块存储、文件存储、对象存储意义及差异

关于块存储、文件存储、对象存储方面的知识在知乎上看到了个很好的解答：https://www.zhihu.com/question/21536660

通俗易懂，查了些资料做了详细的补充。

块存储

典型设备：磁盘阵列、硬盘
块存储主要是将裸磁盘空间整个映射给主机使用的。
就是说例如：磁盘阵列里面有5块硬盘，然后可以通过划逻辑盘、做Raid、或者LVM等方式逻辑划分出N个逻辑的硬盘。但是逻辑盘和物理盘是两个完全不同的概念。假设每个硬盘100G，共有5个硬盘，划分为逻辑盘也为5个，每个100G，但是这5个逻辑盘和原来的5个物理盘意义完全不同了。例如第一个逻辑盘第一个20G可能来自物理盘1，第二个20G来自物理盘2，所以逻辑盘是多个物理盘逻辑虚构出来的硬盘。
接着块存储会采用映射的方式将这几个逻辑盘映射给主机，主机上面的操作系统会识别到有5块硬盘，但是操作系统是无法区分到底是物理盘还是逻辑盘，它一概就认为只是5块裸的物理硬盘而已，跟直接拿一块物理硬盘挂载到操作系统没区别，至少操作系统感知上没有区别的。
在此方式下，操作系统还需要对挂载的裸硬盘进行分区、格式化后，才能使用，与平常主机内置的硬盘无差异。

优点

（1）这种方式的好处当然是因为通过了Raid与LVM等手段，对数据提供了保护；
（2）可以将多块廉价的硬盘组合起来，称为一个大容量的逻辑盘对外提供服务，提高了容量；
（3）写入数据时，由于是多块磁盘组合出来的逻辑盘，所以几块硬盘可以并行写入的，提升了读写效率；
（4）很多时候块存储采用SAN架构组网，传输速度以及封装协议的原因，使得传输速度和读写效率得到提升

缺点

（1）采用SAN架构组网时，需要额外为主机购买光纤通道卡，还要购买光纤交换机，造价成本高；
（2）主机之间数据无法共享，在服务器不做集群的情况下，块存储裸盘映射给主机，在格式化使用后，对于主机来说相当于本地盘，那么主机A的本地盘根本不能给主机B去使用，无法共享数据
（3）不利于不同操作系统主机间的数据共享：因为操作系统使用不同的文件系统，格式化后，不同的文件系统间的数据是共享不了的。 例如一台win7，文件系统是FAT32/NTFS，而linux是EXT4，EXT4是无法识别NTFS的文件系统的。

文件存储

 典型设备：FTP、NFS服务器
为了克服文件无法共享的问题，所以有了文件存储。
文件存储也有软硬一体化的设备，但是其实一台普通的PC机，只要装上合适的操作系统和软件，就可以假设FTP与NFS服务了，架上该类服务之后的服务器，就是文件存储的一种了。
主机A可以直接对文件存储进行文件的上传和下载，与块存储不同，主机A是不需要再对文件存储进行格式化的，因为文件管理功能已经由文件存储自己搞定了。

 优点

 （1）造价低：随便一台机器就可以，另外普通的以太网就可以，根本不需要专用的SAN网络，所以造价低
 （2）方便文件共享

 缺点

 （1）读写速率低，传输速率慢：以太网，上传下载速度较慢，另外所有读写都要1台服务器里面的硬盘来承受，相比起磁盘阵列动不动就十几上百块硬盘同时读写，速率慢了许多。

对象存储

典型设备：内置大容量硬盘的分布式服务器
对象存储最常用的方案，就是多台服务器内置大容量硬盘，再装上对象存储软件，然后再额外搞几台服务作为管理节点，安装上对象存储管理软件。管理节点可以管理其他服务器对外提供读写访问功能。
之所以出现对象存储这种东西，是为了克服块存储与文件存储各自的缺点，发扬各自的优点。简单来说块存储读写快，不利于共享，文件存储读写慢，利于共享。能否弄一个读写块，利于共享的存储出来呢？于是就有了对象存储。

首先，一个文件包含了属性（术语：metadata，元数据，例如该文件的大小、修改时间、存储路径等）以及内容（数据）。
像FAT32这种文件系统，是直接将一份文件与metadata一起存储的，存储过程先将文件按照文件系统的最小块大小来打散（例如4M的文件，假设文件系统要求一个块4K，那么就将文件打散称为1000个小块），再写进硬盘里，过程中没有区分数据和metadata的。而每个块最后会告知你下一个要读取的块地址，然后一直这样顺序的按图索骥，最后完成整份文件的所有块的读取。
这种情况下读写速率很慢，因为就算你有100个机械臂在读写，但是由于你只有读取到第一个块，才能知道下一个块在哪里，其实相当于只能有1个机械臂在实际工作。

而对象存储则将元数据独立出来了，控制节点叫元数据服务器（服务器+对象存储管理软件），里面主要负责存储对象的属性（主要是对象的数据被打散存放到了那几台分布式服务器中的信息）而其他负责存储数据的分布式服务器叫做OSD，主要负责存储文件的数据部分。当用户访问对象，会先访问元数据服务器，元数据服务器只负责反馈对象存储在哪里OSD，假设反馈文件A存储在B、C、D三台OSD，那么用户就会再次直接访问3台OSD服务器去读取数据。
这时候由于是3台OSD同时对外传输数据，所以传输的速度就会加快了，当OSD服务器数量越多，这种读写速度的提升就越大，通过此种方式，实现了读写快的目的。

另一方面，对象存储软件是有专门的文件系统的，所以OSD对外又相当于文件服务器，那么就不存在共享方面的困难了，也解决了文件共享方面的问题
所以对象存储的出现，很好的结合了块存储和文件存储的优点

为什么对象存储兼具块存储和文件存储的好处，还要使用块存储和文件存储呢？

（1）有一类应用是需要存储直接裸盘映射的，例如数据库。因为数据需要存储楼盘映射给自己后，再根据自己的数据库文件系统来对裸盘进行格式化的，所以是不能够采用其他已经被格式化为某种文件系统的存储的。此类应用更合适使用块存储。
（2）对象存储的成本比起普通的文件存储还要较高，需要购买专门的对象存储软件以及大容量硬盘。如果对数据量要求不是海量，只是为了做文件共享的时候，直接用文件存储的形式好了，性价比高。

下图简要的总结了三者之间的差异：

对象存储文件系统的关键技术是什么？

（1）分布元数据
（2）并发数据访问，对象存储体系结构定义了一个新的、更加智能化的磁盘接口OSD

什么是OSD？

存储局域网（SAN）和网络附加存储（NAS）是我们比较熟悉的两种主流网络存储架构，而对象存储是一种新的网络存储架构，基于对象存储技术的设备就是对象存储设备，简称：OSD

在存储对象中通过什么对象方式访问对象？

在存储设备中，所有对象都有一个对象标识，通过对象标识OSD命令访问对象

OSD的主要功能是什么？

（1）数据存储。OSD管理对象数据，并将它们放置在标准的磁盘系统上，OSD不提供块接口访问方式，Client请求数据时用对象ID、偏移进行数据读写；
（2）智能分布。OSD用其自身的CPU和内存优化数据分布，并支持数据的预取。由于OSD可以智能的支持对象的预取，从而可以优化磁盘的性能
（3）每个对象元数据的管理。OSD管理存储在其上对象的元数据，该元数据与传统的inode元数据相似，通常包括对象的数据块和对象的长度。