最近認認真真學習了一個叫《Life of a Storage Packet》講座，借助這個講座將整個存儲的過程理解了下，不放過任何一個有疑問的點。這篇文章算是對講座的理解和自己收獲的總結(jié)，同時也為那些對存儲系統(tǒng)不夠了解又想要了解的初學者，展現(xiàn)一個存儲數(shù)據(jù)包的“生命”。這個演講主要聚焦在“整體的存儲”，強調(diào)存儲系統(tǒng)中各個基本元素的關(guān)系，并且盡可能簡單、清楚地用一種不同的方式可視化一些存儲的概念。

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先上一張大圖，可以說這篇文章目的就是解釋這個圖：

整體視角

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

Application視角

每個系統(tǒng)都有會有很多應(yīng)用程序運行在CPU上，對于這些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

計算機系統(tǒng)中有一個“內(nèi)存管理單元”（MMU，Memory Management Unit）的概念，MMU負責與DRAM內(nèi)存直接通信，并且獲得一些可用的“頁”

多租戶：內(nèi)存被某個進程（比如一個應(yīng)用）獨享，這些內(nèi)存不能被其他進程重寫。

地址：將CPU的物理地址翻譯成獨有的DRAM地址或者是很多行DRAMs，有了MMU以后，對于每個進程來說，他們就像是一個人獨占了所有的內(nèi)存一樣。

訪問內(nèi)存

Application在他需要訪問的時候，獲取這些內(nèi)存，在實際進行訪問時，會發(fā)生如下事情：

1：Application會問操作系統(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)存頁不？”

3：MMU把一些可用的內(nèi)存頁給操作系統(tǒng)

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

分配內(nèi)存

在上圖中，獲取的那些內(nèi)存，實際是可以分布在內(nèi)存中的任何地方的（非連續(xù)），MMU在把這些內(nèi)存給應(yīng)用的時候會進行初始化操作，當然，當應(yīng)用不再訪問這些內(nèi)存頁的時候，也會MMU也會負責回收這些內(nèi)存。

加速訪問

如果Application對內(nèi)存的訪問，每次都要都要從MMU獲取的話，那太慢了，因此有個經(jīng)驗法則是：Always put storage/memory as close to the CPU as possible

可以說在存儲中，改善時間的限制是永恒不變的主題，然后訪問DRAM的話，需要60-100ns的時間。我們需要更快的訪問，甚至達到“0”時間訪問。

緩存的魔法

于是在CPU中增加了一些緩存，當然緩存也是分級別的，對于L1緩存大概花費1ns以內(nèi)，L2緩存大概花費3-6ns，沒錯，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，這是你需要更多的持久化存儲，比如說磁盤。當然直接去訪問磁盤會非常的昂貴，當然這里指的是時間的花費非常昂貴。

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級別;

舉個比較形象的例子：你需要快遞送個包裹，快遞一個1公里（L1）、5公里（L2）外的包裹，oops，可能馬云爸爸保證當日達；快遞100公里（DRAM）的包裹，11點前下單，當日達，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）十幾個來回的距離啊親。

小結(jié)

存儲設(shè)備和RAM不太一樣，不會和CPU直接進行“對話”，而是有一些其他的部分來幫助他們完成對話，我們在下文從存儲視角進一步去講述。