服务器级别的存储涉及管理和保存大量数据的存储系统，以支持高性能、高可靠性和高可用性的数据存取。以下是服务器级别存储的一些关键概念：
基础概念
存储类型
- DAS（直接附加存储，Direct-Attached Storage）：存储直接连接到单个服务器，通常通过 SATA、SAS 或 NVMe 接口。适合低延迟和高带宽需求的应用，但扩展性有限。这类设备通常可以看作是一个大号U盘，直接通过USB与主机连接。
- NAS（网络附加存储，Network-Attached Storage）：独立的存储设备，通过网络（如以太网）提供文件级存储服务，允许多个服务器共享文件。适合文件共享和备份，但性能受网络速度影响。能够兼顾文件共享、备份、归档，还能够在局域网与广域网中数据传输。
- SAN（存储区域网络，Storage Area Network）：是一种专门的高速网络架构，提供块级存储访问，使用光纤通道或 iSCSI 连接服务器和存储。具有较高的扩展性和性能，适合数据库和虚拟化等高负载应用。对于超大型企业的超大数据管理的解决方案。
RAID（独立磁盘冗余阵列，Redundant Array of Independent Disks）
RAID 是一种将多个物理硬盘组合成一个逻辑卷的技术，用于提升性能、提供冗余和数据保护。常见的 RAID 级别有：
- RAID 0：数据分条（Striping），不提供冗余，但提高了速度。
- RAID 1：镜像（Mirroring），实现数据冗余和故障恢复。
- RAID 5/6：提供分布式奇偶校验，能够在 1-2 块磁盘损坏时保护数据。
- RAID 10：结合了分条和镜像，提供较高的性能和冗余。
而实现 RAID 的方法可以分为硬件与软件层面的解决方法。
- 硬RAID：硬件 RAID 使用专用 RAID 控制器提供性能优势，各大通信厂商都有类似产品。
- 软RAID：软件 RAID 则由操作系统管理，成本较低但占用 CPU 资源，类似于 Unraid 与 Freenas 等。
文件系统
- EXT4、NTFS、HFS+ 等：常用于消费级和中小型服务器。
- ZFS：企业级文件系统，具有快照、数据完整性检查、自修复等功能，适合对数据可靠性要求较高的环境。
- XFS：支持大容量和高性能的文件系统，适合大数据应用和视频存储。
- Btrfs：支持快照、压缩和多设备管理，适合虚拟化和云环境。
存储硬盘
硬盘的规格主要可以从 接口类型、物理尺寸 和 存储技术 等方面进行分类，不同的规格决定了硬盘的速度和应用场景。以下是常见的硬盘规格及其典型速度：
| 接口类型 | 物理尺寸 | 存储技术 | 典型速度 | 应用场景 |
|---|---|---|---|---|
| SATA | 2.5" / 3.5" | HDD | 80-200 MB/s | 台式机、笔记本、大容量存储 |
| SATA | 2.5" | SSD | 500-550 MB/s | 台式机、笔记本、消费级应用 |
| SAS | 2.5" / 3.5" | HDD / SSD | 1500 MB/s+ | 数据中心、企业级应用 |
| PCIe 3.0 NVMe | M.2 / U.2 | SSD | 2000-3500 MB/s | 高性能计算、游戏、数据分析 |
| PCIe 4.0 NVMe | M.2 / U.2 | SSD | 5000-7000 MB/s | 高频读写、实时数据处理 |
| PCIe 5.0 NVMe | M.2 / U.2 | SSD | 10000 MB/s+ | 下一代高性能应用场景 |
| Optane | M.2 / U.2 | SSD | 2500-3000 MB/s | 数据库、延迟敏感的应用 |
不同硬盘规格和类型适合不同应用需求。对于高性能需求的应用（如数据中心、实时分析、游戏），NVMe SSD 是最佳选择；而对于大容量的存储需求（如备份、档案存储），HDD 仍然是高性价比的方案。
硬件设备
对于需要服务器级别的存储，自然硬盘数量会其他大于10盘以上，这就不是一般个人PC能够安装与处理的了。这时候就需要折腾机架式数据服务器了。
以上是一个机架式数据服务器的抽象组成，其中包括了，内存、CPU、主板、扩展卡以及硬盘背板。其中与个人PC区别最大的就是扩展卡以及硬盘背板。
扩展卡
对于机架式数据服务器，一般都是 SAS（Serial Attached SCSI）硬盘扩展卡，并且能够兼容 SATA 格式。根据不同的功能、配置和应用需求，SAS 硬盘扩展卡可以分为以下几种主要类别：
HBA（Host Bus Adapter，主机总线适配器）
- 功能：HBA 提供直通模式（IT 模式），直接将硬盘连接到主机系统，操作系统可以直接访问硬盘。
- 支持协议：SAS 和 SATA，支持双通道 SAS。
- 带宽：SAS 3.0 可以支持高达 12Gbps，SAS 4.0 支持高达 24Gbps。
- 特点：HBA 不提供 RAID 功能，适用于需要通过软件控制和管理存储的场景，例如 ZFS 文件系统或软件定义存储。
- 应用场景：常用于需要直接访问硬盘的系统，如 NAS、SAN 和 SDS（软件定义存储）系统。
RAID 硬件卡
- 功能：RAID 控制卡支持多种 RAID 配置（RAID 0、1、5、6、10 等），通过硬件实现数据冗余和性能提升。
- 缓存和电池支持：许多 RAID 控制卡自带缓存，并支持电池或闪存模块（BBU 或 Flash Backup），可在断电时保护未完成的数据写入。
- 支持协议：SAS 和 SATA，通常支持 12Gbps 或 24Gbps。
- 特点：RAID 控制卡具备独立的处理器和内存，不依赖主机的 CPU 进行数据处理，适合需要硬件级数据保护的应用。
- 应用场景：适用于对数据可靠性要求高的环境，如数据库服务器、虚拟化服务器和企业级存储系统。
混合 RAID/HBA 卡
- 功能：混合 RAID/HBA 卡支持两种模式，既可以作为直通模式的 HBA，也可以配置 RAID 阵列。
- 切换模式：这些卡通常可以通过固件或驱动程序来切换模式，例如 LSI 的 IT 模式和 IR 模式。
- 特点：混合模式卡灵活性强，可以在不同应用需求之间切换，非常适合需要灵活配置的环境。
- 应用场景：适合需要部分存储设备使用 RAID，而其他设备直通管理的环境，如一些文件服务器或虚拟化环境。
规格和物理接口类型
SAS（Serial Attached SCSI）接口有多种规格和物理接口类型，以满足不同的存储需求和应用场景。以下是常见的 SAS 接口规格：
| 接口规范 | 速度 | 应用场景 |
|---|---|---|
| SAS 1.0 | 3Gbps | 早期的服务器和存储系统 |
| SAS 2.0 | 6Gbps | 中等性能需求的服务器和存储系统 |
| SAS 3.0 | 12Gbps | 数据中心和企业存储，高性能 RAID 阵列 |
| SAS 4.0 | 24Gbps | 高性能计算、AI 和数据分析等高带宽需求场景 |
| 接口类型 | 说明 | 应用场景 |
|---|---|---|
| SFF-8482 | SAS/SATA 29 针，单硬盘连接 | 基础硬盘连接 |
| SFF-8087 | 内部 Mini-SAS 4i | 服务器背板与 RAID 控制器连接 |
| SFF-8088 | 外部 Mini-SAS 4x | 外部存储设备连接 |
| SFF-8643 | 内部 Mini-SAS HD | 高密度存储系统 |
| SFF-8644 | 外部 Mini-SAS HD | 高性能外部存储设备连接 |
| SFF-8654 | HD Mini-SAS 8i/8x | 超高密度和高速数据传输 |
| U.2 (SFF-8639) | 支持 SAS、SATA 和 NVMe | 高性能、混合存储系统 |
不同的 SAS 接口规格和类型提供了多样的连接方式，以满足从基础存储扩展到高性能存储系统的各种需求。选择合适的 SAS 接口规格可以帮助优化存储性能和系统的扩展性。
硬盘背板
硬盘背板（Backplane）是服务器或存储设备中用于连接多个硬盘的电路板组件。它简化了硬盘与主板或控制卡之间的连接，并提供了热插拔功能，使得硬盘更换和维护更加便捷。根据接口类型、功能和应用需求，硬盘背板具有不同的特性和区别。以下是硬盘背板的一些主要类别和特性：
硬盘接口类型
-
SATA 背板
- 接口：专用于 SATA 硬盘，通过 SATA 接口与硬盘和主板或 RAID 控制卡连接。
- 特点：传输速率通常为 6Gbps（SATA 3.0），适合连接 SATA HDD 和 SATA SSD。
- 应用场景：常用于家用 NAS 和小型服务器，适合对性能要求不高的存储应用。 -
SAS 背板
- 接口：用于连接 SAS 硬盘，通常支持双通道 SAS 或 SATA 设备。
- 特点：SAS 背板通常支持 6Gbps、12Gbps 或 24Gbps 的 SAS 传输速率，具备更高的可靠性和数据传输速度。
- 应用场景：广泛应用于企业级存储和数据中心，适合需要高性能和高可靠性的应用。 -
NVMe 背板
- 接口：支持 NVMe SSD，通过 PCIe 通道连接，提供极高的带宽和低延迟。
- 特点：支持热插拔，传输速率可达 32Gbps 或更高，适合高性能 NVMe 存储。
- 应用场景：适用于高性能存储需求的数据中心和高频读写应用场景。
以及一些相互混合背板的，可以根据需求选择不同的硬盘，既支持高容量存储（SAS/SATA）也支持高性能存储（NVMe）。
扩展接口
带有 SAS 扩展器的背板：
- 内置 SAS 扩展器的背板可以通过一个或几个 SAS 通道连接多个硬盘，简化了物理连接结构。
- 适合高密度存储环境，如需要连接大量硬盘的服务器和数据中心，便于管理和扩展存储容量。
例如，一些机箱产品描述为：12Gb 背板，2 个 SFF-8643 口，内置 EX 芯片，通过一条线连接 24 个硬盘
- 12Gb：表示每个 SAS 通道的带宽是 12Gbps，提供更高的传输速率。
- 2 个 8643 口：SFF-8643 是 Mini-SAS HD 接口，属于更高密度的连接方式，可以支持更高的速度和更多硬盘连接。
- 内置 EX 芯片：同样有 SAS 扩展芯片，允许通过背板内部扩展，连接更多硬盘。
- 一条线连接 24 个硬盘：和第二种配置类似，虽然只有 2 个 8643 端口，但内置 EX 芯片允许一个接口覆盖更多硬盘，因此只需一条线即可连接 24 个硬盘。
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