬盤分為兩組，先對磁盤做 RAID1，然后再對兩組 RAID1 的磁盤做 RAID 0，所以它的讀寫性能都比較好。
RAID 01 則是跟 RAID 10 的程序相反，先對磁盤做 RAID0，再做 RAID 1。
當 RAID 10 有一個硬盤受損，其余硬盤會繼續運作，而 RAID 01 只要有一個硬盤受損，同組 RAID 0 的所有硬盤都會停止運作，只剩下其他組的硬盤運作，可靠性較低。因此，RAID 10 比 RAID 01 常用，零售主板絕大部分支持 RAID 0/1/5/10，但不支持 RAID 01。
那么選哪種呢?下面這張表比較了不同 RAID 層級各自的特點：
3.固態硬盤
固態硬盤不需要多說，相比于傳統的機械硬盤有如下三個優勢：
- 沒有機械結構，不怕震動(震動有可能讓磁頭撞到碟片上劃花碟片導致損壞)。
- 沒有尋道過程，因此讀寫文件的延遲更低。
- 連續讀寫文件的速度一般比機械硬盤快。
目前SSD的主流接口分為，SATA 3.0、M.2、PCI-E 三種，U.2 和 mSATA 目前并不多見。
SATA 和 M.2 或 PCI-E 的主要區別在于二者采用不同的通道：PCI-E 通道的汽車就像是在高速上行駛，而 SATA 通道的汽車就像是在崎嶇山路上行駛，你說哪個速度快?
下面這張表格描述了不同接口的傳輸速率：
相比于機械硬盤，固態硬盤具有更好的隨機讀寫功能，順序讀寫其實機械硬盤也不差，但是隨機讀寫就會差很多，而數據庫操作中，隨機讀寫又很重要，所以固態硬盤的優勢明顯。
4.網絡存儲
網絡存儲其實不太適合存儲數據庫文件，光是網絡延遲就夠令人崩潰了。不過如果想存放數據庫備份文件，倒是可以用網絡存儲。另外就是需要注意數據庫服務器的帶寬要夠用，別上面的東西整了一大堆，最后服務器帶寬 128KB。。。
參考資料：
https://zhuanlan.zhihu.com/p/19592076
https://ssd.zol.com.cn/676/6766649_all.html
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