塊存儲、文件存儲、對象存儲意義及差異

關于塊存儲、文件存儲、對象存儲方面的知識在知乎上看到了個很好的解答：https://www.zhihu.com/question/21536660

通俗易懂，查了些資料做了詳細的補充。

塊存儲

典型設備：磁盤陣列、硬盤
塊存儲主要是將裸磁盤空間整個映射給主機使用的。
就是說例如：磁盤陣列里面有5塊硬盤，然后可以通過劃邏輯盤、做Raid、或者LVM等方式邏輯劃分出N個邏輯的硬盤。但是邏輯盤和物理盤是兩個完全不同的概念。假設每個硬盤100G，共有5個硬盤，劃分為邏輯盤也為5個，每個100G，但是這5個邏輯盤和原來的5個物理盤意義完全不同了。例如第一個邏輯盤第一個20G可能來自物理盤1，第二個20G來自物理盤2，所以邏輯盤是多個物理盤邏輯虛構出來的硬盤。
接著塊存儲會采用映射的方式將這幾個邏輯盤映射給主機，主機上面的操作系統會識別到有5塊硬盤，但是操作系統是無法區分到底是物理盤還是邏輯盤，它一概就認為只是5塊裸的物理硬盤而已，跟直接拿一塊物理硬盤掛載到操作系統沒區別，至少操作系統感知上沒有區別的。
在此方式下，操作系統還需要對掛載的裸硬盤進行分區、格式化后，才能使用，與平常主機內置的硬盤無差異。

優點

（1）這種方式的好處當然是因為通過了Raid與LVM等手段，對數據提供了保護；
（2）可以將多塊廉價的硬盤組合起來，稱為一個大容量的邏輯盤對外提供服務，提高了容量；
（3）寫入數據時，由于是多塊磁盤組合出來的邏輯盤，所以幾塊硬盤可以并行寫入的，提升了讀寫效率；
（4）很多時候塊存儲采用SAN架構組網，傳輸速度以及封裝協議的原因，使得傳輸速度和讀寫效率得到提升

缺點

（1）采用SAN架構組網時，需要額外為主機購買光纖通道卡，還要購買光纖交換機，造價成本高；
（2）主機之間數據無法共享，在服務器不做集群的情況下，塊存儲裸盤映射給主機，在格式化使用后，對于主機來說相當于本地盤，那么主機A的本地盤根本不能給主機B去使用，無法共享數據
（3）不利于不同操作系統主機間的數據共享：因為操作系統使用不同的文件系統，格式化后，不同的文件系統間的數據是共享不了的。 例如一臺win7，文件系統是FAT32/NTFS，而linux是EXT4，EXT4是無法識別NTFS的文件系統的。

文件存儲

 典型設備：FTP、NFS服務器
為了克服文件無法共享的問題，所以有了文件存儲。
文件存儲也有軟硬一體化的設備，但是其實一臺普通的PC機，只要裝上合適的操作系統和軟件，就可以假設FTP與NFS服務了，架上該類服務之后的服務器，就是文件存儲的一種了。
主機A可以直接對文件存儲進行文件的上傳和下載，與塊存儲不同，主機A是不需要再對文件存儲進行格式化的，因為文件管理功能已經由文件存儲自己搞定了。

 優點

 （1）造價低：隨便一臺機器就可以，另外普通的以太網就可以，根本不需要專用的SAN網絡，所以造價低
 （2）方便文件共享

 缺點

 （1）讀寫速率低，傳輸速率慢：以太網，上傳下載速度較慢，另外所有讀寫都要1臺服務器里面的硬盤來承受，相比起磁盤陣列動不動就十幾上百塊硬盤同時讀寫，速率慢了許多。

對象存儲

典型設備：內置大容量硬盤的分布式服務器
對象存儲最常用的方案，就是多臺服務器內置大容量硬盤，再裝上對象存儲軟件，然后再額外搞幾臺服務作為管理節點，安裝上對象存儲管理軟件。管理節點可以管理其他服務器對外提供讀寫訪問功能。
之所以出現對象存儲這種東西，是為了克服塊存儲與文件存儲各自的缺點，發揚各自的優點。簡單來說塊存儲讀寫快，不利于共享，文件存儲讀寫慢，利于共享。能否弄一個讀寫塊，利于共享的存儲出來呢？于是就有了對象存儲。

首先，一個文件包含了屬性（術語：metadata，元數據，例如該文件的大小、修改時間、存儲路徑等）以及內容（數據）。
像FAT32這種文件系統，是直接將一份文件與metadata一起存儲的，存儲過程先將文件按照文件系統的最小塊大小來打散（例如4M的文件，假設文件系統要求一個塊4K，那么就將文件打散稱為1000個小塊），再寫進硬盤里，過程中沒有區分數據和metadata的。而每個塊最后會告知你下一個要讀取的塊地址，然后一直這樣順序的按圖索驥，最后完成整份文件的所有塊的讀取。
這種情況下讀寫速率很慢，因為就算你有100個機械臂在讀寫，但是由于你只有讀取到第一個塊，才能知道下一個塊在哪里，其實相當于只能有1個機械臂在實際工作。

而對象存儲則將元數據獨立出來了，控制節點叫元數據服務器（服務器+對象存儲管理軟件），里面主要負責存儲對象的屬性（主要是對象的數據被打散存放到了那幾臺分布式服務器中的信息）而其他負責存儲數據的分布式服務器叫做OSD，主要負責存儲文件的數據部分。當用戶訪問對象，會先訪問元數據服務器，元數據服務器只負責反饋對象存儲在哪里OSD，假設反饋文件A存儲在B、C、D三臺OSD，那么用戶就會再次直接訪問3臺OSD服務器去讀取數據。
這時候由于是3臺OSD同時對外傳輸數據，所以傳輸的速度就會加快了，當OSD服務器數量越多，這種讀寫速度的提升就越大，通過此種方式，實現了讀寫快的目的。

另一方面，對象存儲軟件是有專門的文件系統的，所以OSD對外又相當于文件服務器，那么就不存在共享方面的困難了，也解決了文件共享方面的問題
所以對象存儲的出現，很好的結合了塊存儲和文件存儲的優點

為什么對象存儲兼具塊存儲和文件存儲的好處，還要使用塊存儲和文件存儲呢？

（1）有一類應用是需要存儲直接裸盤映射的，例如數據庫。因為數據需要存儲樓盤映射給自己后，再根據自己的數據庫文件系統來對裸盤進行格式化的，所以是不能夠采用其他已經被格式化為某種文件系統的存儲的。此類應用更合適使用塊存儲。
（2）對象存儲的成本比起普通的文件存儲還要較高，需要購買專門的對象存儲軟件以及大容量硬盤。如果對數據量要求不是海量，只是為了做文件共享的時候，直接用文件存儲的形式好了，性價比高。

下圖簡要的總結了三者之間的差異：

對象存儲文件系統的關鍵技術是什么？

（1）分布元數據
（2）并發數據訪問，對象存儲體系結構定義了一個新的、更加智能化的磁盤接口OSD

什么是OSD？

存儲局域網（SAN）和網絡附加存儲（NAS）是我們比較熟悉的兩種主流網絡存儲架構，而對象存儲是一種新的網絡存儲架構，基于對象存儲技術的設備就是對象存儲設備，簡稱：OSD

在存儲對象中通過什么對象方式訪問對象？

在存儲設備中，所有對象都有一個對象標識，通過對象標識OSD命令訪問對象

OSD的主要功能是什么？

（1）數據存儲。OSD管理對象數據，并將它們放置在標準的磁盤系統上，OSD不提供塊接口訪問方式，Client請求數據時用對象ID、偏移進行數據讀寫；
（2）智能分布。OSD用其自身的CPU和內存優化數據分布，并支持數據的預取。由于OSD可以智能的支持對象的預取，從而可以優化磁盤的性能
（3）每個對象元數據的管理。OSD管理存儲在其上對象的元數據，該元數據與傳統的inode元數據相似，通常包括對象的數據塊和對象的長度。