02-硬盘

02-硬盘

Written by Zak Zhu

参考

• 鸿鹄论坛
• HCNA-Storage培训教材V4.0

硬盘指标

• Volume

  硬盘容量单位: GB

  影响硬盘容量的因素有单碟容量和碟片数量

• Rotational Speed

  硬盘转速单位: RPM (Rotation Per Minute)

  一般硬盘的转速都达到5400RPM或7200RPM

  SCSI接口硬盘转速可达10000 ~ 15000RPM

• Average Access Time

  平均访问时间 = 平均寻道时间 + 平均等待时间

• Data Transfer Rate

  数据传输率: 硬盘读写数据的速度

  单位: MB/s

  硬盘数据传输率包括内部传输率和外部传输率两个指标

• Input/Output Per Second

  IOPS: 每秒的输入输出量, 是OLTP(OnLine Transaction Processing)应用关键衡量指标

• Throughput

  吞吐量: 单位时间内可以成功传输的数据数量, 是OLAP(OnLine Analytical Processing)应用关键衡量指标

硬盘类型

磁盘原理

• 盘片被磁性材料覆盖, 盘片上的磁性粒子被极化以表示一个二进制信息单元
• 读/写磁头: 负责读和写数据:
  • 磁头臂: 带动读/写磁头, 将磁头移动到指定位置
  • 盘片: 保存写入的数据
  • 主轴: 转动盘片, 将盘片上的指定位置移动到读/写磁头下
  • 控制电路: 控制硬盘的速度, 磁头臂的移动, 向磁头下发命令等
• 磁盘使用一个快速移动的读/写磁头臂带动磁头, 从一个涂了磁性颗粒的扁平盘上读写数据. 数据从磁盘盘片上通过读/写磁头向计算机传送.

硬盘属性

• 磁道是盘片上围绕在主轴周围的同心环, 数据就被记录在磁道上. 磁道的编号从0开始, 从盘片的外边缘开始向内编号. 我们用盘片上每英寸的磁道数(TPI)(也称为磁道密度)来衡量盘片上磁道排列的紧密程度.
• 每个磁道被分成更小的单位, 称为扇区. 扇区是磁盘中可以单独寻址的最小存储单元. 磁道和扇区结构是由硬盘制造商使用格式化硬盘的工具写在盘片上的. 不同硬盘磁道的扇区数可以不同.
• 通常情况下, 一个扇区可以保存512字节的用户数据
• 柱面: 在同一个磁盘中所有盘片(包含上下两个盘面)具有相同编号的磁道形成一个圆柱, 称为磁盘的柱面. 磁盘的柱面数和一个盘面上的磁道数是相等的. 磁盘中磁头的位置由柱面号来说明的.

SAS盘

SAS为企业级数据中心提供了一种高效用、高可靠、可扩展而又容易操作的解决方案. 在保持对并行SCSI逻辑兼容的同时, SAS在物理连接接口上提供了对SATA的统一支持. 这就为服务器和网络存储等应用提供了很大的选择空间.

NL-SAS盘

• NL SAS是指具有SAS接口, 接近SAS性能的SATA盘.
• NL是Near Line的缩写, 意为近线. 近线存储主要定位于在线存储和离线存储之间的应用. 就是指那些并不是经常用到, 或者说数据的访问量并不大的数据放在性能较低的存储设备上. 但同时对这些设备要求是寻址迅速, 传输率高. 因此, 近线存储对性能要求相对来说并不高, 但又要求相对较好的访问性能. 同时多数情况下由于不常用的数据要占总数据量的比较大比重, 这也就要求近线存储设备在需要容量相对较大.

SSD盘

固态硬盘概述

• SSD原理:

  • 使用Flash技术存储信息

    SSD盘并不像传统硬盘那样采用磁性材料来存储数据, 而是采用cell(存储单元)的NAND Flash来存储数据. NAND Flash是一种非易失性随机访问存储介质, 其特点是断电后数据不消失, 这种技术可以很快很紧凑存储数字信息

  • 内部没有机械结构

    SSD盘使用寿命是有限的. 由于NAND Flash是非易失性介质, 在写入新数据之前必须保证Block被擦除过, 否则可能会出现数据误码. 但是NAND Flash的擦写次数是有限的, 即每个cell的内容可以改变的次数是有限的. 不过, 由于这种磨损容易监控和预测, 因此我们可以准备好新硬盘及时替换. 而机械硬盘的故障通常是没有任何预兆的, 这意味着替换磁盘必需随时准好

• SSD的三种主要类型:

  • Single Level Cell

    在SLC中, 每个cell只存1bit数据: 0或1

  • Multi Level Cell

    在MLC中, 每个cell可存2bit数据: 00, 01, 10, 11

  • Triple Level Cell

    在TLC中, 每个cell可存3bit数据: 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111

固态硬盘结构

SSD性能优势

• 响应时间短

传统硬盘的机械特性导致大部分时间浪费在寻道和机械延迟上, 数据传输效率受到严重制约. 而SSD硬盘内部没有机械运动部件, 省去了寻道时间和机械延迟, 可更快捷的响应读写请求.

• 读写效率高

  机械硬盘在进行随机读写操作时, 磁头不停地移动, 导致读写效率低下. 而SSD通过内部控制器计算出数据的存放位置, 并进行读写操作, 省去了机械操作时间, 大大提高了读写效率.