Disk
易失性存储： SRAM, DRAM, Cache (Registers)
非易失性存储： 磁盘，光盘， SSD
它们被用作辅助存储器，存放CPU不立即使用的信息，需要时再调入主存中
1. 磁盘
磁道 track ：每个磁盘表面被分为若干同心圆；寻道时间 seek time
扇区 sector ：
- 每条磁道被按序划分为很多条扇区， i.e. 磁道上的一小段；一般 512~4096 Bytes
- 扇区小，为了可用性：物理损坏时不用；检错纠错码分布在每个扇区，扇区小检错快；灵活性：不同 OS 不同 Page size
块/簇 cluster （D）：好几个扇区
盘面 surface ：对应一个用于读写的磁头
盘片 platter
柱面 cylinder ：所有盘面上的同一磁道构成的圆柱；定位时，先确定柱面，再确定盘面，然后确定扇区
随机访问和顺序访问
R/W 的三个步骤：
- 寻道时间：磁头移动到正确的磁道上 8~12ms
- 旋转延迟：等待扇区旋转到磁头下 4~8ms
- 传输时间：数据 R/W 时间
磁盘访问时间 = 寻道时间 + 旋转延时 + 传输时间 + 磁盘控制器延迟
旋转延迟：平均旋转延迟为：磁盘旋转半周的时间
提高速度：
- 一次传输大量数据（减小额外开销占比）
- 页面 page 存在相邻扇区避免寻道开销
2. RAID
可靠性： 设备出现故障的几率
可用性：系统能正常运行的几率（增加硬件冗余来提高）
设备故障并不一定导致系统不能正常运行
Redundant Arrays of Inexpensive Disks
N 个低价磁盘构成一个统一管理的阵列，以取代单一的很贵的磁盘
2.1 RAID 0
并行 I/O ，无冗余
分带：多个驱动器上分布数据
2.2 RAID 1
全量复制；
每次写两次；读可以任意读其中一个（性能 × 2）
2.3 RAID 2
将整个海明码字（4+3=7 bit）写在七个驱动器上，每个驱动器 1 bit （每个字被分到了多个驱动器中）
七个驱动器的磁头和旋转同步；不能同时相应两个请求，顺序读写加快
只允许一块盘坏
2.4 RAID 3
RAID 2 的简化；字分散了，驱动器仍然要同步；每个字 1 个校验位
只允许一块盘坏
2.5 RAID 4
类似 RAID 0 ；将对带（而不是字）的校验写在额外的驱动器上：
带长度为 k Bytes ，所有带异或到一起，产生 k Bytes 的校验带；
可以防止其中一块盘崩溃；可以在线拓展新盘（新盘数据都是 0）
校验盘负载重！
随机读取加快，如对 A1 、 A2 的请求可以同时响应
2.6 RAID 5
为减少校验盘负载，将校验位循环均匀分布到所有的驱动器上
修复过程复杂
2.7 RAID 6
可防两块盘错误：Any form of RAID that can continue to execute read and write requests to all of a RAID array's virtual disks in the presence of any two concurrent disk failures.
layout 有很多种
3. Solid State Drives
3.1 基本单元
组成部分：控制单元、存储单元（Flash & DRAM）
有限擦除次数：擦除次数增加，存储单元不能可靠地保持状态
Single-level Cell: 1 bit per cell
Multi-level Cell
- Double-level Cell (also known as MLC): 2 bits per cell
- Triple-level Cell
- Quad-level Cell
- Penta-level Cell: 5 bits per cell
擦除次数 SLC > MLC > TLC > QLC
3.2 介质组织
从大到小：
- Package （一个存储芯片）：包含几个（1, 2, 4） Die
- Die ：包含一两个 plane ，可并行操作
- Plane
- Block ：最小的擦除单位（2, 4, 8 MB; ms latency）
- Page ：最小的读写单位（4, 8, 16 KB; us latency）
按块（大）擦除，按页（小）读写
SSD 写入：不会写入到原来的 Page ，而是在写之前擦除之（使之失效），然后写到一个新的 Page 中
Flash Translation Layer
- 逻辑地址到物理地址的翻译
- 磨损均衡：写入时挑选位于擦除次数最少的 block 块中的 page 页面，完成磨损均衡
SSD 垃圾搜集