建议收藏！|关于【数据存储】的干货贴

光存储的代表设备主要就是光盘，现代社会用的也不多了。光盘的主要原理是靠激光在材料表面雕刻出不同的凹槽，以此来存储数据。这种存储方式主要依赖于材料自身的稳定性，并不会像磁盘那样消磁或者固态盘那样漏电，所以光盘的存储寿命远高于其他的存储技术。而且光盘的材料可以是一次性只读的，可以确保写入的数据不被误操作篡改，在一些数据备份场景光盘依然有很大的用武之地。

电存储的代表设备主要包括我们生活中随处可见的各种固态盘、U盘、手机内存储等。通常这种存储方式的芯片被叫做“闪存芯片”，闪存芯片的最大特点是不需要机械结构、体积小巧、可以做到高速读写、省电，因此已经成为现代生活中的主流存储方式。闪存芯片的弊端也显而易见：寿命短，因此所有的闪存芯片都会有一个重要参数：写入次数。

闪存芯片的水比硬盘还深。主要原因是，闪存在生产过程中，会因为制造工艺等原因，导致生产出的芯片质量参差不齐。芯片“原片”是指原厂质检通过的芯片，“白片”是指质检不通过有瑕疵的芯片（如读写速度不稳定等），“黑片”是指比“白片”质量还差的芯片（通常会有严重性能问题甚至部分空间有损坏）。有些无良商家就会用劣质芯片包装成“高性价比”的固态盘或者U盘，这些劣质产品一旦出现问题，数据基本就全毁了。正所谓“廉价一时爽，数据火葬场”。由于闪存芯片的水太深了，这里就不展开讲了，有兴趣的同学可以自己搜索相关知识，建议大家买正规大厂的产品，同时一定要做好数据备份。

最常用也是最通用的保证数据安全的手段就是把重要数据从一个地方拷贝到另一个地方，也就是所谓的备份，比如苹果的 TimeMachine，群晖 NAS 的 HyperBackup，以及基于 rsync 的一些工具脚本等等。备份的优点是有明确的备份时间点、可以按需恢复数据、简单易用、通用性强，适合资料文件类的备份。备份的缺点也显而易见，不够实时，而且遇到数据库等场景，通用方案的备份就不可用了。

这里稍微解释一下为什么 rsync 不能直接用于数据库备份：因为数据库的文件是频繁读写的而且是有严格的内部格式的。如果在备份过程中数据库文件发生了变化，极有可能会得到一个被损坏的文件，从而导致这个备份无法用于恢复数据库。因此，数据库备份要么借助数据库自身手段（dump 或者 replication），要么借助快照或同步等手段。

云盘是个人用户最便捷的一种数据备份（以及同步方式），比如苹果的 iCloud，Google 的 Drive，微软的 OneDrive，以及可以私人搭建的 Nextcloud 云盘等等。云盘的最大优势就是把文件备份和同步做到了用户的系统中，用户可以无缝的直接访问云上的文件，并且享受到足够的数据安全服务。

前面说到，通用备份方案是不能用于数据库等对文件系统有一致性要求的场景的。那么有没有办法快捷的实现这类场景的数据副本呢？答案就是“快照 snapshot”。有些文件系统（如 btrfs 和 zfs）以及所有的云服务商，都提供了快照功能。在做快照的时候，当前存储中的内容被一瞬间全都固化下来，因此不管系统里跑的是什么应用程序，都不会有数据不一致问题。后续在使用快照恢复数据的时候，是精确的恢复到快照时间点的完整的文件系统。而且快照本身非常高效，不会影响正常程序的执行，文件系统的快照还会借助 Copy-on-Write 机制，尽可能的节约存储空间。

前面介绍的机制，在恢复数据的时候，通常需要一定的时间，而且有些机制（比如文件系统快照）还被局限在当前计算机上。在真实的世界里，我们会面临实时高可用的需求。例如，对于一个跑在 A 服务器上的数据库，如果服务器 A 发生故障，我们希望数据库可以最短时间在服务器 B 上启动起来。这又该怎么做的？答案就是实时同步。

我们只需要在服务器 B 上实时的同步 A 的所有数据，这样在 A 停止之后，B 上的数据依然是最新而且完整的，数据库就可以在服务器 B 上顺利启动并继续提供服务。数据库的实时同步可以借助 replication 实现，也可以借助存储的实时同步实现（如 drbd 和云盘等）。

目前所有的云服务商的云盘，都是有高可用保障的实时同步的存储服务，云用户可以很方便的在任何一个云服务器上挂载使用云盘。

硬盘 RAID 是历史悠久的在同一台计算机上做硬盘数据实时同步和高可用的方案。除了 RAID1/RAID10 之外，其他的 RAID 组合基本是没有实用价值的。对 RAID 感兴趣的同学也可以搜索一下相关知识。

过去为了实现硬盘 RAID，通常需要借助硬件的 RAID 卡。随着时代的发展，软件技术越来越好，像 brfs 和 zfs 等可以非常好的替代硬件 RAID 卡，用户只要把一堆硬盘接到计算机里，即可用 btrfs 和 zfs 享受到比硬件 RAID 卡更高级的 RAID 服务。

数据安全一方面是要保持数据不损坏，另一方面是要保证数据不被盗。在云上可以借助云服务商的加密服务，可以把云盘设置为“加密”。

如果想自己搭建加密的存储，通常有两个方案：

存储级别的加密：也就是把整个硬盘（块设备）做加密，在加密的块设备上可以再格式化成各种其他的文件系统。

文件系统级别的加密：加密操作只作用在文件系统层面，在已经存在的底层文件系统上虚拟出一个新的加密的文件系统。在底层的文件系统中看到的文件名也是被加密过的乱码。

古人云：光说不练假把式，光练不说傻把式，又练又说真把式。备份也是这样。只说“我备份了”没有用，只有从备份把数据恢复出来，那才是真正的做到的数据安全。历史上很多公司都发生过“虽然我备份了，但是备份坏了，数据丢了还是无法修复”的事故。

所谓块存储，是指云厂商把硬盘“块设备”作为存储服务提供给普通用户，也就是云盘。用户可以申请几十 GB 到 PB 级别的云上硬盘，挂载到自己的云服务器中使用。云厂商会对云盘的性能和高可用性做保障，用户可以根据需要对云盘做快照等操作。

NAS 是指网络附加存储，服务提供方以网络协议（nfs/samba/cifs）的方式把自己本地的文件系统暴露在网络上，其他服务器可以通过这些协议把网络文件系统挂在在本地，就像访问本地文件系统一样访问远程文件。