1. 物理存储系统

1.1 物理存储介质概述

几种可用介质：

• 高速缓存：最快、最贵、最小。由硬件来管理，数据库不考虑对高速缓存的管理，但在设计查询处理的数据结构和算法时，数据库开发者注意到高速缓存的影响。

• 主存：易失性

• 闪存（flush memory）: 非易失性，但每字节代价比主存低，比磁盘高。固态硬盘（Solid-State Drive，SSD）在内部使用闪存来存储数据，但提供与磁盘类似的接口，允许以块为单位来存储或者检索数据。块规模通常从 512 字节 到 8KB 不等

• 磁盘存储器：与闪存类似，都是非易失的

• 光学存储器：DVD 是一种光存储介质，使用激光光源进行数据的写入和读回。蓝光 DVD 的容量是 27 GB~128 GB。

• 磁带存储器：磁带存储器主要用于备份数据和归档数据。磁带对数据的访问慢得多，因为它必须从开头按顺序访问，访问数据需要数十秒至数百秒。

其中，高速缓存和内存这一层存储介质是主存储器，闪存和磁盘这一层介质是辅助存储器或在线存储器，最底层的介质（如磁带和光盘）是三级存储器或离线存储器。

1.2 存储器接口

磁盘和固态硬盘通过高速互连连接到计算机系统。磁盘通常支持串行 ATA（Serial ATA，SATA）接口或串行连接的 SCSI（Serial Attached SCSI，SAS）接口。SAS 接口通常仅在服务器中使用。SATA 的 SATA-3 版本名义上支持支持每秒 6GB 的数据，实际上最多传输 600 MB 数据，而 SAS 的版本 3 支持每秒 12 GB。NVMe 接口是为了更好地支持 SSD 而开发的逻辑标准，通常与 PCIe 接口一起使用。

另外，磁盘也可以通过 SAN 或 NAS 组织起来。

1.3 磁盘

SSD 存储每字节的成本大约是磁盘的 6 ~ 8 倍，但 SSD 越来越成为企业数据的首选。

使用磁盘时，驱动电机以恒定速度旋转磁盘，通常每分钟 5400 ~ 10000 转。盘片的表面被逻辑地划分为磁道（track），磁道又划分为扇区（sector）。扇区是从磁盘读写的最小单位，通常为 512 字节，当今磁盘一般有 20 ~ 240 亿个扇区。内侧磁道（离转轴更近的地方）比外侧磁道的长度更短，有更少的扇区。

通过反转磁性材料的磁化方向，读写头将信息磁化存储到扇区上。磁盘控制器是计算机与磁盘驱动器硬件之间的接口，接受读写扇区的命令，将磁盘臂移动到正确的磁道，并实际对数据进行读写。磁盘控制器为它写的扇区附加校验和。

1.3.2 磁盘的性能度量

磁盘质量的主要指标是容量、访问时间、数据传输率和可靠性。