双磁头臂硬盘技术细节:希捷Exos 2X14的十四点问答

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相信有些朋友看到MACH.2的新闻了,昨天我也在群里分享了Seagate比较详细的官方资料。我并没有特别看好双磁头臂HDD,但出于对硬盘技术一直的关注和兴趣,还是决定利用休息时间写点东西,也算一次倒逼自己学习英文资料。本文主要内容整理自《sc702.1-1910us-mach-2-faq》,同时加入自己的理解。

今年3月底我写过一篇《_HDD性能x2没那么简单:双磁头臂硬盘测试分析_》,里面主要讨论了以下几段内容:

双磁头臂提速原理:单盘2个LUN独立工作;

早期性能测试结果:随机写略低、顺序写QD1掉速?

系统设计要点、怎样用效果好?

其中已经提到希捷与微软的合作,关于RAID支持的猜想等。未尽之处会在本文中落实,之前已经讲清楚过的尽量不重复,感兴趣的读者朋友可以点上面链接。

 

1、与传统单磁头臂HDD相比,什么工作负载能显示出(双磁头臂)最好的性能价值?

Exos 2X14针对hyperscale(超大规模,如互联网)工作负载设计,聚焦在低队列深度随机读操作(低QD是为了保持低指令延时),和大传输尺寸顺序操作。其最高性能提升表现在高传输尺寸顺序读/写(128KB或者更大,针对写入队列2+)、随机读(所有传输尺寸)和随机写(128KB块或者更大)。

 

2、什么BenchMark性能测试能显示出双磁头臂良好的价值?

微软Jetstress(针对Exchange邮件服务器)、顺序吞吐测试(模拟备份操作或者流)、随机读IOPS测试(模拟hyperscale和CDN工作负载)等。

扩展阅读:《12万邮箱ESRP测试:Exchange超融合存储设计漫谈》

3、什么类型的应用/方案能显示出双磁头臂良好的价值?

内容分发网络(CDN)、视频流、邮件服务器、备份、Hadoop(HDFS和MapReduce)以及云应用。

4、Exos 2X1在IOPS/TB上对比10K或者15K企业级硬盘如何?

这个问题我自己直接回答吧。首先高转速SAS盘已经基本把市场拱手让给SSD了,7200转NL-HDD存在主要因为容量/价格比。尽管双磁头臂性能可能翻倍,但如果忽略单位容量的成本优势,单纯看IOPS的话与SSD仍然是天壤之别。

5、MACH.2的电源消耗如何?数据中心每个磁盘槽位的典型电源容量需要多少?

 

如上表,单磁头臂HDD的最大操作功耗在10W左右(启动时短时更高),双磁头臂有些情况下能超过13W,功耗提高20-30%。我记得磁头臂伺服电路(包括音圈电机)使用的+5V,Exos 2X14需要5V最大电流大约1.4A,这项数值接近翻了一倍。

主要看用户在意容量/功耗比,还是性能/功耗比了。

 

6、为什么Exos 2X14使用SAS界面并只有单端口?未来双磁头臂HDD会支持双端口SAS用于HA和故障切换场景吗?

首先,ATA协议不支持多LUN的概念;而SCSI(SAS)天生就支持一个Target多个LUN(玩存储阵列的朋友都不陌生了吧)。其次,当前流行的SAS 3.0链路速度为12Gb/s(1.2GB/s),而SATA 6Gb/s(600MB/s)SAS有利于双磁头臂硬盘未来的传输率提高。

希捷表示,当前的电气架构不支持双端口,这是由当前一代SoC导致的设计限制。一旦市场容量能够支持单独开一款SoC,这个是可能加上去的。

7、为什么Exos 2X14只有14TB,而Exos X16已经发布了16TB?

Exos 2X14是一款8碟片HDD,而Exos X16是9碟片。记录密度非常接近的,但当前在双磁头臂组合的时候会有1个碟片的空间惩罚。

我觉得这也是避免互相干扰的安全距离,同时2个磁头臂负责的磁头/盘片数应该也是对等的,即使将来单磁头臂充氦做到10碟,双磁头臂估计仍保持8碟。

8、这款双磁头臂硬盘可以使用软件RAID吗?哪些SAS RAID/HBA卡测试过支持Exos 2X14?

双磁头臂驱动器可以使用软RAID,甚至最少情况下一块盘上的2个LUN也可以配置RAID,但考虑到盘坏的情况,同一块盘上的RAID 1也可能丢数据所以没什么意义。当前没有硬件RAID卡完全支持双磁头臂。

 

如上图,Broadcom也就是原LSI 9400系列SAS HBA P11+版本固件官方支持双磁头臂HDD,9300系列HBA测试并确认兼容多LUN,而MegaRAID卡当前不支持。

MicroChip(冬瓜哥就职那家)也会在近期支持,除了SAS HBA之外,RAID卡的HBA模式也会支持双磁头臂硬盘。

9、当前的Exos 2X14提供4Kn(原生)扇区大小,FastFormat可以把它切换到512e(模拟)吗?

希捷计划未来提供512e配置,当前版本的Exos 2X14不能应用FastFormat,未来会支持。

10、双磁头臂产生振动,以及受振动的影响情况如何?

经过系统调教,一个磁头臂寻道时对另一个的影响已经最小化。硬盘的规格没有改变,包括抗旋转振动(RV)、冲击、噪声干扰等。

扩展阅读:Facebook如何将硬盘性能损失由90%降低到2%》

 

11、如果一个LUN失效了,当发出Test UnitReady指令时磁盘还会报告正常吗?

不会。

12、会有2份缺陷管理列表(defectmanagement list)吗?

是一份整合的缺陷列表,并且能够被2个LUN访问。

13、在未来会有单一卷呈现的双磁头臂驱动器吗?(例如,一块盘自身会在第一磁头臂和第二磁头臂之间负载均衡/优化)

也许是可能吧。这种配置下会有长尾延时的问题,这需要足够大的市场来证明Firmware的研发和复杂性是值得的。

14、SAS/SCSI指令的执行,比如像影响到盘上全部LUN的FORMAT UNIT,看上去会在RAID下导致问题,例如RAID 5。

以上命令应该都是影响到整块双磁头臂硬盘的

这是事实,单一SAS接口和Cache也都是HDD上2个LUN共用的。未来的改进,依赖于像T10这些标准的发展和被接受程度。

参考资料:

https://www.seagate.com/files…

https://www.seagate.com/files…

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