機械硬碟大比拼，礦工必看
作 者丨冷波
文章來源丨www.ipfs.cn
原文地址丨https://www.ipfs.cn,IPFS中國社群
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在企業級儲存市場中，結構化資料的儲存很快就會是SSD的天下，機械硬碟（HDD）會逐步退出；非結構化資料因為其巨大的容量，從成本的角度來看，會長時間存在。但不論怎麼說，SSD代替HDD是趨勢。
生產HDD的廠家很少，就WD、希捷、HGST等，其中，HGST也是WD的子公司。看似他們壟斷了市場，但他們的日子卻不好過。因為HDD大勢已去，在SSD領域，領先的卻是Intel、三星等玩家。HDD越做越大，價格也越來越低。
但IPFS等儲存挖礦專案卻讓HDD市場又看到了一點希望。今年，10TB以及以上的硬碟大幅度缺貨，價格比去年的最低點已經上漲了30%。瘋狂的玩家囤礦機（儲存伺服器）、囤硬碟。我從好幾個地方，都聽到了有人批量買幾萬塊硬碟的事情。
【注：只是聽說，不一定代表事實】也冒出來了各種各樣的IPFS礦機，大多數都像最低端的群暉NAS一樣，插了一塊硬碟，擴充套件性不是特別好，放在家裡，等待檔案幣釋出就挖礦。
如果這個礦機能做一個家用NAS，也挺好的。許多人也在對比各種礦機。但大家容易忽視的是，同是機械硬碟，其可靠性也千差萬別。我們不能光看硬碟容量，而要看洞察更多的硬碟引數。好在這些引數不多，非常容易理解。
我們就以希捷的硬碟為例來進行講解。型號太多，就說說幾種典型的。
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1. 桌面級硬碟。這是消費級電腦中最常用的硬碟，基本都是採用SATA介面。比如希捷BarraCuda系列的8TB硬碟ST8000DM004。
官方的引數請見：
https://www.seagate.com/www-content/datasheets/pdfs/3-5-barracudaDS1900-10-1802CN-zh_CN.pdf。
其中裡面有幾點大家比較感興趣。
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1.最大值持續資料傳輸率OD（MB/秒）：190MB/秒。 看上去這個值挺高的。但它只是硬碟外圈的順序讀寫效能。較小的檔案讀寫，基本都達不到這個效能。
2.每年執行小時數(24×7) ：2,400。 如果24x7開機，每年能執行2400小時。也就是能每年持續執行100天。每天上班8小時的辦公室文員，用這個硬碟不錯；但用來挖礦，就有點悲催了。所以……儲存挖礦，肯定不能選擇桌面級硬碟。
3.工作負載評級限制（TB/年）：55。 一每年讀寫55TB資料以下，故障率較低。以前的HDD引數沒有這個值。SSD因為Flash的磨損次數有限制，有一個TBW值。HDD理論上讀寫次數沒有限制，但因為機械部件多，可靠性並不高，所以，也可以理解廠商為什麼需要加這個引數。
4.有限質保（年）：2 桌面級硬碟保修2年。
5.最大不可恢復錯誤/被讀資料（位）：1/10E14。 這個是大多數人不瞭解的引數。我認為是評估硬碟穩定性的最重要的引數之一。HDD執行過程因為受到振動等影響，是非常容易出錯的。
但因為糾錯手段完善，大多數錯誤可以被糾正。但仍然會存在一定概率，在工作環境正常的情況下，錯誤無法糾正。通常我們就把它認為是ECC演算法也無法糾正的錯誤，所以叫做Uncorrectable ECC Count。
6.這個桌面硬碟對應的值為10的14次方分之一，其含義為，從硬碟上讀10的14次方個bit，就可能出現一次無法被糾正的錯誤，導致資料出錯。10的14次方個bit，其實大概就是11TB的資料。從概率上來講，全盤讀寫1次大容量硬碟，就很可能出現這樣的錯誤。
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2. 監控級硬碟。這是在安防系統中最常用的硬碟。基本都是採用SATA介面。
SkyHawk監控盤系列其官方引數請見：
https://www.seagate.com/www-content/datasheets/pdfs/skyhawk-3-5-hdd-DS1902-8-1803CN-zh_CN.pdf
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1.最大值持續資料傳輸率OD（MB/秒）：根據容量的不同，該值從180MB/秒到210MB/秒，和桌面級硬碟差不多。
2.每年執行小時數(24×7)：清一色的是8760。說明可以一年365天不間斷執行。這和桌面級硬碟有非常大的區別。
3.額定工作負載限制(WRL)：180TB。 相對於桌面級硬碟的工作負載評級限制，該值要高不少。
4.MTBF（平均故障間隔時間) ：1,000,000 hr。 桌面級硬碟的引數中，就沒有寫這個值。1百萬小時，是理論上可以用114年嗎？顯然不是。大概可以這麼算，1/114約等於0.9%，說明年壞盤率理論上為0.9%。當然，這個只是理論值，實際的壞盤率受到多種因素的影響。
5.有限質保（年）：3 顯然，3年的質保，也是廠商對這種硬碟更有信心。
6.最大不可恢復錯誤/被讀資料（位）：ST4000VX007這塊4TB的硬碟為1/10E14，其他型號為1/10E15。前幾年的較老型號監控級硬碟其值均為1/10E14，顯然是非常容易壞的。如果為1/10E15，需要寫入將近113TB資料，從概率上才會出現一次不可恢復的錯誤，自然可靠性會增大很多。
（注：希捷還有充氦氣的監控硬碟，但從型號和引數來看，完全是企業級硬碟的範疇了。）
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3. 企業級硬碟。這是企業級儲存系統和資料中心最常用的硬碟。可靠性自然比前面兩種硬碟要高很多。介面有SATA和SATA，其中SAS又分NL-SAS（近線SAS）和高轉速SAS（1萬轉或1.5萬轉）。
NL-SAS盤和企業級SATA盤的主要差別在於介面採用SAS，可以支援雙埠（用於雙控儲存系統，可以兩個主機同時連線），其他引數基本一致。高轉速SAS盤的轉速高於我們常用7200轉，效能更好，可靠性也更高，但容量相對較小，價格也比較昂貴。
大容量企業級SATA硬碟（8TB及以上）一般在內部充氦氣，利用氦氣的惰性，可以全面提升硬碟容量，從資料中心的壞盤率統計來看，其可靠性也更高。這裡我們討論希捷的企業級SATA硬碟，以常用的10TB充氦氣硬碟ST10000NM0016為例。
其官方引數見：
https://www.seagate.com/files/www-content/datasheets/pdfs/exos-x-10DS1948-1-1709CN-zh_CN.pdf
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1.最大值持續資料傳輸率OD（MB/秒）：249MB/秒。 這個值比前面的硬碟略微高一點點，但也高不到哪裡去。
2.隨機讀取/寫入4K QD16 WCD (IOPS) ：170, 138。 這是4KB隨機讀和寫的IOPS值，表示每秒最大的I/O請求個數。算成頻寬，就是680KB/秒和552KB/秒。我去，這個值和前面的傳輸速度差了好幾個數量級！
對於HDD來說，因為機械部件的尋道時間很難縮短，所以這個值是很正常的，這也是為什麼SSD會受到追捧的重要因素之一——SSD的隨機效能遠高於HDD。
前面的桌面級硬碟和監控級硬碟都沒有寫這個引數呢，它們的實際IOPS值比企業級硬碟更差。這也是為什麼專業的儲存系統，需要複雜的演算法，通過CACHE等手段，儘可能變隨機的讀寫為有點點順序的讀寫，來提升系統的整體效能。
3.每年執行小時數(24×7)：8760。因為一年只有365天，所以這個值也不會更大了。
4.平均故障間隔時間（MTBF，小時） ：2,500,000。理論上，年壞盤率為0.35%。
5.有限質保（年） ：5。 顯然，希捷對於企業級硬碟更有信心。
6.不可恢復錯誤/被讀資料（位） ：1 扇區/10E15。從概率上講，每讀寫10的15次方個bit，會有一個扇區出現不可恢復的bit。 10TB的硬碟，從頭到尾讀寫超過11遍，平均會遇到一次這樣的情況。比起桌面級硬碟，還是要穩定許多。
（注：沒有看到額定工作負載限制或類似的引數。看來企業級硬碟直接取消了這個讀寫資料量的限制。）
回過頭再來看看“不可恢復錯誤/被讀資料（位）”這個引數。企業級SATA盤和較新的監控級硬碟，比較老的監控級硬碟和桌面級硬碟要高一個數量級，自然要穩定許多。
桌面級硬碟和監控級硬碟的對應引數名字前加了一個“最大”，企業級硬碟沒有寫“最大”，不知道是否希捷有意為之。
如果是，證明企業級硬碟的讀寫錯誤更低。以前問過硬碟廠商的工程師，他們回覆說，桌面級硬碟和監控級硬碟沒有防震晶片，所以錯誤率高；企業級硬碟，和較新的監控級硬碟，都加了這個晶片，通過避震的方式來提高可靠性。
我們也接觸過大量的儲存專案，有上萬片硬碟實際執行的穩定性統計資料。某專案用了80%的監控級硬碟（不可恢復錯誤/被讀資料（位）這個值為1/10E14）和20%的企業級SATA硬碟，運行了三年，監控級硬碟的壞盤率超過10%，但企業級硬碟的壞盤率低於1%。
桌面級硬碟因為都不能全天候執行，所以完全不適合這種大型的專案。另外，如果大容量硬碟做RAID5或者RAID6，壞了一塊盤，會導致硬碟重建。
如果該引數為1/10E14，基本上硬碟從頭到尾讀一遍，就有很大的概率產生新的不可恢復錯誤，直接導致第二塊壞盤的產生。這個也是為什麼RAID5/6在重建的時候，很容易產生第二塊盤，導致RAID出現更嚴重問題的原因。
實際上，重建的時候，所有硬碟都在高速讀寫，其震動本身就會導致更多的問題。不用RAID容易壞盤導致資料丟失，使用RAID也容易壞盤，那怎麼辦？選擇更高可靠性的硬碟，才是正確的辦法。
如果是高轉速的SAS硬碟和企業級SSD，不可恢復錯誤/被讀資料（位）往往都是1/10E16甚至更高，其出錯的概率就會更低了。
除了上面的HDD，希捷還有NAS系列的硬碟，可以滿足全天候的執行需求，價格比企業級硬碟低。但因為我沒有用過，所以暫時不評述。
再好的硬碟，也可能會很快壞掉。以上所有的引數，都是針對大批量硬碟而言的平均值。
所以，通過軟體進行合理的硬碟管理（RAID、CACHE、硬碟全程監控），是必要的手段，且需要一個易用的儲存管理系統，在硬碟真的出現問題時，能夠及時發現，及時排除故障，保證系統的穩定執行。算了，說再多了就是廣告了。
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