張 粵

傳統(tǒng)的硬盤主要由一個或數(shù)個圓形的帶磁性的盤片及若干個磁頭組成。盤片高速旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)速最高可達(dá)每分鐘15000轉(zhuǎn)。磁頭讀取盤片上的磁性信號。傳統(tǒng)的硬盤中有兩個馬達(dá),盤片的旋轉(zhuǎn)需要盤片馬達(dá)帶動,磁頭的移動需要尋道馬達(dá)帶動。在一次隨機的數(shù)據(jù)訪問過程中,硬盤首先要驅(qū)動磁頭移動到數(shù)據(jù)所在的磁道上,然后等待磁盤旋轉(zhuǎn)將該磁道數(shù)據(jù)送到磁頭的位置。這種機械結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了傳統(tǒng)硬盤存在兩個缺陷,即能耗高和讀寫性能低。

如果有一種硬盤,可以比目前的機械硬盤處理更多的讀寫請求,而且消耗電力更少那該有多好。固態(tài)硬盤(Solid State Disk,SSD)應(yīng)運而生。

杜絕機械動作減少電耗

傳統(tǒng)硬盤是靠馬達(dá)帶動盤片做高速旋轉(zhuǎn),然后用磁頭讀取盤片上的磁性信號。馬達(dá)需要消耗很多電力。服務(wù)器級別的硬盤的轉(zhuǎn)速可以達(dá)到每分鐘15000轉(zhuǎn)。FC硬盤在工作狀態(tài)下的功耗可以達(dá)到17W~20W,待機功率也超過12W。而SSD內(nèi)部只是芯片,功耗比較小。目前,典型的SSD工作狀態(tài)下的功耗是2W左右,待機功耗小于0.1W。

一個磁盤陣列上往往會有幾十甚至上百塊硬盤在運轉(zhuǎn),如果全部采用SSD,節(jié)約的電量非?？捎^。以配備100塊FC硬盤的陣列為例,其功耗范圍為3000W~3500W,而采用SSD后,不僅硬盤本身的功耗能降低1500W,陣列的風(fēng)扇、電源轉(zhuǎn)換損耗等也會隨之下降,最終使得整體功耗至少下降2000W。

減少突發(fā)功率降低電耗

只有當(dāng)盤片旋轉(zhuǎn)速度達(dá)到特定值時,傳統(tǒng)硬盤才能正常工作。如果處于待機狀態(tài)的傳統(tǒng)硬盤要切換到工作狀態(tài),就必須進(jìn)行電機加速,這時硬盤的最大輸入電流會達(dá)到正常工作狀態(tài)的3倍,而且持續(xù)時間比較長,約需要30秒。也就是說,硬盤需要等待30秒,才能進(jìn)行正常的讀寫操作。

另外,當(dāng)磁頭需要移動到盤片的指定區(qū)域讀寫數(shù)據(jù)時,磁頭臂也需要進(jìn)行移動,這個動作的時間雖然很短,只有幾毫秒,但是需要的電流非常大,通常為硬盤正常工作時電流的兩倍以上。特別是在組成RAID組的磁盤陣列中,一次主機讀寫就會觸發(fā)RAID組中多個硬盤同時移動磁頭臂,累加在一起的電流非常大。如果系統(tǒng)處理不好,這樣的大電流可能會導(dǎo)致電源輸出的電壓下降,從而引起系統(tǒng)復(fù)位。要解決這個問題,就要加大電源的設(shè)計容量,因此會帶來額外的開銷,也會消耗更多材料。

SSD硬盤不會出現(xiàn)突發(fā)大電流的情況,啟動電流與工作電流基本一致。因此,使用SSD的陣列,電源不必做額外的功率設(shè)計,還能減少材料的消耗。SSD從待機狀態(tài)切換到工作狀態(tài)所需的時間很短,因而可以更頻繁地將SSD切換到待機狀態(tài),從而節(jié)約更多的電能。

讀寫性能提高數(shù)十倍

硬盤在進(jìn)行隨機讀寫時需要把磁頭不斷地移來移去,導(dǎo)致效率低下?，F(xiàn)在最快的機械硬盤的磁頭平均移動時間是5ms,也就是說1秒鐘內(nèi)磁頭最多移動200次,即最多處理200個隨機讀寫請求。

SSD沒有磁頭,省去了機械操作的時間。SSD要做的只是計算一下數(shù)據(jù)存放在哪塊Flash芯片的哪個位置,然后再對該位置進(jìn)行讀寫。目前,典型的SSD每秒最多可進(jìn)行16000次隨機讀寫,是傳統(tǒng)硬盤的80倍。一般來說,在高隨機讀寫的使用環(huán)境下,1個SSD可以當(dāng)30個傳統(tǒng)硬盤來使用。網(wǎng)站服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和文件服務(wù)器對隨機讀寫的性能要求很高,SSD可以更好地滿足上述應(yīng)用需求。

SSD與機械硬盤雙劍合璧

SSD有什么不足之處呢?主要是價格問題。由于Flash芯片的價格居高不下,導(dǎo)致SSD的價格是傳統(tǒng)硬盤的幾倍甚至幾十倍。目前,SSD主要應(yīng)用于小容量、高隨機讀寫需求的場合。

SSD性能好、能耗低,但是價格比較高。機械硬盤雖然性能低、能耗高,但是容量大,價格也很便宜。用戶可以將兩者結(jié)合起來使用,實現(xiàn)高性能和低成本的完美結(jié)合。例如,對于數(shù)據(jù)庫應(yīng)用來說,一般可分為表索引區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū),表索引區(qū)的訪問頻率很高,而數(shù)據(jù)區(qū)相對低得多。用戶可以把表索引區(qū)劃分給SSD,數(shù)據(jù)區(qū)劃分給機械硬盤,從而實現(xiàn)更佳的性價比與能效比。

華為賽門鐵克公司的S5000系列產(chǎn)品可以支持SSD與機械硬盤的混合使用,充分滿足高性能、大容量的需求,在節(jié)能降耗的同時,更好地保護(hù)用戶的初期投資。