块存储,文件存储,对象存储的区别，块存储和对象存储哪个最底层

***：块存储、文件存储和对象存储存在诸多区别。块存储将数据存储在块中，适合数据库等场景；文件存储以文件和文件夹形式管理数据，便于共享；对象存储基于对象，有独特的元数据。关于块存储和对象存储哪个更底层，块存储更接近物理层，可视为较底层的存储方式，它直接操作存储设备的块，而对象存储在块存储之上构建，通过对象的方式来组织和管理数据。

本文目录导读：

1. 块存储
2. 文件存储
3. 对象存储
4. 块存储、文件存储和对象存储的比较

《深入探究块存储、文件存储与对象存储：底层原理及特性比较》

在现代数据存储领域，块存储、文件存储和对象存储是三种常见的存储类型，它们各自有着独特的架构、工作原理和适用场景，理解它们之间的区别，尤其是探究哪一种在某种意义上更为底层，对于正确选择存储方案以满足不同应用需求至关重要。

块存储

（一）基本概念

块存储将数据存储在固定大小的块中，这些块是存储设备（如硬盘）上的最小可寻址单元，典型的块大小可以是512字节、4KB等，在块存储中，存储系统直接将这些块提供给主机操作系统，主机操作系统将这些块视为原始的磁盘分区或逻辑卷。

（二）底层原理

1、硬件交互层面

- 在物理磁盘上，块存储是基于磁盘的扇区等物理结构构建的，磁盘的每个扇区（通常为512字节）是数据存储的基本单元，当主机向块存储设备发送读写请求时，请求以块为单位进行处理，存储设备控制器将逻辑块地址转换为物理扇区地址，然后通过磁盘的磁头定位、读写操作来完成数据的传输。

- 从存储网络角度看，在光纤通道（FC）或iSCSI等块存储网络协议中，数据以块的形式在网络上传输，以iSCSI为例，它将SCSI命令封装在IP包中，在网络上传输块数据，iSCSI发起端（主机）发送包含块数据读写操作的SCSI命令到目标端（存储设备），目标端根据命令对相应的块进行操作。

2、操作系统层面

- 在操作系统中，块存储设备被视为原始的磁盘设备，例如在Linux系统中，块设备以/dev/sda、/dev/sdb等形式存在，操作系统通过设备驱动程序与块存储设备进行交互，设备驱动程序负责将操作系统的块I/O请求转换为存储设备能够理解的命令。

- 操作系统对块存储进行分区、格式化等操作，将一个块存储设备格式化为ext4文件系统时，文件系统会在块存储设备的块上构建元数据结构，如超级块、inode表等，用于管理文件和目录，但在底层，文件系统对块的操作仍然依赖于块存储设备提供的基本块读写功能。

（三）特性

1、高性能

- 由于块存储直接与底层硬件交互，减少了中间的转换层，因此在随机读写性能方面表现出色，对于需要频繁进行小块数据读写的应用，如数据库系统（如Oracle、MySQL等），块存储能够快速响应读写请求，在数据库的事务处理中，对数据块（如数据库表中的数据页）的频繁修改和查询需要低延迟的存储响应，块存储可以满足这种需求。

2、灵活性

- 块存储可以灵活地进行分区、镜像、条带化等操作，分区可以将一个大容量的块存储设备划分为多个逻辑分区，方便不同操作系统或应用程序使用，镜像操作可以在多个物理存储设备上创建相同的块数据副本，提高数据的可用性和可靠性，条带化则可以将数据分散存储在多个磁盘上，提高读写带宽。

3、依赖于文件系统（对于操作系统而言）

- 虽然块存储提供了原始的块读写功能，但在操作系统层面，要方便地管理和使用数据，通常需要构建文件系统在块存储之上，没有文件系统的情况下，用户很难直接识别和管理存储在块中的数据，文件系统为用户提供了文件和目录的抽象概念，使得数据管理更加直观。

文件存储

（一）基本概念

文件存储以文件和文件夹（目录）为基本单位来组织和存储数据，它为用户和应用程序提供了一个基于文件层次结构的存储视图，用户可以通过文件路径来访问和操作文件，就像在本地计算机的文件系统中操作一样。

（二）底层原理

1、文件系统实现

- 在底层，文件存储依赖于文件系统的实现，常见的文件系统如Windows中的NTFS、Linux中的ext4等，文件系统在块存储之上构建了一个逻辑结构，用于管理文件和目录，文件系统会维护文件的元数据，包括文件的名称、大小、创建时间、修改时间、权限等信息。

- 以ext4文件系统为例，它将块存储设备划分为多个块组，每个块组包含超级块（用于描述文件系统的整体信息）、inode表（用于存储文件的元数据）、数据块等，当创建一个文件时，文件系统会在inode表中分配一个inode，用于记录文件的元数据，并在数据块中分配空间来存储文件的实际内容。

2、网络文件系统（NFS、CIFS等）

- 在网络环境中，网络文件系统（NFS用于Unix/Linux系统之间，CIFS主要用于Windows系统之间及Windows与Unix/Linux系统之间的文件共享）使得不同主机能够共享文件存储资源，以NFS为例，当客户端主机请求访问服务器上的文件时，NFS协议会在网络上传输文件的读写请求。

- 服务器端的文件系统根据请求进行文件的读写操作，并将结果返回给客户端，在这个过程中，NFS协议会处理诸如文件锁、权限验证等操作，以确保文件共享的安全性和一致性。

（三）特性

1、易用性

- 文件存储提供了熟悉的文件和目录操作界面，对于用户和应用程序来说非常直观，无论是在本地存储还是网络共享存储中，用户可以像操作本地文件一样创建、删除、移动和复制文件，在企业办公环境中，员工可以通过网络文件共享轻松地访问和共享文档、电子表格等办公文件。

2、适合共享

- 由于文件存储基于文件和目录结构，它非常适合于多用户、多应用之间的文件共享，不同用户或应用程序可以根据文件的权限设置来访问和修改文件，在一个项目开发团队中，开发人员可以通过共享的文件存储来共同编辑代码文件、查看项目文档等。

3、性能受文件系统和网络影响

- 文件存储的性能在很大程度上取决于文件系统的性能和网络传输速度，对于大文件的顺序读写，如果网络带宽足够且文件系统没有碎片化等问题，性能可以较好，但是对于大量小文件的随机读写，由于文件系统需要频繁查找文件的元数据，可能会导致性能下降。

对象存储

（一）基本概念

对象存储将数据作为对象进行存储，一个对象包含数据本身、元数据（如对象的名称、大小、创建时间、存储类别等）以及一个唯一的标识符，对象存储系统通过这个唯一标识符来定位和管理对象，而不是像文件存储那样依赖于文件路径或像块存储那样依赖于块地址。

（二）底层原理

1、对象存储架构

- 对象存储系统通常由对象存储设备（OSD）、元数据服务器和客户端组成，对象存储设备负责存储对象数据，元数据服务器负责管理对象的元数据，当客户端向对象存储系统上传一个对象时，客户端首先将对象数据和元数据发送给元数据服务器。

- 元数据服务器为对象分配一个唯一的标识符，并记录对象的元数据信息，然后指示对象存储设备存储对象数据，当客户端请求访问一个对象时，它首先向元数据服务器查询对象的元数据，获取对象的存储位置（在哪个对象存储设备上以及具体的存储地址），然后直接从对象存储设备获取对象数据。

2、数据分布与冗余

- 对象存储系统会根据一定的算法将对象分布在多个对象存储设备上，以实现数据的负载均衡和冗余，采用一致性哈希算法将对象均匀分布在不同的存储设备上，对象存储系统可以采用多副本或纠删码等技术来实现数据冗余，多副本技术会在不同的存储设备上创建对象的多个副本，以防止数据丢失；纠删码技术则通过编码方式将对象数据分割并存储在多个存储设备上，在部分设备故障时可以通过剩余数据恢复对象。

（三）特性

1、可扩展性

- 对象存储具有极高的可扩展性，可以轻松地添加新的对象存储设备到系统中以增加存储容量，由于对象存储系统采用分布式架构，新添加的设备可以自动被纳入存储系统的管理范围，并且对象可以根据系统的负载和容量情况重新分布在所有的存储设备上。

2、适合海量数据存储

- 对于海量的非结构化数据（如图片、视频、音频等），对象存储是一个理想的选择，对象存储可以高效地管理大量的小对象，并且由于其分布式的特性，能够提供可靠的存储服务，在云存储服务中，对象存储被广泛用于存储用户上传的各种类型的文件。

3、元数据管理的重要性

- 元数据在对象存储中起着关键作用，由于对象存储是通过对象的唯一标识符和元数据来定位和管理对象的，元数据服务器的性能和可靠性直接影响到整个对象存储系统的性能，如果元数据服务器出现故障或性能瓶颈，可能会导致对象无法正常访问或存储系统的性能下降。

块存储、文件存储和对象存储的比较

（一）从底层架构看

1、块存储

- 块存储最接近硬件底层，直接基于磁盘的物理结构（如扇区）构建，以块为单位与硬件交互，它为操作系统提供了原始的磁盘读写功能，操作系统可以根据自身需求在块存储之上构建文件系统或直接用于数据库等对块读写要求高的应用。

2、文件存储

- 文件存储是在块存储之上构建的，通过文件系统实现对文件和目录的管理，它依赖于块存储提供的基本读写功能，但在逻辑上更加关注文件和目录的组织，文件存储在网络环境下通过网络文件系统协议扩展了本地文件存储的概念，实现了多主机之间的文件共享。

3、对象存储

- 对象存储的架构与块存储和文件存储有很大不同，它以对象为基本单元，通过对象存储设备、元数据服务器和客户端组成的分布式架构来实现数据存储，虽然对象存储也需要底层的存储设备（可以是基于块存储设备构建），但它的抽象层次更高，不再以块或文件路径为主要的管理方式，而是通过对象的唯一标识符和元数据。

（二）从数据管理角度看

1、块存储

- 块存储本身不提供高级的数据管理功能，如文件和目录的概念，它主要关注块的读写操作，数据管理更多地依赖于操作系统层面的文件系统或应用程序自身，数据库应用程序需要自己管理数据在块中的存储结构，包括索引构建、数据页管理等。

2、文件存储

- 文件存储提供了基于文件和目录的直观数据管理方式，用户和应用程序可以通过文件系统的操作命令（如cp、mv、rm等）来管理文件，文件存储还支持文件的权限管理、文件锁等功能，以确保多用户环境下文件的安全性和一致性。

3、对象存储

- 对象存储通过元数据来管理对象，元数据包含了对象的各种属性，如对象的类型、存储策略等，对象存储系统可以根据元数据对对象进行分类、存储优化等操作，可以根据对象的访问频率将对象存储在不同性能的存储介质上（如将频繁访问的对象存储在高速存储设备上，将低频访问的对象存储在低速大容量存储设备上）。

（三）从性能方面看

1、块存储

- 在随机读写性能方面表现较好，尤其是对于小块数据的读写，这使得它非常适合数据库等对读写延迟要求高的应用，块存储的性能也受到磁盘I/O性能、存储网络带宽等因素的影响，在传统的机械硬盘上，磁头寻道时间会影响块存储的随机读写性能，而在固态硬盘（SSD）上，由于没有机械部件，随机读写性能会得到显著提升。

2、文件存储

- 文件存储的性能在大文件顺序读写时可以较好，但对于大量小文件的随机读写可能会受到文件系统元数据查找的影响，在网络文件共享环境中，网络带宽和网络协议的开销也会对性能产生影响，在NFS网络文件系统中，如果网络拥塞或者服务器负载过高，文件读写的速度会明显下降。

3、对象存储

- 对象存储对于大文件和海量小对象的存储有较好的性能表现，其分布式架构可以实现数据的并行读写，提高读写效率，对象存储的性能也依赖于元数据服务器的性能，尤其是在高并发访问时，如果元数据服务器成为瓶颈，会影响对象的访问速度。

（四）从适用场景看

1、块存储

- 适用于对性能要求极高的企业级应用，如数据库（如Oracle、SQL Server等）、企业资源规划（ERP）系统中的数据存储，这些应用需要快速的块读写操作来保证业务的高效运行，在银行的核心业务系统中，数据库存储大量的客户账户信息、交易记录等，块存储可以满足其对数据读写速度和可靠性的要求。

2、文件存储

- 适合于办公环境中的文件共享、内容管理等场景，企业内部的文档管理系统，员工需要方便地共享和协作编辑文档、电子表格等文件，文件存储也适用于一些对文件访问方式有传统需求的应用，如媒体编辑系统中对素材文件的管理。

3、对象存储

- 主要用于海量非结构化数据的存储，如互联网公司的图片、视频、音频等数据存储，视频分享网站需要存储大量的用户上传视频，对象存储可以高效地管理这些海量数据，并提供可靠的存储服务，对象存储也适用于云存储服务，满足不同用户的存储需求。

从底层的角度来看，块存储是最接近硬件底层的存储方式，它为文件存储和对象存储提供了基本的读写功能基础，文件存储是在块存储之上构建的，通过文件系统提供了基于文件和目录的存储管理方式，更加注重用户和应用程序的易用性和文件共享功能，对象存储则是一种更高层次的抽象，以对象为基本单元，通过分布式架构和元数据管理来实现海量非结构化数据的存储，不能简单地说块存储是最底层就一定是最优的，在实际的应用场景中，需要根据数据的特点、应用的需求以及成本等多方面因素综合考虑选择合适的存储类型。