以下文章來(lái)源于存儲(chǔ)隨筆，作者古貓先生

一、引言

前段時(shí)間，小編結(jié)合網(wǎng)友的提問(wèn)，寫(xiě)了一篇關(guān)于固態(tài)硬盤(pán)SSD斷電數(shù)據(jù)保存的文章（斷電的固態(tài)硬盤(pán)數(shù)據(jù)能放多久？），一經(jīng)發(fā)布引起數(shù)碼圈的熱議，文章超過(guò)8萬(wàn)+閱讀量，上百條留言討論。

小編發(fā)現(xiàn)，原來(lái)很多人都不知道固態(tài)硬盤(pán)SSD有斷電保存的風(fēng)險(xiǎn)。在這里再?gòu)?qiáng)調(diào)下在JEDEC存儲(chǔ)規(guī)范中，對(duì)固態(tài)硬盤(pán)SSD有斷電數(shù)據(jù)保持的時(shí)間要求：

消費(fèi)級(jí)SSD要求在30度環(huán)境下斷電存放，數(shù)據(jù)至少保持1年

企業(yè)級(jí)SSD要求在40度環(huán)境下斷電存放，數(shù)據(jù)至少保持3個(gè)月

有同學(xué)看到這個(gè)信息，嚇得趕緊打開(kāi)塵封已久的SSD，來(lái)了一波回憶殺。在這里小編再次建議：重要數(shù)據(jù)記得備份！重要數(shù)據(jù)記得備份！重要數(shù)據(jù)記得備份！

機(jī)械硬盤(pán)好像已經(jīng)遠(yuǎn)離大家視野，組裝電腦都是拼速度，選用固態(tài)硬盤(pán)，而且現(xiàn)在PCIe 4.0/5.0的速度更是讓大家享受著速度的激情！通過(guò)這個(gè)話(huà)題，又引起了大家對(duì)機(jī)械硬盤(pán)的關(guān)注。

在這個(gè)數(shù)字宇宙膨脹的時(shí)代，機(jī)械硬盤(pán)（HDD）這位老將雖然面對(duì)固態(tài)硬盤(pán)（SSD）新秀的風(fēng)馳電掣，卻依舊笑而不語(yǔ)，穩(wěn)坐釣魚(yú)臺(tái)。你可能會(huì)問(wèn)：“在速度與激情并重的今天，慢條斯理的HDD憑什么還能占有一席之地？”

HDD以“海量不貴”的姿態(tài)傲視群雄，特別是當(dāng)你需要備份整個(gè)銀河系的數(shù)據(jù)時(shí)（夸張了點(diǎn)，但你懂的），HDD的性?xún)r(jià)比讓你的錢(qián)包笑得比誰(shuí)都燦爛。相比之下，SSD雖快，但價(jià)格就像火箭發(fā)射，讓人直呼“高攀不起”。機(jī)械硬盤(pán)的最大優(yōu)勢(shì)之一在于其單位存儲(chǔ)成本相對(duì)較低。隨著技術(shù)的進(jìn)步，單塊HDD的容量已經(jīng)突破了20TB甚至更高，且每GB的成本遠(yuǎn)低于同等容量的SSD。

其次，談到數(shù)據(jù)備份，HDD可是出了名的“耐得住寂寞”。它就像是個(gè)忠實(shí)的老管家，默默無(wú)聞地守護(hù)著你的陳年往事（數(shù)據(jù)），哪怕你多年后想找回那封塵封的情書(shū)，HDD依然能幫你從記憶深處挖出來(lái)。不像某些“閃存貴族”（SSD），一旦長(zhǎng)時(shí)間斷電，數(shù)據(jù)可能就“閃”沒(méi)了。

HDD這位老兵，雖然動(dòng)作慢，但在各種惡劣環(huán)境下都證明了自己的耐用性。機(jī)械硬盤(pán)通過(guò)磁記錄方式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，理論上具有更長(zhǎng)的數(shù)據(jù)保存期限。對(duì)于需要長(zhǎng)期歸檔的數(shù)據(jù)而言，HDD提供了更為可靠的存儲(chǔ)選項(xiàng)。如果設(shè)備遭遇不測(cè)，HDD相對(duì)更容易能找回丟失的寶藏。SSD雖然速度快，但在數(shù)據(jù)恢復(fù)方面，如果故障后想要找回?cái)?shù)據(jù)，機(jī)會(huì)渺茫。

機(jī)械硬盤(pán)與固態(tài)硬盤(pán)的共存，就像老頑童與新潮少年的搭檔，各有千秋，相得益彰。在這個(gè)數(shù)據(jù)爆炸的年代，它們一個(gè)快如閃電，一個(gè)沉穩(wěn)如山，共同守護(hù)著我們這個(gè)數(shù)字世界的點(diǎn)點(diǎn)滴滴，讓信息的海洋既波瀾壯闊，又井然有序。

二、機(jī)械硬盤(pán)HDD推薦

今天給大家推薦兩款東芝企業(yè)級(jí)16T HDD，分別是MG08 16T（MG08ACA16T) 和MG09 16T（MG09ACA16T），東芝MG08/MG09系列16TB硬盤(pán)通過(guò)采用充氦密封設(shè)計(jì)、成熟穩(wěn)定的記錄技術(shù)、高轉(zhuǎn)速、高年寫(xiě)入量等特性，在可靠性方面表現(xiàn)出色。

東芝的MG08系列采用了更為精準(zhǔn)的雙讀頭(TDMR)技術(shù)，而MG09系列在此基礎(chǔ)上更引入了FC-MAMR（微波輔助磁記錄）技術(shù)。充氦密封設(shè)計(jì)減少了內(nèi)部氣流摩擦，這意味著磁頭在讀寫(xiě)過(guò)程中遇到的阻力更小，可以降低能耗并提高效率。充氦密封設(shè)計(jì)允許更密集的盤(pán)片布局，從而在不增加物理尺寸的情況下提高存儲(chǔ)容量。

本文我們就結(jié)合這兩款盤(pán)的參數(shù)配置，深入探討下HDD性能和穩(wěn)定性的幾個(gè)關(guān)鍵因素！

1. 可靠性關(guān)鍵指標(biāo)

首先，東芝MG系列是企業(yè)級(jí)HDD，可靠性相對(duì)個(gè)人客戶(hù)或監(jiān)控盤(pán)都有很大的區(qū)別。跟可靠性相關(guān)的主要參數(shù)包括MTBF、UBER（也就是不可修復(fù)錯(cuò)誤率）、年化工作負(fù)載。

(1) MTBF(Mean Time Between Failures，平均無(wú)故障時(shí)間)原理

MTBF是電子產(chǎn)品可靠性的一種基本參數(shù)，在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，產(chǎn)品的總運(yùn)行時(shí)間與故障總次數(shù)之比。它通常用于評(píng)估產(chǎn)品的可靠性水平。

MTBF的原理基于概率統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)，它假設(shè)產(chǎn)品的故障符合指數(shù)分布，即故障率是恒定的。評(píng)估MTBF時(shí)，通常在電子產(chǎn)品“浴盆曲線(xiàn)”中的平穩(wěn)期，是指設(shè)備或系統(tǒng)發(fā)生兩次故障之間的平均時(shí)間，通常以小時(shí)為單位。

AFR（Annual Failure Rate，年化故障率）是指一年內(nèi)設(shè)備故障的概率。它的計(jì)算公式為：AFR=總故障次數(shù)/總工作時(shí)間×100%。

將MTBF和AFR的計(jì)算公式結(jié)合起來(lái)，可以得到它們之間的換算關(guān)系：

AFR=24小時(shí)*365天*1/MTBF×100%

例如，如果一塊硬盤(pán)的MTBF為250萬(wàn)小時(shí)，則它的AFR為：

AFR=24 x 365 x 1/(250萬(wàn)小時(shí)) x 100%≈0.35%，表示每10000塊硬盤(pán)同時(shí)7x24小時(shí)連續(xù)工作平均每年故障35塊。

(2) UBER（Uncorrectable/UnrecoverableBit Error Rate）概念

如果文件損壞，常見(jiàn)可能是發(fā)生了Media Error，這就得先了解下UBER的定義。UBER是指硬盤(pán)在應(yīng)用了所有特定的錯(cuò)誤糾正機(jī)制后依然無(wú)法修復(fù)的每比特讀取的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤數(shù)量占總讀取數(shù)量的比例。

UBER是表征數(shù)據(jù)讀取過(guò)程數(shù)據(jù)出錯(cuò)的概率，企業(yè)級(jí)HDD UBER行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是1E-15，也就是說(shuō)，HDD每讀取114TB的數(shù)據(jù)有可能發(fā)生一個(gè)bit的錯(cuò)誤。在可靠性評(píng)估過(guò)程中，我們還會(huì)使用一個(gè)9's量級(jí)的參數(shù)來(lái)體現(xiàn)耐久性，比如HDD的UBER是1e-15，也就是在讀取10^15bit中，有一個(gè)錯(cuò)誤。以4K扇區(qū)硬盤(pán)為例，換算出10^15bits/（4096bytes*8bits/byte）=3.05E+10, 我們就稱(chēng)這個(gè)是10個(gè)9的耐久性

所以，由于硬件本身的特性，硬盤(pán)雖可靠性頗高，但是不可避免完全不出現(xiàn)錯(cuò)誤，再次提醒大家，重要數(shù)據(jù)要記得數(shù)據(jù)備份。

當(dāng)然，Media Error在企業(yè)級(jí)和消費(fèi)級(jí)使用場(chǎng)景都是非常常見(jiàn)的故障模式，硬盤(pán)會(huì)有大量預(yù)留的空間用于壞塊替換，此時(shí)硬件本身并未出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p傷，也不必看到壞塊出現(xiàn)恐慌，類(lèi)似于硬盤(pán)“偶感風(fēng)寒的小感冒”。

企業(yè)級(jí)分布式存儲(chǔ)，通常采用多副本備份機(jī)制，確保數(shù)據(jù)在多個(gè)位置存儲(chǔ)，從而提高數(shù)據(jù)的可靠性和容錯(cuò)能力。定期進(jìn)行數(shù)據(jù)的一致性校驗(yàn)，通過(guò)checksum校驗(yàn)等方法檢測(cè)數(shù)據(jù)的完整性，并及時(shí)修復(fù)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題。

此外，另外一種方式，是使用RAID卡等硬件設(shè)備，利用RAID技術(shù)提供數(shù)據(jù)冗余，當(dāng)單個(gè)硬盤(pán)出現(xiàn)media error時(shí)，可以通過(guò)RAID的校驗(yàn)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)恢復(fù)。

(3) 工作負(fù)載率限制 (WRL)

工作負(fù)載率限制 (Workload Rate Limit, WRL) 是一種衡量硬盤(pán)工作強(qiáng)度的方法，它可以幫助判斷硬盤(pán)的工作負(fù)載是否在其設(shè)計(jì)參數(shù)范圍內(nèi)。如果工作負(fù)載符合設(shè)計(jì)預(yù)期，則硬盤(pán)的年度失效率 (AFR) 可以保持穩(wěn)定；反之，如果超出預(yù)期，則硬盤(pán)的故障概率會(huì)增加。

不同類(lèi)型的硬盤(pán)具有不同的WRL值：

企業(yè)級(jí)硬盤(pán)：通常設(shè)計(jì)承受每年300TB至550TB的工作負(fù)載。

特殊用途硬盤(pán)（如NAS、歸檔、視頻和監(jiān)控系列）：每年的設(shè)計(jì)工作負(fù)載為180TB。

客戶(hù)端硬盤(pán)（桌面和筆記本電腦硬盤(pán)）：每年的工作負(fù)載限制為55TB。

無(wú)論是在使用的第一個(gè)月內(nèi)達(dá)到WRL還是在一年內(nèi)逐步達(dá)到，只要不超過(guò)WRL，硬盤(pán)的故障率就不會(huì)加速增長(zhǎng)。當(dāng)實(shí)際的年化工作負(fù)載超過(guò)硬盤(pán)的WRL時(shí)，硬盤(pán)的可靠性會(huì)下降，故障率也會(huì)大幅提升。

在評(píng)估硬盤(pán)可靠性時(shí)，還需考慮環(huán)境條件的影響：

如果存儲(chǔ)設(shè)備溫度過(guò)高，即使在WRL范圍內(nèi)運(yùn)行，其故障率也會(huì)比符合制造商規(guī)格的設(shè)備更高。

在振動(dòng)較大的環(huán)境中使用硬盤(pán)（例如，在高度活躍的機(jī)箱內(nèi)）也會(huì)影響硬盤(pán)的性能和可靠性。

講完前面的原理分析，大家再來(lái)看看MG09與視頻監(jiān)控盤(pán)的可靠性對(duì)比數(shù)據(jù)：

MTTF：企業(yè)級(jí)MG09是250萬(wàn)小時(shí)，監(jiān)控級(jí)別盤(pán)是100萬(wàn)小時(shí)，企業(yè)級(jí)是監(jiān)控級(jí)別盤(pán)的2.5倍

UBER：企業(yè)級(jí)MG09是1*10^-15, 監(jiān)控級(jí)別盤(pán)是1*10^-14，相差一個(gè)數(shù)量級(jí)。

年化工作負(fù)載：企業(yè)級(jí)MG09是550TB/年，監(jiān)控級(jí)別盤(pán)是180TB/年。

MG08/MG09可靠性數(shù)據(jù)：

傳統(tǒng)視頻監(jiān)控使用盤(pán)的可靠性數(shù)據(jù)：

從可靠性角度來(lái)看， MG08/MG09 16TB HDD作為是作為數(shù)據(jù)備份很不錯(cuò)的一個(gè)選擇，因?yàn)槭瞧髽I(yè)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，比普通的HDD可靠性要高很多。

2. 性能關(guān)鍵指標(biāo)

談到HDD，性能這塊是不能跟SSD相比了，也不是HDD擅長(zhǎng)的點(diǎn)。我們這個(gè)部分，重點(diǎn)是測(cè)試基本性能跟官網(wǎng)SPEC相比，并討論測(cè)試性能過(guò)程中要關(guān)注的幾個(gè)方面：

(1) 基本性能

首先，看下官方宣稱(chēng)數(shù)據(jù)：

MG08 16T：write buffer寫(xiě)緩存 512MiB，順序最大的性能262MiB/s。

MG09 16T：write buffer寫(xiě)緩存同樣是512MiB，順序最大的性能268MiB/s。

針對(duì)基本性能測(cè)試（512e，F(xiàn)IO測(cè)試配置：QD=16，Write Cache寫(xiě)緩存關(guān)閉）發(fā)現(xiàn)：

128K順序讀寫(xiě)：相比MG08，MG09順序讀寫(xiě)性能均有小幅度的提升

4K隨機(jī)讀寫(xiě)：相比MG08，MG09隨機(jī)讀差異不大，隨機(jī)寫(xiě)部分性能提升很大

(2) Write Cache寫(xiě)緩存影響

寫(xiě)緩存（Write Cache）是一種用于提高硬盤(pán)寫(xiě)入性能的技術(shù)。它的工作原理是將要寫(xiě)入硬盤(pán)的數(shù)據(jù)暫時(shí)存儲(chǔ)在一個(gè)高速緩存中，而不是立即寫(xiě)入到硬盤(pán)的磁盤(pán)表面。數(shù)據(jù)在緩存中可以得到重新排序，以更順序的方式寫(xiě)入到磁盤(pán)表面，這樣做的好處是可以顯著減少硬盤(pán)磁頭移動(dòng)次數(shù)，加快數(shù)據(jù)處理速度。同時(shí)一定程度上也可利用硬盤(pán)空閑時(shí)間來(lái)完成寫(xiě)緩存中的數(shù)據(jù)寫(xiě)入磁盤(pán)的動(dòng)作，以便更快的響應(yīng)主機(jī)的其它指令。

Write Cache打開(kāi)狀態(tài)：

當(dāng)寫(xiě)緩存打開(kāi)時(shí)，數(shù)據(jù)首先被寫(xiě)入到緩存中，隨后再異步地寫(xiě)入到磁盤(pán)。這種方法大大提高了寫(xiě)入性能，因?yàn)榫彺娴乃俣冗h(yuǎn)高于磁盤(pán)寫(xiě)入的速度。

缺點(diǎn)是如果在數(shù)據(jù)完全寫(xiě)入磁盤(pán)之前發(fā)生電源故障，可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。

Write Cache關(guān)閉狀態(tài)：

在寫(xiě)緩存關(guān)閉的情況下，每次寫(xiě)入請(qǐng)求都會(huì)直接寫(xiě)入磁盤(pán)，這保證了數(shù)據(jù)的安全性，因?yàn)榧词拱l(fā)生電源故障，數(shù)據(jù)也不會(huì)丟失。

缺點(diǎn)是寫(xiě)入性能較低，尤其是對(duì)于頻繁的小文件寫(xiě)入操作，每次寫(xiě)入都需要等待磁頭移動(dòng)到位，增加了延遲時(shí)間。

不過(guò)，東芝HDD有個(gè)優(yōu)勢(shì)就是，盤(pán)內(nèi)部采用了Persistent Write Cache Technology（持久寫(xiě)緩存技術(shù)），在寫(xiě)緩存關(guān)閉的情況下也可最大限度的實(shí)現(xiàn)和寫(xiě)緩存打開(kāi)狀態(tài)下相當(dāng)?shù)膶?xiě)入性能。

通常，在測(cè)試過(guò)程中，Write Cache寫(xiě)緩存的打開(kāi)或者關(guān)閉，對(duì)HDD隨機(jī)寫(xiě)性能產(chǎn)生較大影響，如下實(shí)際測(cè)試對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，東芝這兩個(gè)盤(pán)MG08/MG09 Write Cache寫(xiě)緩存的打開(kāi)或者關(guān)閉，對(duì)隨機(jī)寫(xiě)影響很小，說(shuō)明東芝在這部分有相應(yīng)的優(yōu)化，最大限度抹平了關(guān)閉寫(xiě)緩存對(duì)性能的影響。

(3) 測(cè)試范圍對(duì)讀寫(xiě)性能的影響

在使用FIO測(cè)試過(guò)程，通常有一項(xiàng)關(guān)于測(cè)試范圍（--size）的設(shè)置，比如這個(gè)以下fio測(cè)試中size設(shè)置10G，也就是代表在10G范圍進(jìn)行隨機(jī)讀。

[global]
ioengine=libaio    # 使用異步 I/O 引擎
direct=1           # 直接 I/O，繞過(guò)操作系統(tǒng)緩存
numjobs=1          # 并發(fā)任務(wù)數(shù)量
iodepth=16         # I/O 深度
runtime=300        # 測(cè)試運(yùn)行時(shí)間（秒）
time_based         # 基于時(shí)間的測(cè)試
randrepeat=0       # 不重復(fù)隨機(jī)種子
bs=4k#數(shù)據(jù)塊大小
rw=randread        # 隨機(jī)讀操作
size=10G           # 文件大小
filename=/mnt/testfile # 測(cè)試文件路徑
group_reporting    # 以組的形式報(bào)告結(jié)果
name=random_read   # fio測(cè)試名稱(chēng)

在HDD性能測(cè)試中，這個(gè)測(cè)試范圍對(duì)性能也有很大的性能影響，需要重點(diǎn)關(guān)注。根據(jù)實(shí)際測(cè)試對(duì)比數(shù)據(jù)如下：

4K隨機(jī)寫(xiě)（WCD寫(xiě)緩存關(guān)閉）：測(cè)試范圍影響差異不是很大

4K隨機(jī)讀：測(cè)試范圍影響非常明顯，比如MG09全盤(pán)隨機(jī)讀IOPS=170，在10%范圍的隨機(jī)讀IOPS可以達(dá)到306，性能測(cè)試超過(guò)80%。

這個(gè)影響的原理是HDD尋道時(shí)間的影響。HDD 尋道時(shí)間，即磁頭移動(dòng)到正確磁道所需的時(shí)間。

在全盤(pán)范圍內(nèi)進(jìn)行隨機(jī)讀寫(xiě)時(shí)，磁頭需要頻繁地從磁盤(pán)的一端移動(dòng)到另一端，這會(huì)導(dǎo)致較高的尋道時(shí)間。

相比之下，當(dāng)只測(cè)試硬盤(pán)的10%時(shí)，磁頭的移動(dòng)范圍大大減小，這減少了尋道時(shí)間。

(4)4K測(cè)試對(duì)齊的性能影響

當(dāng)前市面主流的硬盤(pán)格式為512e, 即硬盤(pán)的邏輯扇區(qū)大小為512字節(jié)，但物理扇區(qū)大小為4k字節(jié)，如果文件系統(tǒng)或分區(qū)未進(jìn)行4K對(duì)齊，則每次讀寫(xiě)操作可能跨越多個(gè)物理扇區(qū)，導(dǎo)致不必要的額外讀寫(xiě)操作，降低了效率。4K對(duì)齊可以減少硬盤(pán)尋道時(shí)間和等待時(shí)間，從而改善整體響應(yīng)時(shí)間，使系統(tǒng)啟動(dòng)和應(yīng)用程序運(yùn)行更快。

如下實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)分析對(duì)比數(shù)據(jù)顯示：

隨機(jī)寫(xiě)：對(duì)于MG08/MG09兩款盤(pán)，影響基本差不多。非4K對(duì)齊時(shí)，隨機(jī)寫(xiě)性能影響非常大，比如MG09，4K對(duì)齊時(shí)，4K隨機(jī)寫(xiě)IOPS=473，非4K對(duì)齊場(chǎng)景，4K隨機(jī)寫(xiě)IOPS只有258，基本跌了45%

隨機(jī)讀：從MG08/MG09兩款盤(pán)測(cè)試來(lái)看，非4K對(duì)齊對(duì)隨機(jī)讀基本沒(méi)有太大影響

綜上所述，無(wú)論是從可靠性還是性能的角度來(lái)看，MG08和MG09系列硬盤(pán)都是值得信賴(lài)的選擇。