磁盘技术对应用程序设计的约束

当磁鼓技术第一次被引入时，数据访问所需时间和当时的计算机速度一样快。磁鼓的主要部件是磁头和旋转磁介质。计算和持久性存储是平衡的，一般情况下计算和访问持久性存储的时间都是10微秒。

随着时间的推移，磁盘技术的发展主要受两个因素的推动，即开发更好的磁头，以及对磁头和/或磁介质运动的改进。磁头的改进有助于降低“磁斑”的大小，使磁道更加接近，从而使每磁道可以存储更多的数据。制造磁头的技术和制造存储器和逻辑芯片的一样是一种基本技术。磁头技术改善的速率遵循摩尔定律，直到近年来每年有30%-35％的提高。数据密度和每存储单元成本的改善与计算能力的提高是相吻合的。然而，磁数据读出或写入速率（带宽）的提升却小于数据密度提高速率的平方根（每年约10-12％）。转速不断提高的旋转媒介很快达到了其物理极限，磁盘驱动器的外缘转速已经接近音速。磁盘开始变得更小，磁头可从磁介质的一条轨道移动到另一条，但是这些都对数据访问的时间没有产生太大影响。磁盘受转速的限制，数据访问时间以毫秒计，而计算周期已经进步到纳秒级。

存储阵列的历史一直就是各种以缓解这两者时间周期差距的应用技术的发展史。例如读缓存以及试图最大限度确保应用程序所需数据被存放在DRAM中的智能算法。电池和电容保护的DRAM写缓冲可使高发性数据通过低延迟写入。连续数据被条带化处理分布到多个磁盘驱动器以提高速率。所有这些技术都在以某种方式进行设计，小范围应用和有限功能的应用程序中逐渐涌现。然后整个工业市场和供应链体系逐渐形成，将希捷、HGST和其它厂商生产的“标准”磁盘安置在磁盘架上，配合运行在英特尔处理器上的各种专有软件。这些来自于EMC、NetApp、惠普、IBM和其他厂商的专有软件起着“胶水”的作用，确保存储阵列的高性能但同时也非常昂贵，与单个磁盘的基本费用相比较提升了10到15倍。

减轻磁盘机械问题的各种努力尽管功效显著，但磁盘存储的限制对应用程序设计的影响也日渐显现。Wikibon在以前的研究中指出，应用程序的编写与设计针对与小缓冲区相适配的小数据量，为满足写入缓冲区的限制，写入速率受到压制。在基于磁盘存储的高方差环境里，一个事务中数据库请求的数量受到严格限制；这有助于减少操作和应用维护的复杂性以及成本，因而是必要的。大型应用程序也设计为一系列模块并与数据库松耦合。数据仓库和分析系统与操作交易系统是分离的。

关键点：目前的应用都依赖于非常复杂的基础设施软件，以减轻不断加大的计算和持久性存储的周期时间的差距。这些复杂的软件从存储阵列控制器软件扩展到更加巨大复杂的数据库软件，例如Oracle、IBM，微软以及其他厂商的产品。 NoSQL数据库表面上为一些应用简化了依赖，但在大多数情况下只是将这种复杂性从数据库端移回到程序员一端。以前的Wikibon研究报告显示，一些应用套件例如SAP和其他产品的设计也同样受到基于磁盘的存储的制约，融合多个场景并集成业务流程的看似“简单”的项目在现实中难以实施，耗时耗力甚至存在危险。开发、运行和管理企业应用程序的成本变得异常高昂。当前大部分运行应用程序存在的问题都跟存储相关，而且几乎所有应用程序设计的约束都跟存储有关。大多数DBA和基础设施专家都认为基于磁盘的存储难逃其咎，除非存储能自证清白。

这无疑对企业造成巨大影响。企业部署额外数据库，存储阵列软件和存储管理软件以支撑中等或大规模应用的复杂性和所需成本都非常高昂。企业领导者对IT未能满足其降低运营成本的期望感到失望，这种失望可以很公正地完全归咎于机械持久性存储无法跟上计算和网络技术，并由此导致的复杂性。磁盘驱动器是通往全电子数据中心之路上的最后一个机械装置。