块存储 文件存储区别，块存储 文件存储 对象存储差别

***：块存储、文件存储和对象存储存在诸多差别。块存储将数据存储在块中，可被服务器直接访问，适用于对性能要求高的场景如数据库。文件存储以文件和文件夹形式组织数据，便于共享，适合多用户访问共享文件的情况。对象存储则以对象形式存储，包含数据、元数据等，在海量数据存储和云存储中有优势。理解它们的区别有助于根据不同需求选择合适的存储方式。

本文目录导读：

1. 块存储
2. 文件存储
3. 对象存储
4. 块存储、文件存储与对象存储的比较

《块存储、文件存储与对象存储：深入剖析三者的差别》

在当今的数据存储领域，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设计理念、架构和应用场景，了解它们之间的差别对于企业和开发者在选择合适的存储方案时至关重要，这不仅关系到数据的存储效率、安全性，还影响到整个业务系统的性能和成本。

块存储

（一）基本概念

块存储将数据存储在固定大小的块中，这些块是最基本的存储单元，服务器通过特定的块存储协议（如iSCSI、FC等）直接访问存储设备上的这些块，在块存储中，存储系统只负责存储块，而对于块内的数据结构和内容一无所知。

（二）技术架构

1、存储设备层

- 块存储通常依赖于磁盘阵列等存储设备，这些设备内部有多个磁盘，通过RAID（冗余磁盘阵列）技术将磁盘组合起来，以提高数据的可靠性和性能，RAID 0通过条带化将数据分散存储在多个磁盘上，提高读写速度；RAID 1通过镜像实现数据冗余。

2、连接协议层

- iSCSI（Internet Small Computer System Interface）是一种基于IP网络的块存储协议，它允许服务器通过以太网连接到存储设备，就像本地磁盘一样访问存储块，iSCSI协议将SCSI命令封装在IP包中，使得存储设备的部署更加灵活，不受距离限制。

- 光纤通道（Fibre Channel，FC）则是一种高速的存储网络协议，主要用于企业级的数据中心，FC提供了高带宽和低延迟的连接，适用于对性能要求极高的应用场景，如大型数据库存储。

（三）性能特点

1、高读写性能

- 由于块存储直接操作存储块，没有文件系统的开销，对于需要频繁读写小块数据的应用（如数据库）具有很高的性能，在数据库系统中，数据库管理系统可以直接对存储块进行读写操作，能够快速定位和更新数据记录。

2、低延迟

- 特别是采用FC等高速连接协议的块存储，能够实现极低的延迟，这对于实时性要求高的应用，如金融交易系统，非常关键，在金融交易场景中，每一笔交易的处理都需要快速地读取和更新账户余额等数据，块存储的低延迟特性可以确保交易的及时处理。

（四）应用场景

1、企业数据库存储

- 关系型数据库（如Oracle、MySQL等）通常依赖块存储，以企业的ERP系统为例，数据库中存储着大量的业务数据，包括客户信息、订单数据、库存信息等，这些数据需要快速的读写操作来支持企业的日常运营，块存储能够满足数据库系统对高性能和低延迟的要求。

2、虚拟化环境中的磁盘存储

- 在虚拟化技术中，虚拟机需要磁盘存储来运行操作系统和应用程序，块存储可以为虚拟机提供类似于物理磁盘的存储体验，每个虚拟机可以分配一定数量的块存储作为其虚拟磁盘，这样，虚拟机可以像在物理服务器上一样进行磁盘操作，如安装操作系统、存储应用程序数据等。

文件存储

（一）基本概念

文件存储是一种以文件和文件夹为基本单元的存储方式，它将数据组织成文件系统，文件系统管理着文件的存储位置、元数据（如文件名、创建时间、权限等）等信息，用户和应用程序通过文件路径来访问存储在文件存储中的数据。

（二）技术架构

1、文件系统层

- 常见的文件系统有NTFS（New Technology File System，主要用于Windows系统）、ext4（主要用于Linux系统）等，文件系统负责将文件存储在磁盘上的物理块中，并维护文件的目录结构，在ext4文件系统中，文件以inode（索引节点）为核心进行管理，inode中包含了文件的元数据信息，而文件的数据块则通过inode中的指针进行定位。

2、网络文件共享协议层

- NFS（Network File System）是一种在Unix/Linux系统中广泛使用的网络文件共享协议，它允许客户端通过网络挂载远程服务器上的文件系统，就像本地文件系统一样进行操作，客户端可以通过NFS协议访问远程服务器上的文件、创建文件夹、修改文件权限等。

- CIFS（Common Internet File System，也称为SMB - Server Message Block）则是主要用于Windows系统的网络文件共享协议，它提供了类似于NFS的功能，使得Windows客户端可以方便地共享和访问网络上的文件资源。

（三）性能特点

1、适合小文件随机读写

- 文件存储对于小文件的随机读写操作相对高效，因为文件系统会对文件进行缓存管理，当频繁访问小文件时，文件系统可以从缓存中快速获取数据，减少对磁盘的直接访问，在一个办公环境中，员工经常访问和修改一些小的文档文件（如Word文档、Excel表格等），文件存储能够较好地满足这种需求。

2、受文件系统限制

- 文件存储的性能在一定程度上受到文件系统的限制，当文件系统中的文件数量非常庞大时，文件的查找和索引操作可能会变得缓慢，文件系统的最大文件大小和文件数量也有一定的限制，不同的文件系统限制不同，ext4文件系统的单个文件最大大小为16TB，文件数量也存在一定的上限。

（四）应用场景

1、企业办公文件共享

- 在企业内部，员工需要共享和协作处理各种办公文件，如文档、电子表格、演示文稿等，文件存储通过网络文件共享协议（如NFS或CIFS）可以方便地实现文件的共享，一个企业部门内部可以设置一个共享文件夹，员工可以将自己的工作文件存储在该文件夹中，其他员工可以根据权限进行访问和修改。

2、内容管理系统

- 内容管理系统（CMS）中存储着大量的文本、图像、视频等文件，这些文件需要以文件的形式进行存储和管理，以便于内容的发布、更新和检索，文件存储可以很好地满足内容管理系统对文件存储和管理的需求，网站的内容管理系统可以将网页文件、图片文件等存储在文件存储中，通过文件路径进行访问和更新。

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（如对象的大小、创建时间、对象的类别等）以及一个全局唯一的标识符（Object ID），对象存储系统通过对象ID来定位和访问对象，而不是像文件存储那样通过文件路径。

（二）技术架构

1、对象存储设备（OSD）层

- 对象存储设备是对象存储的基本存储单元，它负责存储对象的数据和元数据，并提供对象的读写接口，在一个对象存储系统中，通常有大量的OSD组成一个存储集群，这些OSD可以是普通的服务器磁盘，也可以是专门的存储设备。

2、对象存储元数据管理层

- 元数据管理是对象存储的关键部分，元数据服务器负责管理对象的元数据，包括对象的存储位置（在哪个OSD上）、对象的属性等信息，当客户端请求访问一个对象时，首先会查询元数据服务器获取对象的存储位置信息，然后再从相应的OSD中获取对象数据。

3、对象存储接口层

- 对象存储通常提供RESTful API（Representational State Transfer Application Programming Interface）等接口，这些接口允许客户端通过HTTP协议与对象存储系统进行交互，方便应用程序进行对象的上传、下载、查询等操作，云存储服务提供商（如Amazon S3、阿里云OSS等）都提供了丰富的RESTful API，开发人员可以使用这些API开发各种应用程序，如图片存储应用、视频点播应用等。

（三）性能特点

1、海量数据存储与扩展性

- 对象存储非常适合海量数据的存储，由于其分布式的架构，对象存储系统可以轻松地扩展存储容量，当需要增加存储容量时，只需要添加新的OSD到存储集群中即可，一些大型互联网企业，如Facebook、Google等，需要存储海量的用户数据（如用户上传的图片、视频等），对象存储可以满足它们对大规模数据存储的需求。

2、高并发性能

- 对象存储在处理高并发请求方面具有优势，因为对象存储系统的元数据管理和数据存储是分离的，多个客户端可以同时请求不同的对象，而不会像文件存储那样受到文件系统的锁机制的限制，在一个视频点播应用中，大量用户同时请求观看不同的视频，对象存储可以高效地处理这些并发请求。

（四）应用场景

1、云存储服务

- 云存储服务提供商广泛采用对象存储技术，Amazon S3是全球知名的云存储服务，它为企业和开发者提供了可扩展、安全、高可用的对象存储解决方案，企业可以将数据存储在Amazon S3上，通过其提供的API进行数据的管理和访问，这对于中小企业来说，可以节省构建自己的存储基础设施的成本。

2、大数据存储与分析

- 在大数据领域，对象存储可以作为数据湖（Data Lake）的存储基础，数据湖是一个存储企业各种类型数据（结构化、半结构化和非结构化）的集中式存储库，对象存储的大容量和高扩展性使其适合存储大数据，而大数据分析工具（如Hadoop、Spark等）可以方便地从对象存储中读取数据进行分析，一家电商企业可以将用户的交易数据、用户行为数据等存储在对象存储中，然后利用大数据分析工具挖掘数据中的价值，如用户的购买偏好、个性化推荐等。

块存储、文件存储与对象存储的比较

（一）数据结构

1、块存储

- 以固定大小的块为基本存储单元，没有文件系统那样的文件和文件夹概念，存储系统只关注块的存储和读写，对于块内的数据结构和含义不做解释。

2、文件存储

- 以文件和文件夹为基本结构，通过文件系统管理文件的存储位置、元数据等信息，文件有明确的路径，用户和应用程序通过文件路径来访问文件。

3、对象存储

- 以对象为基本单元，每个对象包含数据、元数据和唯一标识符，对象存储通过对象ID来定位和访问对象，对象之间没有像文件存储那样的层次化目录结构。

（二）性能

1、读写性能

- 块存储在读写小块数据时具有很高的性能，特别是对于数据库等需要频繁读写特定数据块的应用，文件存储适合小文件的随机读写，尤其是在文件系统缓存有效的情况下，对象存储在处理大规模并发读写请求时表现出色，适合海量数据的高并发访问。

2、延迟

- 块存储（特别是采用高速连接协议的块存储）可以实现低延迟，适合对实时性要求高的应用，文件存储的延迟相对较高，尤其是在文件系统索引和查找复杂的情况下，对象存储的延迟取决于其分布式架构和网络状况，在处理大规模数据时，通过合理的设计可以保持较低的延迟。

（三）可扩展性

1、块存储

- 可扩展性相对较差，主要受限于存储设备的容量和连接协议，当需要扩展存储容量时，可能需要更换更大容量的存储设备或者增加存储设备的连接链路。

2、文件存储

- 可扩展性有限，受到文件系统的限制，当文件数量和存储容量达到一定限度时，文件系统的性能会下降，扩展起来较为复杂，可能需要重新规划文件系统的结构。

3、对象存储

- 具有高度的可扩展性，可以通过添加对象存储设备轻松地扩展存储容量，对象存储的分布式架构使其能够适应海量数据的增长，非常适合大数据和云存储等需要大规模存储的场景。

（四）安全性

1、块存储

- 安全性主要依赖于存储设备本身的安全机制（如磁盘阵列的冗余和加密功能）以及连接协议的安全性（如iSCSI的认证和加密），在企业数据库存储等场景中，数据库管理系统也会提供额外的安全机制（如用户权限管理、数据加密等）。

2、文件存储

- 除了存储设备的安全措施外，文件系统的权限管理是重要的安全手段，通过设置文件和文件夹的访问权限，可以控制用户对文件的访问，在网络文件共享场景中，还需要考虑网络传输的安全性（如NFS和CIFS协议的安全增强版本）。

3、对象存储

- 对象存储通过元数据管理和数据加密等手段保证数据的安全性，对象的元数据可以包含访问控制信息，只有授权用户才能访问特定的对象，对象存储系统可以对对象数据进行加密，无论是在存储还是传输过程中，确保数据的保密性和完整性。

（五）成本

1、块存储

- 块存储的成本相对较高，尤其是采用高端存储设备（如光纤通道磁盘阵列）时，这些设备本身价格昂贵，而且需要专业的维护人员，不过，对于对性能和可靠性要求极高的企业级应用（如大型数据库存储），块存储的高成本是可以接受的。

2、文件存储

- 文件存储的成本适中，主要取决于存储设备的容量和网络共享协议的使用，对于企业办公文件共享等场景，文件存储可以利用现有的网络设备和普通磁盘存储，成本相对较低。

3、对象存储

- 对象存储的成本效益较高，特别是在海量数据存储场景下，由于其可扩展性和分布式架构，对象存储可以利用低成本的存储设备构建大规模存储系统，云存储服务提供商通过规模经济降低了对象存储的成本，使得中小企业也能够负担得起大规模数据存储。

块存储、文件存储和对象存储各有优劣，它们在不同的应用场景下发挥着重要的作用，企业和开发者需要根据自身的需求，如数据类型、性能要求、可扩展性、安全性和成本等因素，综合考虑选择合适的存储类型，在未来的数据存储领域，随着技术的不断发展，这三种存储类型可能会相互融合和演进，以满足日益复杂的业务需求，一些存储系统可能会结合块存储的高性能和对象存储的可扩展性，或者在文件存储中引入对象存储的元数据管理理念等。