伺服器冷資料儲存首選 – 機械式硬碟之效能與高頻震動影響分析

固態硬碟已漸漸成為現今市場主流，一般用戶在選用內置儲存裝置時，並不會優先考慮傳統機械式硬碟，但難道機械式硬碟就真的要被淘汰了嗎? 其實不然，它並未因此而退場，至今仍佔有一定市場。除了儲存空間相較固態硬碟相比來的大，價格也相對較低廉，對於伺服器等需要大量儲存空間的設備來說，更是冷資料儲存的首選！

機械式硬碟架構介紹

在進入本篇主題前，先簡單介紹機械式硬碟架構，主要組成由：磁碟片、磁頭、磁頭控制器、馬達、磁碟片上轉軸及控制電路版、SATA/SAS連接介面等幾個部份組成。磁頭可以沿著磁碟片的半徑方向水平移動。由於磁碟片每分鐘數千轉的高速旋轉，在碟片上的磁頭就可以定位在指定位置上進行數據的寫入/讀取。

從上面簡介可以清楚了解到，機械式硬碟主要是靠旋轉碟片以及上面幾乎貼在碟片上旋轉的磁頭做資料讀寫動作，所以此類硬碟在運作中若有外部震動、移動或者落下等非預期干擾，會對硬碟產生不可預期的問題產生，嚴重的話會讓磁頭/碟片損壞，進而導致該硬碟損毀。雖然機械式硬碟在伺服器的環境中，遇到移動/落下的機率較小。然而伺服器由於高發熱考量，一般都會搭配高效率散熱的風扇來協助排熱。高效率風扇伴隨而來的高轉速導致機殼震動便是一個不可避免的因素。高階企業級機械式硬碟大多應用在伺服器上，標榜高可靠度的硬碟，是否真的能符合其宣稱的能耐，在伺服器運轉過程中，高頻震動的環境下，仍然可以提供正常的傳輸效能呢？

主流廠牌硬碟盲測評比

百佳泰身為專業伺服器相關零組件測試實驗室，對於相關問題之驗證，自然已準備相對應的驗證手法。透過實際的應用環境下，驗證硬碟的是否能通過考驗。下圖為準備執行驗證的伺服器示意圖，在實際執行測試時，會將伺服器內的硬碟槽全部設置好硬碟，搭配客製化軟體，進行風扇轉速調控。設定風扇轉速在不同百分比情況下，同時對硬碟執行效能測試且紀錄測試結果。另外在執行測試前，會將測試硬碟放在穩定的平台，避免其他設備震動干擾，執行的效能測試並蒐集結果做為基準值。效能測試的方式為執行寫入測試並搭配4K/256K block size。為了比對不同廠牌硬碟的差異，我們挑選了三顆主流廠牌企業級硬碟執行測試。

風扇轉速設定由轉速最高的一半，50%轉速開始，以10%的級距慢慢開始提升，最後達到風扇全速，在不同轉速區間下來比對效能是否與基準值差異過大。先從256KB循序寫入的情況來比對這三顆HDD效能與原始數據比較。從下面圖表可以看出，在256KB循序寫入的情況，三顆HDD在風扇不同轉速下效能差異不大，都在0~1%之間，可以發現到大檔寫入的情況比較不會受到高頻振動影響。

接下來看看64KB隨機寫入的部分，從下圖可以發現HDD B跟HDD C分別在風扇轉速70%跟90%有稍微高一些的效能差異，不過差距在2%左右，整體來說效能差異並不算大，在可接受範圍內。

最後我們來看看小檔案，4KB隨機寫入的部分，從下圖可以發現HDD B在風扇轉速70~90%效能差異到了4%，對比其他兩顆硬碟來看的話，可以看出明顯差異。雖然5%內還算是可接受的範圍，不過在長時間使用的環境，隨著設備老化，對於硬碟效能的影響不可輕忽。

從上面三顆硬碟的結果來看，效能差異值都能在5%內，除了HDD B在小檔案效能表現部份稍微跳動不穩以外，這三顆硬碟都能在伺服器內高頻震動干擾下仍然能維持一定的效能穩定。可見硬碟技術成熟的現在，在高頻震動的抗干擾部份都有一定的水準。另外，最後在跟各位分享一個測試過程中遇到的案例，這個是一個雙磁頭設計的硬碟，能夠提供相較傳統磁頭設計硬碟更高的效能表現。使用相同的測試手法驗證結果來看，可以發現到在風扇全速運轉的情況下，4KB與64KB隨機寫入的效能差異已超過5%，以業界標準來看效能差異差過5%的硬碟，勢必會影響到整體系統效能。不可不謹慎面對這效能變異的問題。