3.1.1 存储基础概念与术语

3.1.1 存储基础概念与术语#

存储是计算与数据持久化的基础，运维需要理解数据从应用写入到介质的全过程以及常见术语的含义，以便正确选择方案与排障。Linux环境下常见存储形态包括本地磁盘、块存储与网络存储，涉及性能、容量、可靠性与成本等权衡。

存储层次与I/O关系示意

核心概念与术语
- 容量（Capacity）：存储介质可用的总空间，常用单位为GB/TB。需区分标称容量与实际可用容量（格式化、冗余后会减少）。
- 性能（Performance）：主要指标为IOPS、吞吐量（MB/s）与延迟（Latency）。随机读写强调IOPS，顺序读写强调吞吐量。
- IOPS：每秒完成的I/O请求数，受磁盘类型、队列深度与随机性影响。
- 吞吐量（Throughput）：单位时间内传输的数据量，顺序读写场景重要。
- 延迟（Latency）：单次I/O完成所需时间，应用响应的关键指标。
- 块大小（Block Size）：文件系统或存储设备的最小读写单位，影响空间利用率与I/O效率。
- 顺序/随机I/O：顺序I/O适合大文件读写，随机I/O常见于数据库与日志。
- 读/写比例（Read/Write Ratio）：影响缓存策略与介质选择。
- 可靠性（Reliability）：常用MTBF、AFR评估；可通过RAID与冗余提升。
- 一致性（Consistency）：数据在缓存与持久化之间的同步保证，涉及写回与写直达策略。
- 可用性（Availability）：系统持续提供服务的能力，常与冗余与故障切换相关。
- 数据冗余与校验：如RAID校验、复制、纠删码等手段提升数据安全。
- 存储层次（Storage Hierarchy）：从CPU缓存、内存到SSD/HDD及网络存储，越靠近CPU延迟越低。

常见介质与场景
- HDD：容量大、成本低，适合冷数据、顺序读写。
- SSD/NVMe：低延迟、高IOPS，适合数据库、日志与高并发业务。
- 网络存储：集中管理、易扩展，适合共享与高可用场景，但依赖网络性能。

示例：基础容量与性能指标查看#

1）安装常用工具（iostat/fio/lsblk）

# CentOS/RHEL
yum -y install sysstat fio util-linux

# Ubuntu/Debian
apt-get update && apt-get -y install sysstat fio util-linux

2）查看磁盘与分区容量

lsblk -o NAME,SIZE,TYPE,MOUNTPOINT,ROTA,MODEL

# 说明：
# NAME: 设备名
# SIZE: 容量
# TYPE: disk/part/lvm
# MOUNTPOINT: 挂载点
# ROTA: 1为HDD，0为SSD

3）查看文件系统容量

df -hT

# 说明：
# -h: 友好显示
# -T: 显示文件系统类型

4）查看I/O性能概况（IOPS/吞吐/延迟）

iostat -x 1 3

# 关键字段：
# r/s, w/s     : 读/写IOPS
# rkB/s, wkB/s : 读/写吞吐量
# await        : 平均I/O延迟(ms)
# svctm        : 设备服务时间
# %util        : 设备繁忙度

示例：使用fio模拟随机与顺序I/O#

# 在 /data 目录下创建测试文件，模拟随机读写
fio --name=randrw_test \
    --filename=/data/fio_test.dat \
    --size=1G \
    --bs=4k \
    --rw=randrw \
    --rwmixread=70 \
    --iodepth=16 \
    --numjobs=2 \
    --direct=1 \
    --runtime=60 \
    --group_reporting

# 说明：
# --bs=4k             : 块大小
# --rw=randrw         : 随机读写
# --rwmixread=70      : 读写比例 70/30
# --direct=1          : 绕过页缓存
# --iodepth=16        : 队列深度

预期效果（示例输出要点）
- 关注 IOPS、BW、clat/lat（延迟），用于估算业务I/O需求。
- 对比顺序读写可用 --rw=read 或 --rw=write 进行测量。

排错要点（基础存储性能问题）#

延迟高但%util不高：检查是否是应用同步写、fsync过频繁，或网络存储抖动。
%util长期100%：磁盘瓶颈明显，考虑升级介质或增加并发磁盘。
随机IOPS低：HDD随机性能受限，考虑SSD/NVMe或增加缓存。
吞吐低：确认是否有小块I/O或队列深度过浅。
疑似缓存问题：对比 direct=1 与默认缓存模式的差异。

练习#

使用 lsblk 与 df -hT 列出系统磁盘与文件系统类型，并判断哪些为SSD或HDD。
用 iostat -x 1 5 观察空闲与高负载下的 await 与 %util 变化。
分别使用 fio 进行顺序写与随机写测试，记录 IOPS 与 BW，对比结果并解释原因。
修改 fio 的 --bs 从 4k 改为 64k，观察吞吐与延迟的变化并分析原因。

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