1.MSPE-硬盘技术V1.5

11专业存储领域领导品牌MSPE培训教材—硬盘技术2目录存储介质分类1传统硬盘介绍2SSD硬盘介绍3存储介质对比43存储介质分类光介质磁介质1.磁盘2.磁带电介质1.固态硬盘（SSD）2.闪存卡存储介质“存储数据的载体”光盘硬盘:机械硬盘HDD软盘4传统硬盘结构主轴马达(SpindleMotor)磁头基座(BasePlate)磁头停放区(ParkingZone)盘片(Media)传动部件接口5什么是硬盘磁盘：磁盘就是通过磁性进行读写功能的设备，磁盘包括硬盘和软盘。传统硬盘类型：SATA、SAS和NL-SAS，其中SAS和NL-SAS为目前最主流的传统硬盘。图1机械硬盘（HDD）图2固态硬盘（SSD）6硬盘的主要指标①容量：指硬盘能存储的数据量大小，以字节为基本单位②单碟容量：指包括正反两面在内的单个盘片的总容量③转速：即主轴马达转动速度，单位为每分钟盘片转动圈数④缓存：是硬盘控制器上的内存芯片，是硬盘内部盘片和外部接口之间的缓冲器⑤平均访问时间：硬盘磁头找到目标数据所需的平均时间⑥数据传输率：包括内部数据传输率和外部数据传输率⑦MTBF：MeanTimeBetweenFailure，平均无故障时间常用指标常用指标7硬盘接口技术AdvancedTechnologyAttachment，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；SmallComputerSystemInterface”（小型计算机系统接口），是一种广泛应用于小型机上的高速数据传输技术。缺点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，逐渐被SATA所取代。优点应用范围广、带宽大CPU占用率低热插拔缺点价格偏高，因此SCSI硬盘主要应用于中、高端服务器和高档工作站中。现行主机与外设通信的协议规范:ATA、SCSI。8硬盘外部接口类型硬盘提供的物理接口主要包括以下几种：指令系统接口类型ATA并行IDE接口（已停产）串行SATA接口串行SATAⅡ接口：外部传输速率150MB/s进一步提高到了300MB/s；串行SATAⅢ接口：传输速度翻番达到6Gbps；（目前主流）SCSI并行SCSI接口串行FC接口：承载FC协议（已停产）串行SCSI即SAS接口（目前主流）9并行传输和串行传输并行传输并行传输是在传输中有多个数据位同时在设备之间进行的传输。并行接口中各位数据都是并行传送的，它通常是以字节（8位）或（16位）为单位进行数据传输。并行传输技术难点不同数据如何同一时序到达提高时钟频率导致相互串扰增加位宽导致成本大幅上升串行传输串行传输是数据在传输中只有1个数据位在设备之间进行的传输。对任何一个由若干位二进制表示的字符，串行传输都是用一个传输信道，按位有序的对字符进行传输。IDE硬盘线缆（并行）SATA硬盘线缆（串行）SAS硬盘线缆（串行）10SATA接口介绍SATA：SerialATA(SerialAdvancedTechnologyAttachment)串行ATASATA采用串行方式进行数据传输，接口速率比IDE接口高，第一代速率为150MB/s，并且第二代（SATAⅡ）接口速率为300MB/s。而SATAⅢ可以达到600MB/s的速率。SATA硬盘采用点对点连接方式，支持热插拔，即插即用SATA接口SATA接口线缆11SAS接口介绍SAS：SerialSCSI(SerialAttachedSCSI)串行SCSISAS是新一代SCSI接口技术，采用串行方式进行数据传输以获得更高的传输速度，通过缩短连结线改善内部空间。SAS接口技术可以向下兼容SATASAS2.0接口速率为6Gb；SAS3.0接口速率达到12Gb；我司全系列产品采用四路SAS宽端口技术，接口速率达到4*12Gb。SAS接口双端miniSAS接口线缆双端miniSASHD接口线缆miniSAS转接口线缆12最常用的传统硬盘—SAS硬盘技术先进的硬盘接口继承SCSI的稳定可靠性全双工、点对点数据传输3.0/6.0Gbps接口传输速率双端口冗余备份SAS线缆接口良好的兼容性SATA硬盘兼容SSD硬盘的主要接口方式服务器、存储阵列均可使用多种速率类型支持15,000/10,000/7,200rpm三种速率13SAS硬盘各种规格对比规格720010K15K接口6Gb/SSAS6Gb/SSAS6Gb/SSAS常见容量2TB/3TB/4TB/6TB300、450、600、900GB、1.2TB、1.8TB600、450、300GB缓存64M64M64M外部传输率600MB/S600MB/S600MB/S平均寻道时间平均读：8.5ms平均写：9.5ms平均读：3.8ms平均写：4.2ms平均读：2.6ms平均写：3.1ms内部传输率172MB/s198~117MB/s198~119MB/sMTBF200万小时200万小时160万小时硬盘的转速越大，读写性能就越好！14SSD硬盘技术SSD（SolidStateDisk）硬盘固态硬盘（SolidStateDrives），“固盘”，固态硬盘（SolidStateDrive）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。支持ISCSI、SAS等主流接口。15SSD的分类SSD分SLC、MLC和eMLC三种，主要差别在于擦写次数和性能。SLC单层式SSDMLC多层式SSD典型擦写寿命10万次，每天350GB数据更新可使用5年高可靠性，MTBF为2百万小时高性能读写低功耗，高价格典型擦写寿命1万次，每天20GB数据更新可以使用5年可靠性较低，MTBF为1.2百万小时写性能较低功耗比SLC多15%左右容量一般比SLC要大近一倍，价格便宜；eMLC企业级MLC典型擦写1.5~3万次性能、可靠性均较好，面对企业级市场，经常被用来加快虚拟服务器的存储I/O，特别是虚拟桌面操作。SLC将被eMLC取代16SSD接口技术SSD外部接口：SAS、SATA、NVMeNVMe“非易失性存储器标准，是使用PCI-E通道的SSD一种规范，NVMe的设计之初就有充分利用到PCI-E和SSD的低延时以及并行性。”“SSD的并行性可以充分被主机的硬件与软件利用，相比与现在的AHCI标准，NVMe标准可以带来多方面的性能提升。Non-VolatileMemoryExpress“现在所用的SATA接口与AHCI标准其实是为高延时的机械硬盘而设计的，目前主流SSD依然继续使用它们，随着SSD的性能逐渐增强，这些标准已经成为限制SSD的一大瓶颈。””17SSD典型应用SSD用作缓存SSD盘用作二级缓存，所有对HDD的读写请求都经过SSD，提升性能。二级缓存以读居多。SSD与传统阵列混插构成分级存储闪存+机械硬盘混合的阵列，充分利用传统盘大容量、低成本和SSD盘高度写、高IOPS、低延迟等性能优势。利用存储分级软件将数据在闪存及机械硬盘之间进行迁移，提高存储整体系统的功能和性能。SSD构成全闪存阵列只采用闪存用作存储介质的阵列，实现高带宽、高IOPS、低延迟、低功耗等。18宏杉科技SSD应用全闪存阵列承载高性能业务，比如：存放数据库的索引区、并行文件系统的元数据区等。自动分层存储以SSD为核心的分层存储，提高资源整体利用效率用少量的SSD盘作二级缓存提升存储阵列的整体性能HotCache二级缓存面向磁盘阵列的LUN数据卷，根据数据访问频度，自动将热点数据读取到二级缓存，供一级缓存直接调用。MS7000AFSSD5SAS5SATACacheHotCacheDisk19机械硬盘与固态硬盘对比固态硬盘IntelDCS3610400GBSAS15K希捷ST300MP0005SAS10K希捷ST1200MM0088SAS7.2K希捷ST4000NM00334K随机IOPS8.4w(读)2.5w(写)~180~155~76顺序读MB/s550(读)400(写)160~233108~215175平均延迟55μs(R)66μs(W)2ms+3.5ms2.9ms+3.5ms4.16ms+9ms固态硬盘的随机读写性能是传统磁盘的数百倍，延迟只有传统磁盘的一百至数百分之一！20机械硬盘与固态硬盘对比总结机械硬盘（HDD）固态硬盘（SSD）优点单盘容量大价格低，性价比高性能高缺点性能一般，但能够满足大部分用户的业务需求价格贵单盘容量小适用场景用户业务系统普遍，为常用业务系统，性能要求一般容量需求大用户预算相对较低，追求高性价比性能要求高的业务系统：交易性、密集IO的工作负载，交易系统、虚拟桌面等用户预算较充足系统后端磁盘容量相对较小2121谢谢大家！