服务器硬盘技术全解析

如果说服务器是网络数据的核心，那么服务器硬盘就是这个核心的数据仓库，所有的软件和数据都存储在这里，因此服务器硬盘对可靠性和稳定性有着非常高的要求。今天，我就带领大家走进服务器硬盘的世界，对服务器硬盘进行一个比较全面的解析，希望各位朋友在看完本文之后，能够加深对服务器硬盘的认识，并对您今后的采购计划提供一些实实在在的帮助。
服务器硬盘与普通硬盘之间的区别
1、更高的稳定性和可靠性
服务器一般需要24*7不停的运行，其硬盘也要24小时不停的运转。因此，服务器硬盘对稳定性和可靠性有着很高的要求。一般来说服务器硬盘主要从以下三个方面来保证其稳定性和可靠性：
1）服务器硬盘采用了S.M.A.R.T技术(自监测、分析和报告技术，这一技术目前在普通硬盘上也普遍采用)，同时各硬盘厂商也会采用各自独有的先进技术来保证其数据的安全性，例如希捷和IBM的DST（驱动器自我检测）和DFT（驱动器健康检测）技术。
2）服务器硬盘一般会采用冗余磁盘阵列(RAID)技术，RAID技术简而言之就是把同样一份数据分别保存在不同的硬盘中，这样当其中一个硬盘发生损坏时就可以从另一个硬盘进行数据恢复了。
3）为了避免意外碰撞，服务器硬盘在抗外力方面都做了特殊处理，一般都能够承受300G到1000G的冲击力。
2、支持热插拔
热插拔(Hot Swap)是服务器支持的一种硬盘安装方式，它可以在服务器不停机的情况下，拔出或插入一块硬盘，操作系统可以自动识别硬盘的改动，例如SCSI硬盘有专门支持热拔插技术的SCA2接口（80-pin），在与SCSI背板配合使用的情况下，就可以轻松实现硬盘的热拔插了。这种技术对于24小时不间断运行的服务器来说，是非常必要的。而普通硬盘一般是不支持热插拔的，在这一点上服务器硬盘和普通硬盘有着较大的差别。
3、更快的硬盘速度
服务器硬盘转速比较快，可以达到每分钟7200转、10000转、15000转甚至更高，而普通硬盘基本上都在10000转以下；另外由于服务器需要进行频繁的读写操作，所以硬盘缓存起的作用也不容忽视，一般服务器硬盘的缓存为8MB、16MB甚至更高，这些都比普通硬盘性能要好。另外在平均访问时间、外部传输率以及内部传输率等参数上也都比普通硬盘更具优势，所以服务器硬盘的总体速度要比普通硬盘高出不少，在每秒的数据传输吞吐量上也要强于普通硬盘。
4、使用SCSI硬盘
多数服务器采用了数据吞吐量大、CPU占有率极低的SCSI硬盘。SCSI硬盘的外部传输率和内部传输率比普通硬盘高出不少，它一般会采用Ultra160 SCSI、Ultra320 SCSI等标准，每秒的数据传输率分别可以达到160MB、320MB，目前主流的SCSI硬盘都采用了Ultra320 SCSI标准。SCSI硬盘必须通过SCSI接口才能使用，有的服务器主板集成了SCSI接口，有的安有专用的SCSI接口卡，一块SCSI接口卡可以接7个SCSI设备，这也是普通硬盘接口所不能比拟的。

目前主流的服务器硬盘
目前，服务器市场上采用的硬盘主要有三种，SATA硬盘、SCSI硬盘以及SAS硬盘，其中SATA硬盘主要应用在低端服务器领域，而SCSI和SAS硬盘则面向中高端服务器。下面我们就SATA、SCSI以及SAS分别作以下介绍：
1、SATA硬盘
SATA(Serial Advanced Technology Attachment)是串行ATA的缩写，目前能够见到的有SATA-1和SATA-2两种标准。SATA是一种完全不同于并行ATA的新型硬盘接口类型，相对于并行ATA来说，它具有非常多的优势。

SATA硬盘与并行ATA硬盘相比，在接口上有着很大的不同

首先，SATA以连续串行的方式传送数据，一次只会传送1位数据。这样能减少SATA接口的针脚数目，使连接电缆数目变少，效率也会更高。实际上，SATA 仅用四支针脚就能完成所有的工作，分别用于连接电缆、连接地线、发送数据和接收数据，同时这样的架构还能降低系统能耗和减小系统复杂性。

硬盘上的SATA接口

其次，SATA的起点更高、发展潜力更大，SATA 1.0定义的数据传输率可达150MB/s，这比并行ATA（即ATA/133）所能达到的133MB/s的最高数据传输率还高，而SATA 2.0的数据传输率将达到300MB/s，最终SATA将实现600MB/s的最高数据传输率。

插入SATA连接线缆的硬盘

SATA -2是在SATA的基础上发展起来的，其主要特征是外部传输率从SATA的1.5Gbps(150MB/sec)进一步提高到了3Gbps(300MB/sec)，此外还包括NCQ(Native Command Queuing，原生命令队列)、端口多路器(Port Multiplier)、交错启动(Staggered Spin-up)等一系列的技术特征。单纯的外部传输率达到3Gbps并不是真正的SATA -2。

主板上的SATA接口

SATA -2的关键技术就是3Gbps的外部传输率和NCQ技术。NCQ技术可以对硬盘的指令执行顺序进行优化，避免像传统硬盘那样机械地按照接收指令的先后顺序移动磁头读写硬盘的不同位置，与此相反，它会在接收到命令之后对其进行排序，排序后的磁头将以高效率的顺序进行寻址，从而避免磁头反复移动带来的损耗，延长硬盘寿命。另外并非所有的SATA硬盘都可以使用NCQ技术，除了硬盘本身要支持 NCQ之外，也要求主板芯片组的SATA控制器支持NCQ。此外，NCQ技术不支持FAT文件系统，只支持NTFS文件系统。
另外，SATA还具备热插拨功能，利用这一功能可以更加方便的组建磁盘阵列。串口的数据线由于只采用了四针结构，因此比并口的安装更加便捷，更有利于缩减机箱内的线缆，有利于散热。

2、SCSI硬盘
SCSI(Small Computer System Interface)是一种专门为小型计算机系统设计的存储单元接口模式，可以对计算机中的多个设备进行动态分工操作，对于系统同时要求的多个任务可以灵活机动的适当分配，动态完成。

硬盘上的SCSI接口

SCSI规范发展到今天，已经是第六代技术了，从刚创建时候的SCSI(8bit)、Wide SCSI(8bit)、Ultra Wide SCSI(8bit/16bit)、Ultra Wide SCSI 2(16bit)、Ultra 160 SCSI(16bit)到今天的Ultra 320 SCSI，速度从1.2MB/s到现在的320MB/s有了质的飞跃。目前主流的SCSI硬盘都采用了Ultra 320 SCSI接口，能提供320MB/s的接口传输速度。由于Ultra 320 SCSI是目前SCSI硬盘的主流接口，因此下面为大家详细介绍一下Ultra 320 SCSI。

主板上的80pin SCSI接口，为孔状插槽

Ultra320 SCSI，也称为Ultra4 SCSI LVD，是比较新型的SCSI接口标准。Ultra320 SCSI是在Ultra160 SCSI的基础之上发展起来的，Ultra160 SCSI的优势得以继续发扬，Ultra160 SCSI的3项关键技术，即双转换时钟控制、循环冗余码校验和域名确认，都得到保留。以前的SCSI接口标准中，SCSI接口支持两种传输模式：异步和同步。Ultra320 SCSI引入了调步传输模式，在这种传输模式中，简化了数据时钟逻辑，使Ultra320 SCSI的高传输速度成为可能。Ultra320 SCSI传输速率可以达到320MB/s。

扩展卡上的SCSI接口

Ultra320 SCSI主要具有以下特点：
1）双倍速率数据传输，数据传输速率比Ultra160 SCSI提高了一倍；
2）分组化的SCSI，支持分组协议；
3）快速仲裁和选择，大大提高了总线的利用率；
4）读写数据流，把数据传输的开销降到最低；
5）流控制，提高了总线的利用率。
SCSI硬盘也有专门支持热拔插技术的SCA2接口(80-pin)，与SCSI背板配合使用，就可以轻松实现硬盘的热拔插。目前在工作组和部门级服务器中，热插拔功能几乎是必备的。
3、SAS硬盘
SAS 是Serial Attached SCSI的缩写，即串行连接SCSI。2001年11月26日，Compaq、IBM、LSI逻辑、Maxtor和Seagate联合宣布成立SAS工作组，其目标是定义一个新的串行点对点的企业级存储设备接口。

SAS工作原理图

SAS是新一代的SCSI技术，和现在流行的Serial ATA(SATA)硬盘相同，都是采用串行技术以获得更高的传输速度，并通过缩短连结线改善内部空间等。SAS是并行SCSI接口之后开发出的全新接口。此接口的设计是为了改善存储系统的效能、可用性和扩充性，提供与串行ATA (Serial ATA，缩写为SATA)硬盘的兼容性。

SAS硬盘上的SAS接口及其控制芯片

SAS技术引入了SAS扩展器，使SAS系统可以连接更多的设备，其中每个扩展器允许连接多个端口，每个端口可以连接SAS设备、主机或其他SAS扩展器。为保护用户投资，SAS规范也兼容了SATA，这使得SAS的背板可以兼容SAS和SATA两类硬盘, 对用户来说，使用不同类型的硬盘时不需要再重新投资。

主板上的SAS接口

串行SCSI是点到点的结构，可以建立磁盘到控制器的直接连接。它具有以下特点：
1）更好的性能：点到点的技术减少了地址冲突以及菊花链连结的减速；可以为每个设备提供专用的信号通路来保证其最大的带宽；全双工方式下的数据操作保证了最有效的数据吞吐量。
2）简便的线缆连结：采用了更细的电缆，搭配更小的连接器。
3）更好的扩展性：可以同时连结更多的磁盘设备，最多可连接16384个磁盘设备。
SAS硬盘与相同转速的SCSI硬盘相比有相同或者更好的性能。串行接口减少了线缆的尺寸，允许更快的传输速度。目前，SAS硬盘传输数据可以达到3.0Gbit/sec，其SAS扩展器多为12端口，未来不久，第二代和第三代的SAS界面将提供6-12Gbps的数据带宽（支持HostRAID），并且会有28或36端口的SAS扩展器出现以适应不同的应用需求。

如何选购服务器硬盘
通过上面的介绍，我们可以清楚的看到SCSI/ SAS硬盘的可靠性要比SATA硬盘高出很多。不过，大家不要忘记SATA硬盘主要是应用于PC机上面的，SATA硬盘的工作强度和服务器SCSI/SAS硬盘的工作强度是不可比拟的。而且由于SCSI/SAS具有CPU占用率低，多任务并发操作效率高，连接设备多，连接距离长等优点。因此，对于服务器硬盘可靠性、扩展性以及性能要求较高的企业，建议采用SCSI/SAS硬盘，并采用最新的Ultra320 SCSI控制器。
不过SCSI/SAS硬盘的价格较贵，同样容量的SCSI/SAS硬盘价格会比SATA硬盘贵80%以上。因此，对于低端的小型服务器应用来说，可以采用最新的SATA硬盘和控制器。SATA硬盘也具备热插拔能力，并且可以在接口上具备很好的可伸缩性，如在机架式服务器中使用SCSI-SATA、FC-SATA转换接口以及SATA端口位增器，使其具有比SCSI/SAS更好的灵活性。
还有一点需要注意，我们在DIY服务器时往往需要在第一时间将多个硬盘做成RAID，而做RAID最好是用多块同一品牌同一型号同一容量的硬盘来做。所以我们在选择服务器硬盘时，如果要购买多块硬盘组成RAID,最好能够选择同一品牌同一型号同一容量的硬盘。
服务器硬盘厂商及其产品推荐
1、希捷
作为世界上最大的硬盘、磁盘和读写磁头制造商，希捷公司一直处于信息世界的中心。希捷能够自行生产包括磁性磁头和旋转式记录媒体在内的几乎所有硬盘主要部件。而希捷硬盘在服务器市场上也一向拥有较大的影响力和很高的市场占有率。
SCSI产品推荐——希捷ST373207LW

希捷 ST373207LW SCSI硬盘

希捷ST373207LW的硬盘容量为73GB，拥有8MB缓存，提供了高达10000转/分的硬盘转速。该硬盘采用了Ultra 320 SCSI接口，其最大数据传输率可达320MBps。此外，ST373207LW还拥有4.7/5.2ms的平均寻道时间以及1,200,000小时的平均无故障运行时间。

SAS产品推荐——富士通 MAV20xxRC

富士通 MAV20xxRC SAS硬盘

这是富士通首款采用Serial Attached SCSI(SAS)规格的硬盘。该产品转速为10000rpm，大小为2.5英寸，平均寻道时间为4ms，拥有8MB缓存，SAS的传送速度在理论值上可达3Gbps，并且其工作时的耗电量仅为4.5W。这款产品可充分运用于数据库服务器、存储阵列、 NAS和SUN系统等高端及关键任务应用环境中。
3、日立
日立环球存储科技公司创立于2003年，它是基于IBM和日立存储科技业务进行战略性整合而创建的。日立环球存储科技提供了一套完整的服务器硬盘产品，其10000和15000RPM系列产品在市场中有着较高的占有率。
SCSI产品推荐——日立146.8GB/10K/U320/80针

日立 146.8GB/10K/U320/80针 SCSI硬盘

该硬盘的容量为146GB，拥有8MB缓存，硬盘转速为10000转/分。该硬盘采用了Ultra 320 SCSI接口，其最大数据传输率为320MBps。此外，ST373207LW还拥有4.9/5.4的平均寻道时间。

SAS产品推荐——日立 Ultrastar 15K147

日立 Ultrastar 15K147 SAS硬盘

该系列产品的平均寻道时间为3.3毫秒，平均潜伏周期2毫秒，硬盘转速为15000rpm，内置16MB容量的缓存，它可以支持多达16，384个连接，该系列提供了36GB、73GB以及147GB三种不同容量的版本，分别使用了2、3、5片玻璃盘片，每种容量都有Ultra320SCSI和2Gb/s FCAL两种接口的型号。这款产品可以应用在关键任务计算环境，比如在线业务处理、高强度数据库查询以及其他多用户应用等方面。

注：服务器硬盘主要技术指标
1、主轴转速
主轴转速是决定硬盘内部传输速度和持续传输速度的第一决定因素。如今服务器硬盘的转速多为7200rpm、10000rpm和15000rpm。从目前的情况来看，10000rpm的SCSI硬盘具有较高的性价比，是目前服务器硬盘的主流，而7200rpm及其以下级别的服务器硬盘正在逐步淡出市场。
2、内部传输率
内部传输率的高低是评价硬盘整体性能的决定性因素。硬盘数据传输率分为内外部传输率和外部传输率，通常称外部传输率为突发数据传输率或接口传输率，指从硬盘的缓存中向外输出数据的速度。而内部传输率也称最大或最小持续传输率，是指硬盘在盘片上读写数据的速度。由于硬盘的内部传输率要小于外部传输率，所以只有内部传输率才可以作为衡量硬盘性能的真正标准。
3、单碟容量
除了对于容量增长的贡献之外，单碟容量的另一个重要意义在于它提升了硬盘的数据传输速度。单碟容量的提高得益于磁道数的增加和磁道内线性磁密度的增加。磁道数的增加对于减少磁头的寻道时间大有好处，因为磁片的半径是固定的，磁道数的增加意味着磁道间距离的缩短，而磁头从一个磁道转移到另一个磁道所需的就位时间就会缩短。这将有助于随机数据传输速度的提高。而磁道内线性磁密度的增长则和硬盘的持续数据传输速度有着直接的联系。磁道内线性密度的增加使得每个磁道内可以存储更多的数据，从而在碟片的每个圆周运动中有更多的数据被从磁头读至硬盘的缓冲区里。
4、平均寻道时间
平均寻道时间是指磁头移动到数据所在磁道所需要的时间，这是衡量硬盘机械性能的重要指标，一般在3ms～13ms之间，建议平均寻道时间大于8ms的SCSI硬盘不要考虑。平均寻道时间和平均潜伏时间(完全由转速决定)一起决定了硬盘磁头找到数据所在簇的时间。该时间直接影响着硬盘的随机数据传输速度。
5、缓存
提高硬盘高速缓存的容量也是一条提高硬盘整体性能的捷径。因为硬盘的内部数据传输速度和外部传输速度不同。因此需要缓存来做一个速度适配器。缓存的大小对于硬盘的持续数据传输速度有着极大的影响。它的容量有8MB、16MB甚至更高，对于视频捕捉、影像编辑等要求大量磁盘输入/输出的工作，大的硬盘缓存是非常理想的选择。

【相关文章】

• “快闪”计划在未来侵占服务器硬盘市场

• 大硬盘与小内存搭配致使系统不能正常安装

【责任编辑：常疆Tel：(010)68576606-8002】