硬盘_硬盘阵列 - CSDN
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    千次阅读 2018-03-14 18:49:54
    (一)硬盘概念以及组成首先说一下硬盘的概念:港台称之为硬碟,英文名:Hard Disk Drive,简称HDD,硬盘是电脑主要的存储媒介之一,由一个或者多个铝制或者玻璃制的碟片组成。 这个就是一个硬盘:大部分的硬盘是由...

    (一)硬盘概念以及组成

    首先说一下硬盘的概念:港台称之为硬碟,英文名:Hard Disk Drive,简称HDD,硬盘是电脑主要的存储媒介之一,由一个或者多个铝制或者玻璃制的碟片组成。 这个就是一个硬盘:大部分的硬盘是由磁头臂组支架,转轴,读写头,磁头臂,磁道,扇区,柱面,盘面组成的。


     

    (二)SCSI硬盘:

    小型计算机系统接口(英语:Small Computer System Interface; 简写:SCSI),一种用于计算机和智能设备之间(硬盘软驱光驱打印机扫描仪等)系统级接口的独立处理器标准。 SCSI是一种智能的通用接口标准。

    • SCSISmall Computer System Interface

    • SCSI它是一种广泛应用于小型机上的高速数据传输技术。SCSI接口具有应用范围广、多任务、带宽大、CPU占用率低,以及热插拔等优点,因此SCSI硬盘主要应用于中、高端服务器、高档工作站以及存储设备中。

    • SCSI接口目前常用有68针和80针两种接口规格。

    • SCSI接口是一种并行的传输接口。

    强调一下,SCSI这种硬盘基本已经被淘汰了,用的很少了类似于SATA取代PATA一样,SCSI也必然要被它的升级产品SASSerial Attached SCSI)所取代。


     (三)SAS硬盘:

    SAS英文名字为Serial Attached SCSI即串行连接SCSI。它是一个串行的接口。

    是新一代的SCSI技术,和现在流行的Serial ATA(SATA)硬盘相同,都是采用串行技术以获得更高的传输速度,并通过缩短连结线改善内部空间等。

    SAS是并行SCSI接口之后开发出的全新接口。此接口的设计是为了改善存储系统的效能、可用性和扩充性,并且提供与SATA硬盘的兼容性。

    这个更好的性能——采用串行传输代替并行传输,全双工模式,实际上串行技术要比并行技术传输速率要快。

    更简便的连接线缆——将不再使用SCSI那种扁平的宽排线。

    更广的扩展性——可与SATA兼容。

    更低的成本——具备简化内部连接设计的优势,可以通过共用组件降低设计成本。

    看一下这个图片,这个就是SAS硬盘的图。这个是数据线接口,这个是电源线接口。它主要有两种尺寸,一种是2.5英寸,一种是3.5英寸。SAS硬盘一般用于服务器上。


    这个是希捷的一个1TBSAS硬盘的。


    它的容量是1TB,缓存是128M,转速是:7200转。

    看一个硬盘主要看一下它的转速,缓存以及它的容量。这个是它的比较重要的参数。

    (四)下面在介绍要给比较老的硬盘:IDE硬盘。

    IDEIntegrated Drive Electronics,它的本意是指把控制器与盘体集成在一起的硬盘驱动器,IDE是表示硬盘的传输接口。我们常说的IDE接口,也叫ATAAdvanced Technology Attachment)接口,现在PC机使用的硬盘大多数都是IDE兼容的,只需用一根电缆将它们与主板或接口卡连起来就可以了。

    看这里,它是一种并行的接口,比较宽,这个是电源线,4根的,这个IDE也是一种并行传输的接口。

    IDE已经不常用了,现在在台式机上比较常用的是SATA硬盘。

    (五)SATA硬盘

    英文是: Serial Advanced Technology Attachment 串行ATA接口规范。

    • 又称串口IDE硬盘,目前较多应用于主机和存储设备使用。

    • 15针电源插头,7针数据插头。

    • 速率有1.5Gb/s3.0Gb/s

    可以看一下这张图,这个就是SATA接口的硬盘。15针电源插头,7针数据插头。


    之前硬盘想IDESCSI,都是并口的,现在主流SAS,以及SATA都是串口的。那么为什么现在跟多的使用串口的硬盘呢。

    (六)首先是串口的速度比并口的块。

    串口形容一下就是一条车道,而并口就是有8个车道。同一时刻能传送8位(一个字节)数据。

    但是并不是并口快,由于8位通道之间的相互干扰。传输速度就受到了限制。当传输出错时候,要同时重新传送8个位的数据,而且传输速度越快,干扰越严重。这是硬伤,这样速度就无法提升上来了。

    串口没有干扰,传输出错后重发一位就可以了。而且串口传输的时钟频率要比并口高。就是说我的速率比你快。

    (七)固态硬盘:

    固态硬盘(Solid State Drives),简称固盘,固态硬盘(Solid State Drive)用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘,由控制单元和存储单元(FLASH芯片、DRAM芯片)组成。我们之前讲解的叫机械硬盘, 有一个盘片一直转,这种不是,这种固态硬盘由控制单元和存储单元(FLASH芯片、DRAM芯片)两大模块组成。而且它和你的U盘一样,抗震性能比较好,在车载和军事,都不怕震。

    固态硬盘在接口的规范和定义,功能以及使用方法上与普通硬盘的完全相同,在产品外形和尺寸上也完全和普通硬盘一致。

    这是一款三星850 EVO系列的一款SSD的参数信息。


    2.5英寸,它的接口,SATA 6Gb/s, SATA 3Gb/s 兼容,和普通台式机的接口是一样的,容量是250G,缓存是512M,读速度是540MB,写入速度520MB每秒取,这里是大写的B啊,SATA2的速度比SATA的速度大概慢一半,。参考价格是589,固态硬盘也是更贵啊。

    (八)EFI

    EFI,它是一种可扩展固件接口,英文名Extensible Firmware Interface 的缩写,是英特尔一个主导个人电脑技术研发的公司推出的一种在未来的类PC的电脑系统中替代BIOS的升级方案EFI的位置很特殊,不像是BIOS那样是固件又是接口,EFI仅仅是一个接口,位于操作系统与平台固件之间。为什么要说这个呢,因为有的服务器的BIOS是这个样子的,不在是我们老的BIOS那种界面,就是一个字符界面,然后就是英文。现在是这种图形化界面了。


    (九)MBRGPT分区表:

    MBR主引导记录(MBRMain Boot Record)是位于磁盘最前边的一段引导(Loader)代码。也就是现有的硬盘分区模式。MBR分区的标准决定了MBR只支持在2TB以下的硬盘,超过2TB的硬盘只能管理2TB

    GPTGUID磁盘分区表(GUID Partition Table,缩写:GPT)其含义为“全局唯一标识磁盘分区表”,是一个实体硬盘的分区表的结构布局的标准。它是可扩展固件接口(EFI)标准(被Intel用于替代个人计算机的BIOS)的一部分,被用于替代BIOS系统中的一32bits来存储逻辑块地址和大小信息的主开机纪录(MBR)分区表。与MBR最大4个分区表项的限制相比,GPT对分区数量没有限制。GPT可以管理硬盘大小达到18EB,(1EB=1024PB=1048576TB

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  • 硬盘分类详解

    万次阅读 2018-08-24 11:24:06
    机械硬盘(HDD)、固态硬盘(SSD)以及混合硬盘(SSHD) 1、机械硬盘(HDD) 机械硬盘(HDD)是传统硬盘,为电脑主要的存储媒介之一。由一个或者多个铝制或者玻璃制成的磁性碟片,磁头,转轴,控制电机,磁头控制器...

    一、按原理分类

    机械硬盘(HDD)、固态硬盘(SSD)以及混合硬盘(SSHD)

    1、机械硬盘(HDD)

    机械硬盘(HDD)是传统硬盘,为电脑主要的存储媒介之一。由一个或者多个铝制或者玻璃制成的磁性碟片,磁头,转轴,控制电机,磁头控制器,数据转换器,接口和缓存等几个部分组成。工作时,磁头悬浮在高速旋转的碟片上进行读写数据。机械硬盘是集精密机械、微电子电路、电磁转换为一体的电脑存储设备。

    2、固态硬盘(SSD)

    固态硬盘(SSD)是由多个闪存芯片加主控以及缓存组成的阵列式存储,属于以固态电子存储芯片阵列制成的硬盘。相对机械硬盘,读取速度更快,寻道时间更小,可加快操作系统启动速度和软件启动速度。

    3、混合硬盘(SSHD)

    混合硬盘(SSHD)是机械硬盘与固态硬盘的结合体,采用容量较小的闪存颗粒用来存储常用常用文件,而磁盘才是最重要的存储介质,闪存仅起到了缓冲作用,将更多的常用文件保存到闪存内减小寻道时间,从而提升效率。

    二、按硬盘接口分类

    IDE、SATA、SCSI、SAS、FC

    • IDE, 该接口是并口
    • SATA,  该接口是串口
    • SCSI,  SCSI的英文全称为“Small Computer System Interface”(小型计算机系统接口)
    • SAS, SAS(Serial Attached SCSI)即串行连接SCSI,是新一代的SCSI技术

    1、IDE

    IDE(Integrated Drive Electronics), 本意是指把控制器与盘体集成在一起的硬盘驱动器,是一种硬盘的传输接口, 有另一个名称叫做ATA(Advanced Technology Attachment),指的是相同的东西。

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    2、SATA

    SATA(Serial ATA)口的硬盘又叫串口硬盘. SATA以它串行的数据发送方式得名。在数据传输的过程中,数据线和信号线独立使用,并且传输的时钟频率保持独立,因此同以往的PATA相比,SATA的传输速率可以达到并行的30倍。可以说:SATA技术并不是简单意义上的PATA技术的改进,而是一种全新的总线架构。

    image

    3、SCSI

    SCSI英文全称:Small Computer System Interface,它出现的原因主要是因为原来的IDE接口的硬盘转速太慢,传输速率太低,因此高速的SCSI硬盘出现。其实SCSI并不是专为硬盘设计的,实际上它是一种总线型接口。独立于系统总线工作 image    image

    4、SAS

    SAS(Serial Attached SCSI)即串行连接SCSI,是新一代的SCSI技术。和现在流行的Serial ATA(SATA)硬盘相同,都是采用串行技术以获得更高的传输速度,并通过缩短连结线改善内部空间等。SAS是并行SCSI接口之后开发出的全新接口。此接口的设计是为了改善存储系统的效能、可用性和扩充性,并且提供与SATA硬盘的兼容性。

    SAS的接口技术可以向下兼容SATA。具体来说,二者的兼容性主要体现在物理层和协议层的兼容。

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    5、FC

    光纤通道的英文拼写是Fibre Channel,和SCIS接口一样光纤通道最初也不是为硬盘设计开发的接口技术,是专门为网络系统设计的,但随着存储系统对速度的需求,才逐渐应用到硬盘系统中。光纤通道硬盘是为提高多硬盘存储系统的速度和灵活性才开发的,它的出现大大提高了多硬盘系统的通信速度。它以点对点(或是交换)的配置方式在系统之间采用了光缆连接。

    即, 硬盘本身是不具备FC接口的, 插硬盘的机柜上带有FC接口, 通过光纤与光纤交换机互联.

     

    参考博客:https://www.cnblogs.com/awpatp/archive/2013/01/29/2881431.html

    友情链接:固态硬盘接口类型详解 教你如何选择合适的SSD接口

     

     

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  • 硬盘

    2020-01-30 19:59:03
    硬盘介绍一、硬盘分为机械硬盘(HDD)和固态硬盘(SSD)。机械硬盘二、硬盘的接口 一、硬盘分为机械硬盘(HDD)和固态硬盘(SSD)。 Hard Disk Drive:是传统的盘片+磁头的工作原理,数据都是存储在盘片上面,磁头在...

    一、硬盘分为机械硬盘(HDD)和固态硬盘(SSD)。

    Hard Disk Drive:是传统的盘片+磁头的工作原理,数据都是存储在盘片上面,磁头在盘片上面“做运动”来读取和处理数据信息。
    Solid State Disk:SSD由控制单元和存储单元(FLASH芯片、DRAM芯片)组成。存储介质分为两种,一种是采用闪存(FLASH芯片)作为存储介质,另外一种是采用DRAM作为存储介质。
    SSHD是混合硬盘,说白了就是HDD+SSD=SSHD,SSHD硬盘主体是机械硬盘,但是盘体上自带闪存模块,此闪存模块负责的工作是数据的运算处理和数据的传输,这混合硬盘上面配备的闪存模块我们也可以理解为SSD固态硬盘,只是这SSD固态硬盘的容量不大,一般混合硬盘里面的SSD是用来启动操作系统的,混合硬盘里面的SSD模块是存储系统缓存文件的。

    机械硬盘组成

    在这里插入图片描述
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    机械硬盘基本知识(磁头、磁道、扇区、柱面)

    1.盘片

    硬盘中一般会有多个盘片组成,每个盘片包含两个面,每个盘面都对应地有一个读/写磁头。受到硬盘整体体积和生产成本的限制,盘片数量都受到限制,一般都在5片以内。盘片的编号自下向上从0开始,如最下边的盘片有0面和1面,再上一个盘片就编号为2面和3面。
    在这里插入图片描述

    2.扇区 和 磁道

    下图显示的是一个盘面,盘面中一圈圈灰色同心圆为一条条磁道,从圆心向外画直线,可以将磁道划分为若干个弧段,每个磁道上一个弧段被称之为一个扇区(图践绿色部分)。扇区是磁盘的最小组成单元,通常是512字节。(由于不断提高磁盘的大小,部分厂商设定每个扇区的大小是4096字节)
    在这里插入图片描述

    3.磁头 和 柱面

    硬盘通常由重叠的一组盘片构成,每个盘面都被划分为数目相等的磁道,并从外缘的“0”开始编号,具有相同编号的磁道形成一个圆柱,称之为磁盘的柱面。磁盘的柱面数与一个盘面上的磁道数是相等的。由于每个盘面都有自己的磁头,因此,盘面数等于总的磁头数。 如下图
    (柱面可以看做是求一个圆柱的表面积)
    在这里插入图片描述

    磁盘容量计算

    存储容量 = 磁头数 × 磁道(柱面)数 × 每道扇区数 × 每扇区字节数

    磁盘读取响应时间

    寻道时间:磁头从开始移动到数据所在磁道所需要的时间,寻道时间越短,I/O操作越快,目前磁盘的平均寻道时间一般在3-15ms,一般都在10ms左右。
    旋转延迟:盘片旋转将请求数据所在扇区移至读写磁头下方所需要的时间,旋转延迟取决于磁盘转速。普通硬盘一般都是7200rpm,慢的5400rpm。
    数据传输时间:完成传输所请求的数据所需要的时间。
    小结一下:从上面的指标来看、其实最重要的、或者说、我们最关心的应该只有两个:寻道时间;旋转延迟。读写一次磁盘信息所需的时间可分解为:寻道时间、延迟时间、传输时间。为提高磁盘传输效率,软件应着重考虑减少寻道时间和延迟时间。

    块/簇

    磁盘块/簇(虚拟出来的)。 块是操作系统中最小的逻辑存储单位。操作系统与磁盘打交道的最小单位是磁盘块。
    通俗的来讲,在Windows下如NTFS等文件系统中叫做簇;在Linux下如Ext4等文件系统中叫做块(block)。每个簇或者块可以包括2、4、8、16、32、64…2的n次方个扇区。
    这样做的好处 :
    读取方便:由于扇区的数量比较小,数目众多在寻址时比较困难,所以操作系统就将相邻的扇区组合在一起,形成一个块,再对块进行整体的操作。
    分离对底层的依赖:操作系统忽略对底层物理存储结构的设计。通过虚拟出来磁盘块的概念,在系统中认为块是最小的单位。

    page

    操作系统经常与内存和硬盘这两种存储设备进行通信,类似于“块”的概念,都需要一种虚拟的基本单位。所以,与内存操作,是虚拟一个页的概念来作为最小单位。与硬盘打交道,就是以块为最小单位。

    扇区、块/簇、page的关系

    扇区: 硬盘的最小读写单元
    块/簇: 是操作系统针对硬盘读写的最小单元
    page: 是内存与操作系统之间操作的最小单元。
    扇区 <= 块/簇 <= page

    二、硬盘的接口

    硬盘接口是硬盘与主机系统间的连接部件,作用是在硬盘缓存和主机内存之间传输数据。不同的硬盘接口决定着硬盘与计算机之间的连接速度,在整个系统中,硬盘接口的优劣直接影响着程序运行快慢和系统性能好坏。
      
    新一代的固态硬盘普遍采用SATA-2接口、SATA-3接口、SAS接口、MSATA接口、PCI-E接口、NGFF接口、CFast接口、SFF-8639接口和M.2 NVME/SATA协议。

    机械硬盘按数据接口不同,大致分为ATA(IDE)和SATA以及SCSI和光纤通道和SAS五种。IDE接口硬盘多用于家用产品中,也部分应用于服务器,SCSI接口的硬盘则主要应用于服务器市场,而光纤通道只在高端服务器上,价格昂贵。SATA主要应用于家用市场,有SATA、SATAΙΙ、SATAΙΙΙ,是现在的主流;在IDE和SCSI的大类别下,又可以分出多种具体的接口类型,又各自拥有不同的技术规范,具备不同的传输速度,比如ATA100和SATA;Ultra160 SCSI和Ultra320 SCSI都代表着一种具体的硬盘接口,各自的速度差异也较大。

    ATA全称Advanced Technology Attachment(也叫做IDE接口),是用传统的 40-pin 并口数据线连接主板与硬盘的,外部接口速度最大为133Mb/s,因为并口线的抗干扰性太差,且排线占空间,不利计算机散热,将逐渐被 SATA 所取代。
    SATA,全称Serial ATA,也就是使用串口的ATA接口,因抗干扰性强,且对数据线的长度要求比ATA低很多,支持热插拔等功能,已越来越为人所接受。SATA-I的外部接口速度已达到150Mb/s,SATA-II达到300Mb/s(3Gbps),SATA-III达到600Mb/s(6Gbps)。SATA的前景很广阔。而SATA的传输线比ATA的细得多, 有利于机壳内的空气流通。
    SCSI,全称为Small Computer System Interface(小型机系统接口),历经多世代的发展,从早期的 SCSI-II,到 Ultra320 SCSI 以及Fiber-Channel (光纤通道),接头类型也有多种。SCSI 硬盘广为工作站级个人计算机以及服务器所使用,因为它的转速快,可达 15000 rpm,且数据传输时占用 CPU 运算资源较低,但是单价也比同样容量的 ATA 及 SATA 硬盘昂贵。
    SAS(Serial Attached SCSI)是新一代的SCSI技术,和SATA硬盘相同,都是采取序列式技术以获得更高的传输速度,可达到3Gb/s。此外也透过缩小连接线改善系统内部空间等。
    此外,由于SAS硬盘可以与SATA硬盘共享同样的背板,因此在同一个SAS储存系统中,可以用SATA硬盘来取代部分昂贵的SAS硬盘,节省整体的存储成本。

    查看自己电脑的硬盘接口

    1.win+r ->cmd打开命令行,输入“diskpart”命令,敲击回车键,弹出新的“diskpart.exe”命令提示符窗口。

    2.输入list disk,查看有几块硬盘
    在这里插入图片描述
    2.接着输入“select disk 0”敲击回车键,选择第一块硬盘。然后输入“detail disk”敲击回车键,显示选择的硬盘详细信息,其中就有硬盘的接口类型信息“SATA”。
    在这里插入图片描述
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  • 案例1:备份数据量与硬盘选型 去 年的一天,有位互联网公司的朋友向我咨询了一个问题:他们目前服务器大部分都是戴尔PowerEdge R510和R720xd,现在需要采购硬盘用于数据备份。每块硬盘平均每天会写入不到1TB的数据...

    案例1:备份数据量与硬盘选型

    去 年的一天,有位互联网公司的朋友向我咨询了一个问题:他们目前服务器大部分都是戴尔PowerEdge R510和R720xd,现在需要采购硬盘用于数据备份。每块硬盘平均每天会写入不到1TB的数据。这种场景下,每天都会有大量的数据写入、读取,对盘的 寿命影响大吗?

    由于是企业级应用,按照365天来计算,硬盘的全年的读写负载大约在360TB以内,我认为原厂配件中的Nearline硬盘就比较合适。那么这一结论是怎么得出呢?

    案例2:视频监控存储可以用“云盘”吗?

    某 公司接到用户一个视频监控存储的项目,一开始按照Nearline SATA企业级硬盘计算了成本,发现价格与竞争对手相比不占优势。由于对方使用了价格相对较低的监控专用硬盘,该公司于是考虑是否可以采用也属于企业级但 成本更低的“云盘”(即希捷Constellation CS)?

    暂时先搁置这个问题,阅读完本系列文章相信您会有比较全面的理解,再来看看看我遇到的另一个案例。

    案例3:便宜的代价——云盘故障率我曾经听说国内某互联网公司使用过一批“云盘”,但后来遇到故障率较高。“云盘”的价格仅比桌面硬盘稍高,在多种细分的低转速(7200rpm及以下)企业级硬盘中具有成本优势。那么,它的故障率在什么范围内是正常的?

    企业级vs.桌面:性能、可靠性差距

    引用自一份来自Intel的文档《Enterprise-class versus Desktopclass Hard Drives》,2008年4月

    上图是一份比较早的对比资料,不过这些年来机械硬盘技术发展不算快,所以仍有一定参考价值。其中“Enterprise”在这里代指15K高转速企业级硬盘;而7200转企业级硬盘衍生自“Desktop”,所以性能方面指标是接近的。

    第 一项,硬盘的延时和寻道时间=平均寻道时间+平均旋转等待,15K由于转速高、磁头臂移动速度快而大幅领先;而这一项又直接影响到后面的“每秒典型 I/Os”(无旋转振动IOPS)。当然这里15K 硬盘的319不完全是机械结构的功劳,还有上面命令排队(CQ)的效果——左边由于SCSI/SAS协议能够完整支持,而右边的ATA支持有限在高并发情 况下提升少一些(注:寻道速度较快的7200转Nearline硬盘这一数值应该比77要高)。

    1 :振动对硬盘的影响及防范

    15K硬盘能够达到21 rad/sec/sec,这里的Radian应该是一种弧度单位,我不是这方面的专家,就不不展开讨论了。而桌面硬盘该指标只有5-12

    正如有位专家所说的,如果把硬盘固定在一个足够稳定的基座上,它就不会受到自身以及外界产生振动的影响,能够发挥出最佳性能和寿命。但真实环境往往不是如此,在存储服务器/磁盘阵列机箱中通常会有多块硬盘,同时工作时难免会产生共振现象。这里面涉及的因素主要有硬盘的转速、数量以及箱体结构设计。

    许多朋友应该都知道,磁盘阵列的空箱重量往往要比同等尺寸的服务器大不少,采用较厚的钢板能够“吸收”一部分振动。尽管不只一家厂商号称可以混插不同转速的硬盘,但实际上都不推荐这样做。

    超标的振动会影响磁头定位,导致硬盘性能下降乃至寿命降低。抗旋转振动大致就是伺服电路根据传感器信息对振动进行相应的补偿,10K、15K高转速硬盘由于自身产生的振动大一些,因此在设计上“耐受力”也更强。如上表,在旋转振动20 rad/sec/sec的条件下,15K硬盘IOPS只有少量下降;而桌面(7200转)硬盘的性能则下降了10倍以上,可见磁头定位困难的程度。

    下面一项“双工模式”, SAS支持全双工,SATA是半双工,这就在于SCSI和ATA协议之间的差别。SAS硬盘提供双端口可同时连接到2个控制器,实现故障切换。关于可变扇区大小,我们在后文中会有讨论。

    2:可靠性前提条件和NL硬盘的由来

    再来看看可靠性。当年的高转速企业级硬盘的MTBF(平均无故障时间)为120万小时左右,现在由于工艺进一步成熟,设计/制造标准普遍已达到200万小时。而桌面硬盘还停留在70万小时左右,没有动力也不需要为此而增加成本。

    这里容易被忽视的还有MTBF的先决条件。高转速企业级硬盘是在45℃的环境温度下,7x24小时100%工作负载;而桌面硬盘则是25℃环境,5x8小时10-20%工作负载。

    同样为7200转速,但定位企业级应用的Nearline(近线)硬盘比桌面硬盘的可靠性要强不少。首先是MTBF和AFR(平均故障率),目前Nearline盘大都能达到140-200万小时MTBF,并且这个数字是在40℃、7x24小时全年连续开机条件下得出。

    注:我们会在后文中介绍MTBF与AFR的换算关系。

    小知识:硬盘读写负载与SSD擦写寿命关于这一点,除了硬盘是个建议值而SSD存在“硬指标”之外,一方面SSD只是擦写次数有限而不限制读,硬盘则不分读写都要考虑;另一方面,SSD寿命源自每个闪存单元的特点,在其它条件同等情况下其可写入数据量与容量成正比;而硬盘却不是容量越大这方面就越好,因为磁头的老化与它读写数据量的相关性更强。

    当然,10K/15K高转速硬盘在质保期内没有这些限制,所以说它们的等级不同,单盘容量、单位容量的价格也有着显著差距。

    3:环境规格——温湿度范围

    这里引用一份HGST硬盘资料中的环境规格。其中有两个类似梯形(右边不是直线)嵌套在一起,大的范围是硬盘的非操作温湿度范围,而里面的小块区域则是工作温湿度。可以看出在5-31℃之间可以支持90%相对湿度,而到60℃时只能支持到10%的湿度了。

    只有少数的低转速(10K以下)企业级硬盘带有湿度传感器,本文中包括归档、ENAS和Enterprise Capacity三个针对数据中心的系列。

    4:MTBF不是虚标:换算出年均故障率

    可用性一项,除了Video 3.5是AFR数值之外,其它列出的都是MTBF。利用MTBF来计算AFR的公式如下:

    年平均故障率AFR=1 / (MTBF / 365 / 24)

    MTBF看上去很高,前面表格中最长的200万小时(8TB型号,目前希捷6TB及以下Nearline硬盘为140万小时)折合228年,最短的75万小时也有85年,其实它们的设计寿命都没有那么长(通常为8-10年),从温彻斯特硬盘发明到现在也没有这么多年。这些可靠性不是针对单一硬盘,而是根据质保期内大量样本计算和统计出来的。记得十多年前,我当时就职的公司有一位孙老师,她主持的10万小时PC MTBF测试就是拿若干套设备集中进行的。根据上面公式,Enterprise Capacity的AFR计算得出0.44%,也就是说100块盘每年平均损坏0.44块,如果10,000块盘就是44块。

    读写负载、使用率和支持盘位数量,桌面硬盘都是最低,表格中除此之外都支持7x24连续开机,并且桌面硬盘官方只建议部署1-2块。也就是说它没有抗旋转振动方面的优化,如果您实际使用3块盘以上做RAID,可能会遇到性能降低、寿命下降的问题。

    Enterprise Capacity(ES)的年读写负载在这里最高为550TB,ENAS为300TB,余下4款都是180TB——也比桌面硬盘的55TB高不少。或许这些数字还不够直观,后面我们还会用它们简单计算出平均每天、每秒的读写负载。

    至于一个机箱中支持的硬盘数量,与另外两项规格——旋转振动传感器和抗旋转振动容忍度直接相关。比如没 有RAFF Sensor的桌面、NAS和Video 3.5硬盘支持的系统规模都较小;监控和归档硬盘具备RAFF Sensor且抗振指标为5 rad/sec/sec,根据最新资料都能支持8块以上的配置;不过它们在高振动环境下的性能表现可能不如12.5 rad/sec/sec的ENAS和Enterprise Capacity。后文中我还会列出更多的引证资料。

    关于硬盘转速,两款7200转/分钟的性能相对较好;希捷目前主流的桌面硬盘应该都是7200转,早期低转速的Barracuda LP应该已经退出市场;Video 3.5由原来的Pipeline HD发展而来,一直是5900转;监控盘由7200转的SV35发展而来,不过现在4TB及以下应该都降到5900转,5-8TB型号为7200转。

    5:视频监控写入负载是否会超标?

    我们根据硬盘每年的读写负载,计算出550/300/180/55TB对应到平均每天就是1.51/0.83/0.49/0.15TB,平均每秒大约17.5/9.6/5.67/1.74MB。回到本文上篇中那个数据备份的需求,每天写入不到1TB的数据,使用Enterprise Capacity这个档次的Nearline硬盘比较合适 。这里我还有一点疑问:视频监控应用是比较典型的多流写入,而且7x24小时连续工作,在一个系统中为了应对单盘故障RAID保护又是有必要的。首先,年负载55TB的桌面硬盘很容易超标;其次,如果有高清监控且需要保留时间较短的场合,每块硬盘平均写入速度超过5.67MB/s,是否将年负载180TB的监控盘换成550TB的Nearline硬盘更合适呢?

    如果超出建议负载较多其故障率会高于标称的AFR(监控盘为0.88%),而且Enterprise Capacity(ES)的AFR设计标准本身就低至0.44(8TB)~0.63%,可以降低后期维护的成本和数据丢失风险。

    至于“云盘”,其平均故障率监控盘还要高些,只要不在意也可以用吧?

    当然这里面还有成本的因素,Enterprise Capacity的公开报价是7200转盘里面比较高的。由于视频监控在国内的市场巨大,像海康、大华这样的厂商在监控硬盘上估计有较大的议价能力。

    6:盘位数支持与箱体结构

    要求在每个机箱支持的盘位数上,最新资料4TB及以上写的都是“8+”,在视频监控环境中,非RAID应用顺序(I/O)使用模型下盘数不限。(取决于箱体结构)而监控硬盘在RAID应用中建议≤16盘位。究其原因,如果做了RAID,硬盘磁头容易按照同样的轨迹来运动。这时共振的影响应该会有所加大。

    根据我的理解,ENAS系列虽然抗旋转振动能力与Enterprise Capacity相同,但由于其主要定位中小型设备,只建议配置不超过16盘位,对机箱结构要求相应放松。经济型Constellation CS主要针对互联网等大型分布式环境,其中定制系统相对偏多,需要适应各种不同需求,因此抗旋转振动也达到了12.5 rad/sec/sec。

    7:不可恢复读错误:

    NL盘表现居中不可恢复读错误可以理解为磁介质上静态数据损坏的比率,由于这个数值比较固定,随着单盘容量增大在一块盘上遇到错误的几率也越来越高。我们注意到,Enterprise Capacity和ENAS的该项指标比10K、15K高转速SAS硬盘高一个数量级,但比桌面和其它“准企业级”硬盘还是要低一个数量级的。

    对于监控硬盘,资料显示目前只有8TB型号可以达到1 per 10E15。由于目前桌面硬盘的容量只达到6TB,那么8TB监控盘有可能与Enterprise Capacity出自同一平台。

    由于不可恢复读错误可能在RAID Rebuild时才暴露出来,RAID卡、磁盘阵列控制器普遍设计了后台介质扫描的功能,而有些廉价视频监控设备使用的软RAID就不好说了。此外,EMC等存储厂商还使用非标准扇区(从传统512byte增大到520byte)加入校验实现容错。

    8NL-SAS并不只是“假SAS”硬盘主机接口方面,7200转硬盘中只有Nearline(Enterprise Capacity)系列具备SAS版本。除了SCSI协议的完整性之外,最重要的是提供双端口支持,在那些双控磁盘阵列中SATA驱动器还得加个转接板就不划算了。而且,也只有SAS接口硬盘才能兼容520/528这些非标准扇区大小。

    在质保年限上,桌面硬盘目前执行2年;Enterprise Capacity、NAS与高转速SAS同为5年;表格里对比的其它7200转硬盘基本上是3年。根据经验,质保5年的硬盘设计寿命一般在8-10年,如果超出5年使用故障率会提高;同理,普通7200转硬盘的设计寿命通常也有5年,缩短保修时间也有降低服务成本的考虑。

    至此,我们看出ENAS系列应该是由Enterprise Capacity近线硬盘“降级”而来,它们之间的定位可以从开头表格中的组件级差别上看出来。比如:两者都使用了相对较好的高通量密度音圈磁头,而读写头和盘片ENAS为Performance而Enterprise Capacity采用High Performance等级。总之结构决定性质,只是我们在本文中并不都需要深挖。

    9性能增强新技术:Flash缓存、掉电保护在硬盘上添加少量闪存的固态混合硬盘(SSHD),希捷最早推出消费级产品,并于后来引入到企业级市场(只限10K高转速SAS盘)。客观地说其市场空间不大,因为在混合阵列上可以做SSD+HDD之间的分层存储,混合硬盘用于服务器也要看应用能否发挥其优势。

    不过加入Flash之后带来了另外一个用途——掉电保护。我们知道早期硬盘上DRAM缓存中的数据断电就会丢失,所以对数据一致性要求高的应用通常会选择在RAID卡/阵列控制器上关闭硬盘自身的写缓存。如今则可以利用电容和盘片旋转的势能将DRAM写缓存区的数据写到闪存中。

    对于没有Flash缓存的Enterprise Capacity,希捷在最新一代8TB型号上内置了2MB NOR闪存,用于掉电时备份写缓存数据,因此可以打开WCE(Write Cache Enable),大幅提升随机写性能——IOPS 342明显超出读IOPS 164(队列深度16)。

    据了解,HGST企业级硬盘采用了另一种技术来达到同样的目的——开辟一小块磁道做为将随机写I/O变成顺序写入的缓冲区。

    10硬盘厂商怎么说?


    上表引用自希捷文档《安全和智能的监控硬盘选择指南》

    其实希捷官方也做了监控专用硬盘和企业级3.5寸海量盘的对比。首先,监控盘“划算”就是在谈它的性价比;而性能、节电模式/响应时间、写入负载、抗振动、SAS接口支持和质保期限上Enterprise Capacity都更胜一筹,具体的技术我们都已讨论过。

    11更多选购要点:系统设计和兼容性以上写了这么多硬盘自身的特性,其实同样的盘用在不同系统上其可靠性表现也可能会有不小的差距。

    比如散热设计,我认为正规一些的服务器、存储厂商,测试每个盘位上承载最大功耗硬盘时的满负载工作温度,应该是比较基本的要求。对于一线品牌,安装各种转速硬盘时产生的线性、旋转振动值是否超标,估计也在结构方面的测试项目中。用软件仿真和实测可以做为互补,通过这些评估工作可以看出机箱、硬盘托架等有无改良空间,能够支持的硬盘范围等。


    戴尔DSS 7000高密度存储服务器,在4U空间内提供了90个3.5英寸热插拔硬盘位

    举例来说,像4U 60盘位及更高密度的机箱,我看各家基本都不支持15K高转速硬盘。如果支持2.5寸10K硬盘,在这里也是不应该按经验“拍脑袋”决定的。

    再比如前几年,某公司进入企业存储领域时间尚短,其硬盘故障率偏高,也是投入了不少资源来改善。

    另一方面,从EMC、戴尔等厂商采购的硬盘,与渠道市场中的相同型号也有些区别。定制的Firmware版本只是一个表象,兼容性测试也是很重要的工作。因此大家最好还是按照系统厂商的建议来选购硬盘,如果一时贪图便宜导致数据丢失就得不偿失了。

    我们建议,如果您没有条件计算读写负载,或者不确定服务器/存储机箱本身消减振动的能力,选择一款规格较高、有裕量的硬盘相对比较保险。比如本文对比中的Nearline硬盘Enterprise Capacity(ES)系列或者其他品牌的同级产品。

    终于到了这两篇的结尾,我想说一句:“写硬盘很累”,而硬盘读写数据也是有一个“疲劳磨损”的过程,希望能够引起人们对可靠性的关注。尽管这是我熟悉并关注近20年的领域,为撰写本文还是查阅、整理了大量资料。总之希望对大家有所帮助,同时也欢迎各路高人批评指正!


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