在工程架构领域里，存储是一个非常重要的方向，这个方向从底至上，我分成了如下几个层次来介绍：
硬件层：讲解磁盘，SSD，SAS， NAS， RAID等硬件层的基本原理，以及其为操作系统提供的存储界面;
操作系统层：即文件系统，操作系统如何将各个硬件管理并对上提供更高层次接口;
单机引擎层：常见存储系统对应单机引擎原理大概介绍，利用文件系统接口提供更高级别的存储系统接口;
分布式层：如何将多个单机引擎组合成一个分布式存储系统;
查询层：用户典型的查询语义表达以及解析;
主板结构
在进入对硬件层的分析前，让我们来看看电脑主板上各个原件之间的关系。
存储系统的硬件层是怎样的情况
上图展示了主板上主要元件的结构图，以及他们之间的总线连接情况。核心连接点是北桥和南桥两块芯片。
其中北桥比较吊，连接的都是些高速设备。一般来说只连接CPU，内存和显卡几种设备。不过近些年也出现了PCIE2.0的高速接口接入北桥，使得一些符合标准的设备就可以接入北桥。
而南桥就相对搓了，他负责接入所有低速设备。什么USB，鼠标，磁盘，声卡等等都是接在南桥上的。而不同的设备用途和协议都有很大不同，所以设计了不同的交互协议。由于历史原因，不同设备传输介质可能都不一样，导致总线上布线十分复杂。所以到目前为止，主流设备都已经统一成为了PCI总线，大家一起用这条总线。
读写过程
我们来模拟一下CPU要从磁盘读入一份数据的过程：
CPU发出一条指令说哥要准备读数据了
这条指令依次通过系统总线，桥间总线，PCI总线传递到了磁盘控制器。控制器收到指令了之后知道这是一次读请求，且读完了是否要发中断的信息。做好一些准备工作，等待读取数据。
CPU再发出一条指令说要读取的逻辑地址
这条指令还是通过系列总线发给磁盘控制器之后。磁盘控制器就忙活了，查找逻辑快对应的物理块地址，查找，寻道等工作，就开始读取数据了。
CPU再发出一条指令说读入内存的地址
当收到这条指令之后，CPU就不管了，他告诉一个叫DMA的总管，说接下来就靠你了。DMA设备会接管总线，负责将磁盘数据通过PCI总线，桥间总线，内存总线同步到内存指定位置。
写操作的过程是类似的，就不累述了。
上面我们只是讲解了在主板上数据流转的过程，但是还有一个黑盒，就是磁盘控制器。这哥们到底是怎么管理的各个磁盘呢？在下一节我们将为你描述。
存储介质原理
上面讲了计算机读取数据的过程。这一章我们来大概说一下常见的存储介质的存储原理。
磁带
磁带就跟小时候听歌的时候的磁带类似。一条黑色带子上面有很多小的磁性粒子，根据粒子的南北级来判定0/1。
软盘
软盘比磁带要先进一点，记录数据的原理是一样的，只是可以随机读取，而磁带只能顺序读取。
硬盘
硬件原理
如果说前两个都是古老的东西，技术含量一般的话。硬盘就是一个很有技术含量的存储设备了，主要包含三大设备：
电机
电机的目的是控制磁臂精准定位到磁道，一个磁道可能很小，要精准定位到哪个地方是高科技。
盘面
盘面主要有两点。一点是基板要足够光滑平整，不能有任何瑕疵;一点是要将磁粉均匀的镀到基板上。这里有两个高科技，一个是磁粉的制造，一个是如何均匀的镀到基板上。
磁头
磁头的主要难点是要控制好跟盘面的距离，跟软盘类似，硬盘也是通过修改磁粉的南北极来记录数据的。如果隔得太远，就感知不到磁性数据了，隔得太近呢，又可能把盘面刮到。当然0/1的表示并不是只有一个磁粉，而是一片区域的磁粉。
现在磁盘都是利用空气动力学，将磁头漂浮在盘面上面一点距离来控制磁头和盘面的距离。但是当硬盘停止工作不转的时候，磁头就肯定掉在盘面上了，所以一般盘面靠近圆心的地方一般都有一块没有磁粉的地方，用于安全停靠磁头。当硬盘要开始工作的时候，磁头在同心圆里面起飞，飞起来了之后再移动到其他地区。
不过我一直在想，是否可以有这样的技术，能在磁臂上装多个磁头，每个磁道对应一个，停止工作的时候就把磁臂固定在某个高度让他不挨着盘面，这样是不是能大大提高硬盘的读写效率，因为这样减少了寻道的时间。
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