海量存儲的精彩 日立3TB硬碟深度評測


海量存儲的精彩 日立3TB硬碟深度評測

2021-01-11 IT168

【IT168 評測中心】隨著技術的發展,硬碟的傳輸速度與容量在不斷增加。速度方面,SSD固態硬碟的出現顛覆了傳統硬碟作爲系統瓶頸的地位,而在容量方面,隨著技術的革新,越來越大容量的產品不斷出現。繼2TB硬碟出現之後,3TB硬碟的消息也逐漸明朗。最近,我們就收到了一款來自日立送測的3TB容量3.5英寸SATA硬碟,它的型號爲HDS723030ALA640。

HDS723030ALA640硬碟

  HDS723030ALA640硬碟是一款容量爲3TB的產品,轉速爲7200rpm,單碟容量爲600GB,接口速度爲6Gbps,緩存容量爲64MB。

6Gbps的傳輸速度標識非常明顯

  在進行測試之前,我們先來看一下本次我們爲HDS723030ALA640所搭建的測試平台:

產品名稱日立HDS723030ALA640測試平台平台類型至強E3-1275處理器處理器子系統處理器型號Intel Xeon E3-1275處理器架構Intel 32nm Sandy Bridge代號Sandy Bridge處理器封裝Socket 1155 LGA核心/線程數量4/8主頻3.4GHz 處理器指令集

MMX,SSE,SSE2,SSE3,
SSE4.1,SSE4.2,EM64T,VT-x,AES

外部總線2×QPI
2933MHz的
6.40GT /秒
單向12.8GB/s(QPI)
雙向25.6GB/s(QPI)L1 Code Cache4× 32KB 8路集合關聯L1 Data Cache4× 32KB 4路集合關聯L2 Cache4× 256KB 8路集合關聯L3 Cache8MB 16路集合關聯伺服器主板主板型號Intel DP67BG主板晶片組Intel P67北橋晶片特性2×QPI
VT-d第2代內存子系統內存控制器每CPU集成雙通道R-ECC DDR3 1333內存類型2GB R-ECC DDR3 1333 SDRAM ×4條存儲子系統磁碟控制器Intel ICH10R SATA AHCI Controller磁碟控制器規格4x SATA 3Gb/s+2x SATA 6Gb/s
AHCI w / NCQ
RAID 0/1/10控制器驅動Intel Matrix Storage Manager 8.8.0.1009硬碟型號數量Seagate
梭子魚7200.12
ST3250318AS硬碟規格7200RPM
500GB
SATA 3Gb /秒
NCQ
16MB緩存網絡連通性網卡控制器Intel 82576EB Dual Port Gigabit Network Controller網卡驅動Intel PRO Set 15.8.76.0軟體環境作業系統Microsoft Windows 7 Ultimate x64

  本次我們爲這款平台搭配的是Windows 7作業系統。對於硬碟測試來說,我們可以選擇兩種方式:一種是將其作爲系統盤直接使用,但是這樣由於系統軟體的干擾,會對我們的測試成績造成一定的降低;另外一種是我們將其作爲從盤附著在一個系統之下,這樣可以更好的看出其性能。另外,針對6Gbps傳輸速度的特性,我們爲HDS723030ALA640搭配的是原生的P67晶片組,這樣可以更好的體現出它的接口速度優勢。

  Long long ago,在PC技術還處於初步發展的時候,IBM和微軟爲磁碟制定了一些規範,一直延用到今天,比如磁碟扇區大小爲512byte,三十年後的今天再回頭看看,這些巨頭肯定是沒預料到PC技術日新月異,發展的實在是太快了,完全超越了他們當時的「高瞻遠矚」。

  初遇8.4GB極限

硬碟示意圖

  最初,人們採用柱面數(Cylinders)、磁頭數(Heads)和扇區數(Sectors)的方式對磁碟進行尋址,也就是CHS(Cylinder/Head/Sector)尋址,這三個參數能唯一確定磁碟上的數據區域。CHS採用的是24bit數據操作方式,其中柱面數爲8bit數據,磁頭數爲10bit,扇區數爲6bit,每個扇區的大小爲512byte,因此從理論上講,當時磁碟容量的極限爲:

28 * 210 * 26 * 512字節= 8589 MB = 8.4 GB

  很顯然,計劃趕不上變化,磁碟容量一直在突破中,業界開始放棄古老的CHS尋址模式,採用了新的LBA(Logical Block Addressing)邏輯塊尋址模式。

  再遇137GB極限

  在LBA模式中,地址不再表示實際磁碟的實際物理地址(柱面、磁頭和扇區),LBA編址方式將CHS三維尋址方式轉變爲一維的線性尋址,系統效率得到大大提高,在訪問磁碟時,由磁碟控制器再將這種邏輯地址轉換爲實際磁碟的物理地址。

  開始時,LBA的尋址數據只有28bit,比CHS模式的24bit提高有限:

228 * 512字節= 137438 MB = 137 GB

  137GB的極限問題很多人可能還記憶猶新,幾年前當160GB磁碟潮湧而來時,不少玩家發現他們的主板不能識別新的磁碟,或者只能使用137GB的容量。當然解決的辦法也很簡單,提升LBA的尋址數據空間。

  新的2.1TB極限

  Technical Committee T13(T13技術委員會,ATA存儲設備規範協議制訂組織)爲了解決28bit LBA尋址模式的限制,對於ATA/ATAPI-6標準進行了一些修改,通過48bit LBA來支持更多的扇區,但是古老的MBR(Main Bootable Record,主引導記錄)只能是32bit的,因此即使是48bit LBA,其最大能尋址的磁碟容量也只能達到2.1TB:

232 * 512字節= 2199023 MB = 2.19 TB

  雖然在目前來說,大多數人的磁碟容量還沒有超過2TB,但是3TB的磁碟卻已面世。

  3TB是一件難事

  歷史悠久的512byte扇區大小非常之根深蒂固,像磁碟控制晶片、BIOS和作業系統等方面都是以此爲基礎的,雖然希捷等廠商有推出4KB扇區的磁碟,但還是非主流,真正在作業系統中應用時還是模擬成512byte才能得以應用的。

  同樣歷史悠久的MBR,讓尋址寄存器定格在32bit,傳統的LBA模式只得再求新變,採用一個新的LBA模式是一個很好的解決途徑,也就是Long LBA,它增加了CDB(命令描述塊)的字節數。

  CDB是用於磁碟和主機間進行通訊的數據格式,其中包含了LBA信息以便磁碟可以知道所要尋址的扇區位置。一個標準的CDB由10個字節組成,其中4位元組將用於LBA信息。對於Long LBA來說CDB的字節數增加到了16或32位,其中可以容量8個字節的LBA信息,也就是扇區尋址空間達到64bit,理論上可以支持磁碟容量達到9000EB(1EB=106TB)。

  Long LBA需要作業系統支持才行,目前Windows 7/Vista 64位系統和部分linux和Mac OS X可以支持這種模式,但Windows XP不行,像3TB磁碟僅能顯示990MB。

  Long LBA只是個權宜之計,只能在作業系統中當作非系統盤使用,還不能用來安裝、引導作業系統,因爲目前的主板BIOS基本上是基於MBR的,2.1TB是MBR的極限。

  GPT分區表,繞過MBR

  MBR先天不足,如果將一塊超過2TB的磁碟設置爲啓動盤的話,依照現有的BIOS架構規範是無法啓動的,使得我們不得不拋棄它,轉投到全新的分區表GPT懷抱中。

  首先要了解一下GUID(Globally Unique Identifier,全球唯一標識符),它通過特定算法產生的一個128bit的數字,在空間上和時間上具有唯一性,保證同一時間不同地方產生的數字不同,在公元3400年以前產生的GUID與任何其他產生過的GUID都不相同。

全球唯一標識符

  正因爲GUID的唯一性得以廣泛應用,而基於GUID的分區表就是GPT(GUID Partition Table)。GPT是作爲Extensible Firmware Interface(EFI)計劃的一部分引入的,相對於以往PC普遍使用的主引導記錄MBR方案,GPT提供了更加靈活的磁碟分區機制。

  理論上,GPT磁碟在長度上最大可達264個邏輯塊,也就是和前面Long LBA一樣的,整個磁碟容量可以達到9000EB,當然實際上最大分區(磁碟)容量受作業系統版本的影響。

  Windows XP和Windows Server 2003的原始版本中,每個物理磁碟的最大容量爲2TB,包括所有分區。對於Windows Server 2003 SP1/Windows XP x64版本和以後的版本,支持的最大原始分區爲18EB(NTFS文件系統目前的限制爲每個256TB)。

  另外,GPT分區基本沒什麼限制,不過Windows系統最多只支持128個分區,而MBR最多只能支持4個主分區。

  目前,除了32位的Windows XP/NT/2000和Windows 95/98不能對GPT磁碟進行數據操作外(只能查看Protective MBR),其它較新的Windows系統都能良好支持GPT磁碟,並且可以和MBR傳統磁碟混用。

  但是,需要使用GPT磁碟作啓動盤的話,傳統的主板BIOS(基於MBR)是不支持GPT磁碟的,需要支持UEFI的主板才能正確識別和使用GPT磁碟。

  正如我們剛才所說的,通過使用GUID分區表(GPT),我們可以將3TB硬碟作爲數據盤使用。這需要採用最新的UEFI主板,同時作業系統也要對應的更新爲x64或者最新的Windows 7才行。在這樣的狀態下,我們使用HD Tach RW測試軟體測試HDS723030ALA640傳輸速率的快慢。

32M深度測試

  由於HDS723030ALA640硬碟宣布採用的是6Gbps接口,所以測試中我們也使用的是P67晶片組的原生產品。從結果來看,讀取144MB/s與寫入104MB/s的速度還算是不錯,這個成績比我們日常應用的3Gbps SATA硬碟提升了大約50%以上。

  HD Tach等工具可以測試出磁碟傳輸速率曲線,然而無法衡量出他們有多「快」,這裡常用的指標是IOps,每秒操作數。可以這樣理解:系統向硬碟發出一個塊讀取或者寫入的命令,而硬碟完成這個命令返回,就叫做完成了一個IO。IOps就可以衡量硬碟實際幹活的快慢。

  我們仍然使用了Iometer來獲得其IOps參數大小,這個參數可以代表一個磁碟子系統在單位時間內可以完成多少操作。有些時候,連續傳輸速率很快的硬碟其IOps卻不高,這表明其實際上幹不了太多的活。

連續讀寫IOps性能測試
連續讀寫Mbps性能測試

  HDS723030ALA640硬碟在IOMeter的測試中成績也很突出,IOps項目下的讀取速度爲15000IOps,寫入速度爲11000 IOps。這個成績相比3Gbps的產品來說提升了很多,一般情況下3Gbps這兩項的數值均不足10000 IOps。

  讀寫MBps方面,測試結果與之前的HD Tach結果類似,性能要比HD Tach的結果略好一些,但是總體水平兩者是一致的。

  【IT168 評測中心】最近幾天的硬碟行業似乎並不太平。與本次我們測試的產品相關,西部數據在近期收購了日立的硬碟內容。而就在這之後的幾天內,行業巨頭希捷也宣布收購了三星的硬碟業務。至此,硬碟行業的競爭格局更爲明朗化了,形成了西部數據與希捷分庭抗禮的局面。雖然這其中依然有其他廠商的存在(比如富士通和國產的易拓),但是西數與希捷均已形成了不可撼動的地位。

日立HDS723030ALA640硬碟

  回到我們本次我們測試的日立HDS723030ALA640硬碟上來。這款產品標稱的傳輸速度爲6Gbps,經過我們的測試它在性能上的確相比以往的3Gbps產品有了明顯的提升,提升幅度在50%以上。在目前已經面世的幾款3TB產品中,日立HDS723030ALA640應該說是一款兼顧性能與可靠性的產品,7200rpm轉速與64MB緩存對於性能起到了很大的幫助。我們認爲,日立HDS723030ALA640對於大容量硬碟愛好者來說是一個非常不錯的選擇,特別適合存儲應用。