pmr垂直式硬盘与smr叠瓦式硬盘的原理与区别

问题

想自己组建一个nas,但是看到一直有人说pmr垂直式硬盘与smr叠瓦式硬盘，还有人一直鄙视叠瓦式硬盘，我就好奇了，有什么区别吗？

硬盘的构造

1.构造原理

机械硬盘的主要结构就是马达，磁盘，磁头臂，磁头。
马达决定转速
磁头负责读写
磁盘负责容量
马达不是此次解释的重点
这里说磁头与磁盘

磁盘为了管理数据，划分了磁道与扇区，
老式磁盘每个扇区存储的数据大小是一样的，外圈数据密度小，内圈数据密度大
新的硬盘数据的密度都一致
某某数据块常常被说为某某磁道，某某扇区
从外围开始编号，0 1 2.。。

机械原理：
假如读取第5磁道第7扇区
读写数据实际上是磁头会先摆动到第5磁道上悬浮在第5磁道的上空几纳米处，等待着第7扇区转过来，之后读取数据，这是机械硬盘的寻道和寻址。
需要读取的磁盘的某某磁道，某某扇区都有许多方格，内部有磁性微粒，读取磁力的极性判断0 1

往往磁盘不止一个盘片，正反都可读写，盘片从下部算起，0 1 2.。。。，一个盘片有两面，两个编号，比如0面和1面，2面和3面
受到成本和体积限制，一般5片以内
磁道上下连接，获得一个虚拟的柱面
相同编号的磁道成为一个编号的柱面，比如磁盘的0柱面

老式磁盘因为扇区存储数据一致计算容量大小为:
存储容量 ＝ 磁头数 × 磁道(柱面)数 × 每道扇区数 × 每扇区字节数
图上磁盘是一个 3个圆盘6个磁头，7个柱面（每个盘片7个磁道） 的磁盘每条磁道有12个扇区，所以此磁盘的容量为：
存储容量 6 * 7 * 12 * 512 = 258048
新式计算更为复杂，因为扇面数据密度一样

2.磁盘的读取响应时间

寻道时间：磁头从开始移动到数据所在磁道所需要的时间
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
数据传输时间：完成传输所请求的数据所需要的时间
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。

3.磁盘硬件被系统虚拟化

块

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。
忽略对底层物理存储结构的设计

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
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…2的n次方个扇区。

page

系统与内存操作，是虚拟一个页的概念来作为最小单位

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

LMR水平式记录磁盘

老式的线性LMR水平式记录磁盘规定读取磁力的极性，当磁力的极性冲着右边的时候是1，磁力的极性冲着左边的时候是0

PMR垂直式记录磁盘

对着技术发展，读写磁头更小了，原先横放的方格，现在竖着放也行，磁力极性冲下是0，磁力极性向上是1
LMR水平式记录磁盘，存储密度仅为每平方英寸133GB，而现在PMR垂直式记录磁盘可以做到每平方英寸1108GB，翻了将近9倍。

然而PMR存在空间浪费的问题

写磁头比读磁头宽，真正有效的数据，只有读磁头扫过去中间的很窄的一条，只是因为我们无法把写磁头做的更小，所以只能浪费一些上下磁道的空间，这是单根磁道
同时为了保证写头部不干扰到相邻磁道，磁道与磁道之间还有一定的间隔
如果能够利用这些浪费的空间，将会获得倍增的空间
接下来说垃圾SMR盘

SMR瓦楞式堆叠磁盘

属于PMR的一个分支，为了提高容量，对PMR的性能做了牺牲
因此升级后后的叫SMR，之前的PMR又被称为CMR
硬盘厂商想到了一个方法，把磁道像瓦片一样堆叠起来，摞成一层一层的样子

就像瓦片一样，那些让出来的空间都被利用了，空间有了大提升，但是缺点也十分明显
读磁头本身比较窄，一行一行的就可以完美的扫全部扫过去，这样就可以完成读取的操作
写磁头还是那么宽，扫过最上方磁道的时候，肯定会把下面的磁道数据也给写了
如果你尝试恢复下面的数据，下下面的数据又被覆盖了，以此类推任何一次写入都将极为费力，会把所有磁道的数据都写进去

众所周知，硬盘的寿命跟读写的次数有关，SMR频繁读写无异于自杀，使用中可能出现突发性的掉速，造成系统死机或者游戏卡死的问题
因此常用来作为监控盘，仓储盘使用。

避免购买到叠瓦式机械硬盘

厂家并没有将垂直式（PMR）和叠瓦式（SMR）标注在硬盘标签上，看厚度也不一定能看出来
因此应该综合判断
1、看容量
垂直式是可以做到单碟约1.6TB容量，所以市面上1TB或者以下容量基本上都不是叠瓦式
2、看缓存
一般来说，对于叠瓦式硬盘，厂家为了弥补性能缺陷，配备的缓存较大，通常是128MB或者256MB，而垂直式的缓存都比较小，一般是32MB或者64MB。
但是从硬盘缓存辨别是否是叠瓦式有弊端，因为大容量的垂直式硬盘，例如4TB以上的容量，可能也采用的是256MB缓存。
3、看厚度
相同的容量下，叠瓦式相比垂直式厚度更薄一些
比比相同容量的厚度参数可见，一般误差有6mm