希捷Constellation CS——為“云存儲(Cloud)”定制的企業(yè)級硬盤。最多3張碟片的設(shè)計(jì)，以及輕薄的盤體讓我聯(lián)想起B(yǎng)arracuda桌面產(chǎn)品。

在希捷的資料中，我們看到Constellation CS系列的特點(diǎn)為“容量優(yōu)化的硬盤，設(shè)計(jì)用于大量云存儲”

• 適用于全天候云數(shù)據(jù)中心復(fù)制環(huán)境，存儲價格合理

• 高抗振動性，適用于可靠的企業(yè)級性能

• 使用功耗最低的3.5英寸企業(yè)級硬盤，節(jié)省了大量功耗和冷卻成本

• 高級格式化邏輯塊管理，適用于行業(yè)領(lǐng)先的數(shù)據(jù)完整性

• 容量高達(dá)3TB，具有7200RPM性能。絕不犧牲性能

• 使用希捷快速安全清除技術(shù)的更低LCO，適用于簡單的硬盤再利用或廢棄

• 增加您的云存儲，最高可達(dá)每平方英尺114TB(高記錄密度，筆者注)

• SATA 6Gb/秒接口優(yōu)化了突發(fā)性能

適合的應(yīng)用環(huán)境包括

• 云存儲服務(wù)器

• 云存儲陣列

• 云備份存儲

• 直連式外置存儲設(shè)備 (DAS)

• 網(wǎng)絡(luò)附加存儲設(shè)備 (NAS)

Constellation CS規(guī)格表：除了3TB容量之外，還有1TB和2TB兩個容量點(diǎn)。

即時安全擦除、抗旋轉(zhuǎn)振動

由上表，首先是可選帶有希捷“即時安全擦除(Instant Secure Erase)”功能的型號。即時安全擦除建立在SED(自加密驅(qū)動器)技術(shù)的基礎(chǔ)上，其實(shí)現(xiàn)原理參見下圖：

希捷即時安全擦除過程(如果沒記錯的話，另外幾大硬盤廠商，包括WD/HGST、東芝在內(nèi)也都有類似的技術(shù))

在啟用了自加密技術(shù)之后，存儲在硬盤物理介質(zhì)上的數(shù)據(jù)就是經(jīng)過“加密Key”處理之后的，這一點(diǎn)和SSD驅(qū)動器普遍支持的AES-128和AES-256加密方式差不多。而在需要時可以由主機(jī)端發(fā)出指令，清除并生成一個新的數(shù)據(jù)加密Key，這樣原有的數(shù)據(jù)就無法正常讀出了。

接下來是“抗旋轉(zhuǎn)振動”和“線形隨機(jī)振動”。前者主要是針對RAID磁盤陣列這樣的多硬盤環(huán)境，力圖避免硬盤的振動累加在一起從而影響正常的數(shù)據(jù)讀寫。傳統(tǒng)桌面硬盤在這種情況下可能會有明顯的性能下降，因?yàn)樽x寫數(shù)據(jù)的成功率降低了?？剐D(zhuǎn)振動也是企業(yè)級硬盤區(qū)別消費(fèi)產(chǎn)品的特點(diǎn)之一。

桌面硬盤的MTBF、7*24全天候、PowerChoice

Constellation CS的平均無故障時間(MTBF)為80萬小時，而桌面級硬盤通常也在60～80萬小時之間。不過桌面硬盤一般只推薦每周5*8小時的運(yùn)行時間，而Constellation CS則是7*24小時，也就是365天全年開機(jī)。

應(yīng)該是得益于單碟1TB的Barracuda平臺，Constellation CS的運(yùn)行時功耗只有8.0瓦，閑置功率為5.53瓦。這個數(shù)字可以和后面的Constellation ES進(jìn)行對比。

PowerChoice按需節(jié)能選項(xiàng)，是在硬盤閑置時提供的幾種節(jié)電級別——卸載磁頭、降低轉(zhuǎn)速到4000RPM(應(yīng)該是針對7200轉(zhuǎn)硬盤)、停止旋轉(zhuǎn)和關(guān)閉驅(qū)動電路。筆者在“Nexsan：高密度、類似ZFS的固態(tài)緩存統(tǒng)一存儲?”一文中提到的綠色節(jié)能技術(shù)MAID(大規(guī)模閑置磁盤陣列)，就是通過硬盤廠商PowerChoice之類的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的。

希捷為Constellation CS提供3年有限質(zhì)保和有限的企業(yè)級電話支持。當(dāng)然，如果您是從OEM(如存儲廠商)購買的配件，硬盤廠商應(yīng)該是不直接提供服務(wù)的。

4KB扇區(qū)在企業(yè)級硬盤的應(yīng)用

除了最多3碟片/6磁頭之外，Constellation CS還有一點(diǎn)與Barracuda相同而在Constellation ES系列上沒有出現(xiàn)過，那就是4KB扇區(qū)。硬盤的物理扇區(qū)從512bytes增大到4KB，有助于提高容量利用率，并保證磁記錄密度不斷提高之后的數(shù)據(jù)完整性。

在希捷的技術(shù)文檔《過渡到高級格式化4K扇區(qū)硬盤》中有更多相關(guān)的信息，“2009年12月，經(jīng)過與IDEMA的通力合作，將高級格式化提名作為4K字節(jié)扇區(qū)標(biāo)準(zhǔn)的名稱，并獲得批準(zhǔn)。此外，所有硬盤制造商還承諾，自2011年1月開始，所發(fā)行的臺式機(jī)和筆記本電腦產(chǎn)品的新型硬盤平臺都采用高級格式化扇區(qū)格式。”

“至于為什么IDEMA 2011年1月1日的要求中不包括對OEM客戶出貨和企業(yè)級硬盤，這個其實(shí)也不難理解：部分OEM和企業(yè)級硬盤用戶可能會有前文中提到的“小型離散數(shù)據(jù)寫入”的應(yīng)用需求，而且出現(xiàn)這種情況的幾率相對于常規(guī)桌面應(yīng)用來說要高。用測試軟件舉個典型的例子，就是使用Iometer在沒有硬盤分區(qū)和文件系統(tǒng)的情況下(常用方式)進(jìn)行512字節(jié)數(shù)據(jù)塊隨機(jī)寫這樣的極限性能測試。

這個還讓我們聯(lián)想到固態(tài)硬盤的性能，大部分廠商公布的上萬甚至50,000 IOPS的隨機(jī)寫入性能應(yīng)該都是在4KB對齊情況下的測試結(jié)果，換個測試方法或許就會降低不少。由于閃存介質(zhì)也需要用4KB物理頁面來模擬512字節(jié)的邏輯扇區(qū)，面對小于4K的離散寫入請求很可能也會出現(xiàn)性能下降，SSD固態(tài)驅(qū)動器存在的“寫入放大”現(xiàn)象和4KB扇區(qū)HDD機(jī)械硬盤在原理上是相似的。

對應(yīng)到實(shí)際中，一些企業(yè)級軟件，比如Oracle數(shù)據(jù)庫這樣典型的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，可以使用其自帶的OCFS文件系統(tǒng)，也可以支持直接對磁盤(包括RAID邏輯盤等情況)“裸設(shè)備”進(jìn)行操作，并且比在文件系統(tǒng)上的效率更高。在這類環(huán)境下，高級格式化(4K)硬盤有可能會出現(xiàn)扇區(qū)不對齊、2KB或者更小數(shù)據(jù)塊的隨機(jī)寫入等問題。類似的情況還反映在：Iometer的OLTP(在線交易處理)應(yīng)用測試腳本就包含了2KB、4KB和8KB三種數(shù)據(jù)塊大小。

對于未來4KB扇區(qū)硬盤在企業(yè)級存儲上的應(yīng)用，我們還要考慮和RAID卡/磁盤陣列控制器之間的兼容性。盡管RAID在進(jìn)行條帶化時Stripe分塊大小通常在64KB左右，一般不會小于4KB，但我們還是不能完全排除512字節(jié)模擬扇區(qū)和物理扇區(qū)可能不對齊的問題。根據(jù)筆者截至目前(2010年7月)的了解，這些領(lǐng)域的廠商普遍還沒有在4KB扇區(qū)硬盤的支持上做出過表態(tài)。”

Iometer 4KB隨機(jī)寫測試(無文件系統(tǒng)/全部容量，關(guān)閉寫緩存)

上面的圖表是我在2011年進(jìn)行的測試——這里面想說的是4KB扇區(qū)的希捷Momentus 7200 750GB 2.5英寸筆記本硬盤。它在測試中設(shè)置“4KB對齊”之后的結(jié)果曲線，明顯高于默認(rèn)設(shè)置。筆者曾經(jīng)這樣分析道：

“Momentus 7200 750GB上以默認(rèn)設(shè)置(對齊到邏輯扇區(qū))運(yùn)行4KB隨機(jī)寫測試，就會出現(xiàn)我們以前提到過的“寫入請求不對齊”的情況，增加了硬盤磁介質(zhì)的實(shí)際I/O數(shù)量。而對齊到4KB扇區(qū)之后的寫入，則相當(dāng)于把傳統(tǒng)512byte扇區(qū)硬盤需要完成的8個寫入請求合并成一個，因此性能的提升就在情理之中了。”

除了Constellation CS之外，還有其他廠商的企業(yè)級近線硬盤也采用了4KB扇區(qū)，這將在本文最后的4TB章節(jié)討論。接下來我們看看Constellation ES.3。

Constellation ES.3系列可選SAS和SATA兩種接口，容量點(diǎn)也包括上表中沒有列出的1TB、2TB和3TB。

在SED方面，希捷ES.3除了提供普通的自加密驅(qū)動器之外，還有通過FIPS 140-2認(rèn)證的專門型號。從機(jī)械組件的角度來講，濕度也是影響硬盤工作、存放的一個重要環(huán)境因素。筆者在多年前就曾遇到過因硬盤cost-down(降低成本)省去了內(nèi)置的干燥劑，而導(dǎo)致批量受潮損壞的案例，在這里先不做更多詳細(xì)的討論了。

Constellation ES.3應(yīng)該是第一款達(dá)到128MB緩存的傳統(tǒng)HDD。它的平均無故障時間達(dá)到了140萬小時，質(zhì)保為5年。AFR這項(xiàng)我們將和后面列出的桌面硬盤進(jìn)行對比，不可恢復(fù)讀錯誤比Constellation CS低了一個百分點(diǎn)。ES.3不僅采用原生512字節(jié)扇區(qū)，而且支持520和528byte這些在部分企業(yè)存儲中需要用到的特殊扇區(qū)大小。

由于規(guī)格表中的這一款是6Gb/s SAS的版本，所以提供了雙端口。我們看到4TB的運(yùn)行時功率和閑置功率分別達(dá)到了11.86瓦和7.80瓦(SATA版本由于控制電路簡單，4TB型號運(yùn)行時功率和閑置功率分別為11.27瓦和6.73瓦)，比Constellation CS要高出不少。

Constellation ES.3的最大容量4TB需要使用5張碟片來實(shí)現(xiàn)，就像上一代的Constellation ES.2 3TB那樣。

云存儲時代：Barracuda的逆襲?

最新的單碟1TB希捷Barracuda(ST1000DM003)，我們在最近的評測中使用了幾塊這款硬盤

希捷公布的Barracuda尋道時間和最大持續(xù)傳輸率，比上一頁中列出的Constellation CS和ES.3都要高。這一點(diǎn)可能是企業(yè)級硬盤較為保守的原因?Barracuda的磁頭加載/卸載次數(shù)和最大不可恢復(fù)讀錯誤與Constellation CS相同。桌面硬盤推薦的2400小時開機(jī)時間無法與企業(yè)級產(chǎn)品相比。功耗方面，Barracuda和Constellation CS相差無幾。

希捷Barracuda單碟1TB HD Tach測試截圖

如上圖，單碟1TB希捷Barracuda硬盤的外圈傳輸率確實(shí)達(dá)到了官方宣稱的210MB/s左右(內(nèi)外圈平均也有169.4MB/s)，要知道早在2009年推出的希捷Cheetah 15K.7 3.5英寸15000rpm SAS驅(qū)動器只有204MB/s。由于記錄密度的提高，如今桌面硬盤順序讀取性能進(jìn)步明顯。不過寫入傳輸率曲線(平均也有101.4MB/s)相比之下低了不少，而以前硬盤的讀寫傳輸率大都比較接近(例如下圖)。這一點(diǎn)倒是可以理解，畢竟硬盤寫入和讀取的原理不同，通過磁頭改變介質(zhì)的極性比只是感應(yīng)磁極方向的要求相對高一些。隨著記錄位單元的不斷縮小，為了保證寫入的可靠性犧牲一定的性能還是必要的。

我們還看到，隨機(jī)讀平均訪問時間測得14.1ms，減去7,200轉(zhuǎn)硬盤4.16ms的平均旋轉(zhuǎn)等待時間，隨機(jī)讀平均尋道時間應(yīng)該是9.94ms，比官方資料中的小于8.5ms還是慢了一些，有可能Constellation CS在這方面也差不多。不過相比下面列出的Barracuda XT還是要快了不少。

當(dāng)年筆者測試的希捷Barracuda XT高端桌面硬盤HD Tach截圖

也是在2009年推出的Barracuda XT 2TB，我曾經(jīng)通過測試間接證明它使用了Constellation ES的“企業(yè)級平臺”，也包括后來第二代的Barracuda XT 3TB。后來面對SSD的沖擊，希捷取消了這一產(chǎn)品線，并在2.5英寸筆記本硬盤市場推出Momentus XT混合硬盤。

希捷的技術(shù)人員也確認(rèn)過，Barracuda XT與Constellation ES確實(shí)來自同一平臺。但前者的尋道時間(17.0ms)確比后者(13.1ms)慢了不少，這里面是人為的因素。早些年桌面硬盤就加入了AAM(自動噪聲管理)和相應(yīng)的功耗/發(fā)熱控制技術(shù)，硬盤在工作時帶動盤片的主軸電機(jī)不能降速，但可以通過放慢控制磁頭的音圈電機(jī)來達(dá)到目的。于是就出現(xiàn)了一些桌面硬盤產(chǎn)品的平均訪問時間，在測試中達(dá)不到標(biāo)稱值的情況(因?yàn)槌鰪S默認(rèn)設(shè)置的原因，許多產(chǎn)品又不容易修改)。

單碟1TB希捷Barracuda拆解照片

盡管從這個角度看不到碟片的數(shù)量。但盤片上那個半弧形的保護(hù)板，正是出現(xiàn)在Constellation CS上而Constellation ES家族所沒有的。總之，希捷原來是基于企業(yè)級硬盤平臺打造高端桌面產(chǎn)品;而現(xiàn)在則利用相對高容量密度、廉價和低功耗的最新桌面硬盤技術(shù)，添加一些企業(yè)級特性(應(yīng)該主要是在固件上)推出定位針對性更強(qiáng)、細(xì)分企業(yè)級市場的產(chǎn)品系列。這就是云存儲時代的改變吧?

同為4TB，接口和扇區(qū)大小不盡相同

最后，我們再來簡單看看硬盤市場上所占份額較大的另外2個品牌西數(shù)和HGST(日立環(huán)球存儲，盡管已經(jīng)被WD收購，但仍保留獨(dú)立品牌和產(chǎn)品線)，他們的近線企業(yè)級硬盤在規(guī)格上有哪些差別。

被西部數(shù)據(jù)收購的HGST(日立環(huán)球存儲)Ultrastar 7K4000系列，7200轉(zhuǎn)最大容量4TB

Ultrastar 7K4000只提供SATA接口而沒有SAS的版本，也就是說適用于存儲服務(wù)器、單控制器磁盤陣列(也包括云存儲?)等不需要雙端口的場合。“512e”就是用4KB物理扇區(qū)來模擬512字節(jié)的邏輯扇區(qū)。我們看到它的60萬次磁頭加載/卸載周期比兩款源自同一桌面平臺的希捷Barracuda和Constellation CS高了一倍，Constellation ES應(yīng)該也處于同一水平。7*24小時可用性和5年質(zhì)保都是傳統(tǒng)企業(yè)級硬盤提供的。至于200萬小時的MTBF，這個“數(shù)字”是結(jié)合公式計(jì)算出來的，大家不用太認(rèn)真。

西數(shù)最新的WD RE企業(yè)級近線硬盤，同樣是7200轉(zhuǎn)最大容量4TB

WD RE系列中分為SAS和SATA兩種接口的型號，上圖中的規(guī)格簡表是SAS的版本。從這份公開的資料我們只能看到用戶扇區(qū)數(shù)(可計(jì)算出邏輯扇區(qū)大小)，而無法確定物理扇區(qū)是512字節(jié)還是 4KB?它的磁頭加載/卸載周期也達(dá)到了60萬次，擁有140萬小時平均無故障時間和5年保修。不可恢復(fù)讀錯誤實(shí)際上與希捷Constellation ES.3(1/10E15)在同一水平的基礎(chǔ)上，這里有點(diǎn)像玩數(shù)字游戲了。

功耗方面，西數(shù)列出的工作模式比較全，我們知道硬盤隨機(jī)讀寫時的耗電是最大的，因?yàn)榇蓬^一直在不停地尋道。可以看出希捷和WD/HGST在該領(lǐng)域的技術(shù)總體上處于同一水平，硬盤也早已是個成熟的產(chǎn)業(yè)了。而在高轉(zhuǎn)速企業(yè)級硬盤和新領(lǐng)域——固態(tài)混合硬盤等方面，希捷則往往起步較早并保持一定的領(lǐng)先。

關(guān)于4TB等大容量企業(yè)級硬盤引發(fā)的另一個問題——可靠性，我們將在不久之后的評測文章中討論。

zhaohang

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