网站的高性能架构-存储性能优化

1、机械硬盘和固态硬盘

机械硬盘：通过马达驱动磁头臂，带动磁头到指定的磁盘位置访问数据。由于每次访问数据的时候都是通过移动磁头臂，因此机械硬盘在对于顺序读写（连续访问的数据存储在连续的磁盘空间上）的效率远高于随机读写（连续访问的数据在不连续的磁盘空间上）快的多，因为随机读写的时候，没次读写的时候磁头臂都可能要移动的次数差距都很大。

固态硬盘：又称作SSD或者Flash硬盘，这种硬盘没有机械装置，数据存储在可持久的记忆硅晶体上，因此可以像内存一样快速随机访问。而且SSD具有更小的工号和更少的磁盘震动和噪声。但是SSD成本比较昂贵。

2、B+树 和 LSM树

由于机械硬盘对于顺序的读写远高于随机读写。这个特性对磁盘存储结构和算法的选择甚大。

为了改善数据访问特性，文件系统或数据库系统会对数据排序后存储，这样就需要保证数据在不断更新、插入、删除后依然有序，传统关系数据库采用B+树索引。

B+树：索引上的每个节点都对应着磁盘中的一个磁盘页，当我们利用索引查找的时候，不能把索引全部加载到内存里，那样太大了。能做的是只能逐一加载每个磁盘页。从根节点开始查找，然后不断的定位下一级的节点位置，并将其所在的磁盘页加载出来。目前大多数数据库采用两级索引的B+树，树的层次最多三层，所以我们一般只要通过3次磁盘访问就能找出对应的磁盘页。然后再通过一此磁盘访问进行文件读操作，如果更新数据的话，还要再通过一次磁盘访问进行文件写操作。

但是如果不用索引的话，也就不用B+树。对于每次随机访问的话，机械硬盘在数据随机访问的时候性能较差，每次数据访问都需要多次访问磁盘才能访问到数据，所以说索引的访问效率更高。

LSM树：可看做是一个N阶合并树。数据写操作的时候(包括插入、修改、删除)都在内存里操作，并且都会创建一个新记录(修改记录新的数据值，而删除会记录一个删除标志)，这些数据在内存中仍然还是一棵排序树。当数据量超过内存设置的范围后，会将内存上的这颗排序树和磁盘上最新的排序树合并。当磁盘上这颗排序树的数据量也超过设定的范围后，和磁盘上下一级的排序树合并。合并过程中，会用最新更新的数据覆盖旧的数据（或者记录为不同版本）。在需要进行度操作的时候。总是从内存中的排序树开始搜索，没有再从磁盘上的排序树顺序查找。

在LS树上进行一次更新不需要磁盘访问，直接在内存上就可完成，速度远高于B+树。当数据访问以写操作为主，而读操作则集中在最近写入的数据时，使用LSM树可以极大程度的减少磁盘的访问次数，加快访问速度。

3、RAID和HDFS

RAID用来改造磁盘的访问延迟，增强磁盘的可用性和容错能力。

RAID0：数据在从内存写入到磁盘的时候，根据磁盘数量会将数据分成N份，这些数据会被并发的写入到N块磁盘中。这样数据整体写入速度是一块磁盘的N倍，读取时也一样，因此RAID0具有极快的读写速度，但是RAID0不做备份，N块磁盘中只要有一块损坏，数据完整性就会被破坏。

RAID1：数据在写入磁盘的时候，将一份数据同时写入到两块磁盘中，这两块磁盘中的数据都是相同并完整的。这样其中一块磁盘损坏都不会导致数据丢失。插入一块磁盘就可以通过复制数据的方式自动修复，具有极高的可靠性。

RAID2：集合RAID0和RAID1，数据写入磁盘的时候，会将所有磁盘平均分成两份，数据被分成N份，并同时写入到每个磁盘中的两半里，这样既可以保证并发写入，也可以保证数据的高可用。