存儲極客

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在發布了《存儲極客：這些硬盤參數你都懂嗎？（上）-從案例引發的討論》和《存儲極客：這些硬盤參數你都懂嗎？（下）-監控選型與系統設計》兩篇之后，我們收到了來自一些視頻專業廠商朋友的反饋，其中有很多值得與大家分享的信息。

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監控硬盤的前生今世

關于桌面硬盤、企業級近線硬盤（NL-SAS/SATA）和監控硬盤的差別，我們在前文中已經講得很詳細，這里再換一個角度來看看。

“監控硬盤是希捷和西數為視頻監控定制的，典型的寫多讀少，一般讀寫比例為10:1。假設將讀寫比例變成1:1，則壞盤速度非常快。（企業級近線硬盤和監控盤的抗振能力）是不一樣的，用的RV Sensor和算法都不一樣。”

——浙江宇視科技有限公司 數據中心產品部總工 許鐘聲

這個與監控硬盤的設計思想和定位有關，按照我的理解，是在桌面硬盤的基礎上盡量少增加硬件成本的情況下，對固件進行優化，使之在視頻監控應用中能夠有更好的表現，包括平均無故障時間和抗振能力等。

多年前，希捷只有一款專門定位于視頻應用的SV35，就是今天監控硬盤的前身。當時我還曾與硬盤廠商的朋友開玩笑說：“它與桌面硬盤的區別就是寫緩存算法吧？”

實際上可能不止于此，我們先來看看官方是怎么說的？

監控優化固件以提升耐用性：

● ATA串流指令支持流暢的視頻錄制和回放，支持從多視頻流錄制更高分辨率的視頻并可以盡可能減少掉幀

● 指令完成時間更短，可以提升硬盤吞吐量，支持更多的攝像頭、更高的分辨率

● 節能模式可以全面減少功耗和發熱

● 可以在更高的溫度下運行，獨特的監控搜索配置文件可將發熱降至***

● 噪聲更低，運行更加安靜

● 為快速寫入而優化的數據高速緩存，支持更多的攝像頭且不影響吞吐量和性能

大存儲容量：

● 存儲容量足以應對全天候運行和多攝像頭應用

● 支持高分辨率視頻和存檔的監控錄像

物理設計改進：

● 平衡馬達可以將硬盤造成的振動降至***并且可以降低噪音

● 耐用的硬盤元件可以保證寫入優化和全天候運行模式下的可靠性

監控存儲應用的特點就是流式寫入，I/O數據塊較大，但不代表就是完全的順序寫入，因為還要考慮多路監控并發寫入帶來的影響。監控硬盤的***特點應該是緩存針對寫入做***優化，一旦出現異常斷電，丟失個幾MB或者幾十MB數據對視頻監控系統來說沒有多大影響。

也就是說，這種硬盤不需要為傳統服務器工作負載而考慮；而企業級近線硬盤，需要能適應多種應用場景，會盡可能地保證數據一致性。以前在RAID環境中有專門的緩存保護技術，像數據庫等關鍵應用通常建議關閉硬盤上的寫緩存。

在上一篇中，我們提到了“希捷在***一代Enterprise Capacity 8TB型號上內置了2MB NOR閃存，用于掉電時備份寫緩存數據，因此可以打開WCE（Write Cache Enable）提升隨機寫性能。”這是企業級硬盤為兼顧性能和掉電保護做出的一種改良。

HGST***的大容量企業級近線充氦硬盤，支持2種寫緩存保護機制。除了在SAS接口版本上提供非易失性的NVC Quick Cache之外，還有另一種技術Media Cache——“開辟一小部分磁道作為將隨機寫I/O變成順序寫入的緩沖區”。

此外還有一個“Rebuild助手”模式。舉例來說，在多塊硬盤配置RAID+熱備盤的情況下，如果故障盤只是某個磁頭失效，那么在重建的過程中，其它碟面上的數據就可以從故障盤直接拷貝到熱備盤，以減少對整個RAID組中其它硬盤增加的I/O開銷，加快Rebuild過程同時減少二次故障風險。據了解，希捷現在也具備類似的技術，該功能需要配合RAID卡/控制器來實現。

監控硬盤顯然不愿這樣提高成本，加大DRAM寫緩存的使用可以減少磁頭寫操作的次數，在同等硬件條件達到了一定的延長壽命的效果。但事物總是一分為二的，這種優化相應地就會削弱硬盤原本的讀緩存，所以如果超出傳統監控使用范圍，讀操作比例增大就會導致壞盤率提高。

所以，監控硬盤的應用場景是限定的，而企業級近線硬盤可勝任更廣泛的用途。像噪音更低，實現方式就是降低轉速和尋道速度，而性能則是“夠用就好”的原則。至于物理設計改進，監控盤使用的組件比企業級近線硬盤還是要降低一個等級的。

傳統RAID限制及應變之道

這里再引用一段許先生給我們的反饋：

“不是監控盤的RAID硬盤個數小于等于16個，即使用企業盤一般單陣列內推薦的硬盤數量也不超過16個（實際不超過15個左右），除了你說的共振之外，最主要的是性能，單RAID陣列從3-15塊硬盤遞增，性能也是遞增的，但是超過十五塊盤，性能會開始下降。一般的做法是24盤位陣列：11+12+1，性能***。”

許先生是監控存儲方面的專家，考慮問題以及推薦的一般做法，都是以監控用途為出發點。除了性能之外，傳統RAID組中磁盤數量越多，Rebuild時要讀取的數據量也是成正比的（前面介紹的硬盤快速Rebuild技術目前應用還不普及），出現第2、3壞盤的概率也會增大。

我的另一位朋友楊小雷也曾在微博里面提到，在RAID卡固定條帶大小的情況下，參與硬盤數量越多Rebuild速度也會越慢。

因此在RAID卡和一些設計比較傳統的磁盤陣列上，硬盤數多了之后一般需要人為分成多個RAID組，在操作系統的卷管理器層面，再根據需要“拼”或者條帶化成邏輯卷。在今天看來這樣不是太方便，并且對規劃人員也會有要求。那么如果我們在底層不愿意分成多個RAID組，解決之道就是寬條帶化。

如上圖，左邊的“傳統存儲系統”基于磁盤做RAID，當RAID上的LUN映射給某個前端主機時，它的性能會受限于該RAID組的磁盤數量。而像以戴爾SC（Compellent）等為代表的存儲系統，先將磁盤切割為數據塊（粒度細化的可達到512KB-4MB），然后在這些數據塊/頁面之間做RAID。也有人后來給寬條帶化RAID起了RAID 1.5、RAID2.0… 的叫法。

由于底層虛擬化打散的原因，寬條帶化RAID可以在更大的存儲池上，保持理想的數據/冗余校驗位比例，比如RAID 5 4+1和RAID 6 8+2等。這樣單個LUN就能享受到整個磁盤池的性能，同時還不用面對傳統RAID組磁盤數量過多所帶來的問題。

寬條帶化比傳統RAID更加智能，而這只是先進的企業級存儲系統相對于使用RAID卡或者軟RAID搭建廉價存儲服務器的優勢之一。盡管許多監控存儲在成本控制上要求較高，但是“高投入、高回報”的道理仍然適用。除了存儲操作系統、硬盤選擇之外，一款設計優秀的雙控制器陣列還在更多方面保障設備的可靠性和可用性，包括我們前文談過的共振考慮，以及冗余模塊化組件無單點故障等。

相關內容導讀

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《高密度盤柜難點：評戴爾SCv2080結構設計》

《戴爾SCv2000：入門級陣列硬件設計功力》

存儲極客 | 這些硬盤參數你都懂得嗎？

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