Здравствуйте, уважаемые читатели! В этой статье я помогу Вам разобраться с основными параметрами жёстких дисков, которые следует учитывать при покупке.
По прочтении этой статьи Вы узнаете:
- основные конструктивные характеристики жёстких дисков;
- ключевые параметры, определяющие скорость и надёжность HDD;
- требования к условиям эксплуатации HDD.
В конце статьи я предложу своему читателю конкретные модели жёстких дисков для тех или иных сценариев. Итак...
Вступление
На рынке представлено огромное множество различных моделей разных форм-факторов. Чтобы не превращать статью в научную публикацию я не стану вдаваться в глубокие детали и принципы работы HDD там, где в этом нет необходимости. Если после прочтения статьи у Вас возникнут какие-либо вопросы - обязательно задавайте их в комментариях! Если вопрос простой, постараюсь ответить оперативно, в противном случае напишу отдельную статью. Как говорится, спрос рождает предложение!)
Прежде чем перейти к основным параметрам жёстких дисков, хотел бы попросить подписаться на мой канал - это позволит мне понять, какие темы больше всего интересуют моих читателей, так как в своих ДОобЗОРах я освещаю достаточно широкий спектр вопросов. Итак...
Основные конструктивные характеристики HDD
1. Жёсткие диски бывают двух основных типоразмеров:
3.5 дюйма и 2.5 дюйма. Последние, как правило, используются в ноутбуках и компактных сборках компьютеров. Достоинств, кроме размеров, у них нет никаких. Поэтому, в общем случае смотрим только в сторону 3.5-дюймовых вариантов.
Внешние жёсткие диски можно было бы выделить в отдельных класс, если бы в 90% случаев это не был обычный HDD формата 2.5 дюйма, упакованный в прорезиненный корпус. Далее в статье мы немного затронем этот типа девайсов, однако хочу заметить уже сейчас: внешние жёсткие диски не обладают противоударными свойствами! Любое механическое воздействие негативно влияет на все виды жёстких дисков!
2. Тип записи HDD. Различают CMR (PMR) и SMR диски.
Из-за особенностей конструктива магнитной головки, которая осуществляет запись и чтение информации с магнитного диска, возникает небольшая несостыковка: при записи информации используется более широкая область на диске, чем требуется при чтении. Производители придумали как рационализировать доступный объём магнитной поверхности и предложили способ черепичной записи SMR: после записи некоторого объёма информации головка повторно проходит рядом (с не большим смещением), частично перезаписывая неиспользуемую область (смотрите картинку).
CMR (PRM) - это "прямая" запись на магнитный диск, когда магнитная головка движется последовательно по секторам, как по пластинке патефона, никогда не захватывая кусочек соседнего сектора. Да, такой метод записи позволит уместить несколько меньше информации на жёсткий диск, зато скорость чтения и записи данных всегда самая высокая.
Каждый раз, когда Вы удаляете файл(ы) с диска, а затем записываете на диск новую информацию, либо же просто редактируете уже имеющийся документ, магнитная головка совершит операцию перезаписи. Если диск CMR-типа, всё сведётся к необходимости "прокатиться" над той областью, где происходит перезапись информации. Это очень быстро, так как соседние зоны никак не затрагиваются.
А вот в случае с SMR-записью головка не сможет перезаписать только отдельный сектор, так как она пишет на более широкий участок, т.е. захватывает соседние зоны. Ещё разок взгляните на вот эту картинку:
По этой причине, прежде чем осуществить перезапись необходимой нам информации, остальные участки, которые уже содержат какой-то объём записанных данных, необходимо прочитать, эти данные куда-то сохранить, а уже только потом перезаписать весь затрагиваемый сектор. Долго, не правда ли? Кстати, некогда ушедшая эпоха дефрагментации жёсткого диска как раз предполагала процедуру перераспределения файлов на магнитных дорожках.
Давайте предположим, что на некотором участке HDD у нас записаны файлы А, Б, В, Г, Д, Е:
Теперь пользователь открывает текстовый файл В, редактирует его (добавляет новый текст и картинки), а затем сохраняет. Вполне очевидно, что файл станет больше "весить" и уже не поместится в указанную область на диске. В таком случае, дополнительная информация, которая добавилась в файл, будет записана в конец диска:
И теперь, когда пользователь будет обращаться к файлу, диск сперва прочитает первую часть, затем вторую, и только потом загрузит информацию в оперативную память, предоставив пользователю возможность редактирования и/или просмотра. Так вот дефрагментация позволяет пробежать по всей области диска и пересобрать разные кусочки одного и того же файла рядом.
А теперь представьте, как долго будет проходить этот процесс, если наш диск SMR типа (с черепичной записью). Попутно придётся перезаписать огромное множество информации!
Когда нужно использовать SMR, а когда CMR (PMR)? Всё просто: если Вы часто обращаетесь к данным, постоянно редактируете или удаляете файлы, предпочтительнее будет CMR (PMR). Если сценарий использования HDD больше похож на "один раз записал - много раз прочитал", тогда можно выбрать любой вариант, но SMR будет дешевле, в этом его ключевое достоинство.
Примеры:
- организация библиотеки фильмов на домашнем ПК предполагает единоразовую запись и многократное чтение;
использование диска в видеорегистраторе предполагает цикличную перезапись, то есть тоже допустимо использовать SMR, так как не возникнет необходимости перезаписать (отредактировать) файл, находящийся "в середине" диска.
Если Вы строите домашний сервер, диск типа SMR я рекомендовал бы использовать исключительно под фильмотеку и музыку. В иных случаях будет ощутимое снижение производительности системы (к этому мы ещё вернёмся).
3. Обороты шпинделя.
Тут всё достаточно просто: чем быстрее вращается диск, тем быстрее (как правило) скорость чтения и записи, но диск потребляет больше электроэнергии (как следствие, больше греется) и производит больше шума.
Стандартный подход:
- 5400 об/мин - для мультимедийных задач (хранение фильмов, музыки)
- 7200 об/мин - самая универсальная скорость. Подойдёт как для домашнего ПК, так и для нетребовательного сервера.
- 10000 об/мин и выше - для серверных решений, где требуется очень высокая производительность.
Параметры, определяющие скорость и надёжность HDD
1. Интерфейс жёсткого диска
Вот мы и подобрались к вкусному) На текущий момент актуальны два вида интерфейсов: SATA и SAS. Есть ещё SCSI, но его применение весьма специфично, поэтому не станем его рассматривать в рамках этой статьи.
SAS используется в серверных решениях, так как скорость этого интерфейса составляет до 22.5 Гбит/с. У SAS есть несколько версий:
- SAS-1 до 3.0 Гбит/с (принят в 2004);
- SAS-2 до 6.0 Гбит/с (принят в 2009);
- SAS-3 до 12.0 Гбит/с (принят в 2013);
- SAS-4 до 22.5 Гбит/с (принят в 2017).
SATA же применяется практически повсеместно: от бытовых компьютеров до серверных решений и промышленных видеорегистраторов. Также имеет несколько версий:
- SATA-1 до 1.5Гбит/с (принят в 2003);
- SATA-2 до 3.0 Гбит/с (принят в 2004);
- SATA-3 до 6.0 Гбит/с (принят в 2008).
Жёсткий диск с интерфейсом SATA можно подключить к материнской плате (или контроллеру) с интерфейсом SAS, а вот наоборот нельзя.
Стоит также отметить, что SATA/SAS - это лишь виды интерфейсов, для которых доступны определённые скорости передачи данных. Приобретая диск с интерфейсом SATA-3 надо чётко понимать, что он не выдаст 6Гбит/с ни при каких обстоятельствах!)
Для домашнего использования конечно разумно брать SATA-3, особенно учитывая, что SATA-2 скорее всего уже отсутствует в продаже. Если Вы строите домашний сервер, в большинстве случаев Вам также хватит SATA-3.
2. Объём буфера
Любой диск имеет на своём борту некоторое количество специальной оперативной памяти. По-умолчанию, все операции чтения-записи происходят с использованием этого самого буфера.
Здесь хотелось бы остановиться чуть подробнее и слегка затронуть принцип работы файловой системы. Файловая система - это порядок, определяющий способ организации и хранения файлов. Проще говоря, своего рода "драйвер". Когда мы копируем Файл.exe из диска Disk1 в папку на другом диске (Disk2), на самом деле процесс состоит из следующей последовательности:
- обращение операционной системы к файловой системе с запросом на предоставление данных;
- файловая система обращается к интерфейсу (контроллеру) жёсткого диска;
- считывающая головка последовательно собирает информацию с пластин HDD, накапливая её в буфере (ОЗУ) диска;
- по готовности блоков (зависит от размера файла), эти данные через интерфейс поступают в адрес файловой системы, которая передаёт их в оперативную память операционной системы;
- затем операционная система вновь обращается к файловой системе (вы удивитесь, но на одном и том же компьютере могут использоваться разные файловые системы: NTFS/FAT32/ZFS/BTFRS и т.п.), с запросом на запись данных уже на Disk2;
- файловая система принимает данные из оперативной памяти, связывается с интерфейсом HDD и передаёт данные в буфер;
- начинается процесс записи данных на диск.
Стоит отметить важный момент: как только все данные на этапе записи попадут в буфер, контроллер HDD отрапортует файловой системе, что все данные успешно записаны, хотя на самом деле процесс записи может идти ещё некоторое время. Именно по этой причине при внезапном отключении электроэнергии могут возникнуть битые файлы: операционка думает, что файл был записан, потому что она работает с файловой системой (далее - ФС). А файловая система получила информацию от самого контроллера HDD, что, мол, данные записались.
Для исключения возникновения таких ситуаций существует различное множество решений: от использования ИБП до отключения буфера HDD, тогда все данные будут писаться сразу на диск, и до тех пор, пока они не будут полностью записаны, ФС не сможет отрапортовать о том, что всё ок.
На этом этапе написания статьи я почувствовал, что меня понесло куда-то не туда, хотя на самом деле я считаю эту информацию очень важной и полезной. Сложно выбрать HDD, не понимая до конца как это работает. В любом случае, жду Ваши комментарии на этот счёт!)
Вернёмся к объёму буфера. В общем случае, чем он больше, тем быстрее происходят операции чтения и записи. Если говорить про SMR диски, то объём буфера критически важен для операций перезаписи (когда диск будем сам делать дефрагментацию, ему нужно куда-то временно выкидывать перезаписываемые данные). Стандартным объёмом на текущий момент является 256Мб, чего достаточно в большинстве случаев.
3. Скорость чтения/записи и количество операций в секунду (IOPS)
Возможно, Вы сильно удивитесь, но не только скоростью чтения и записи определяется "крутость" диска. Есть ещё и понятие IOPS - Input/Output Per Second (количество операций ввода/вывода за секунду).
Начиная с этого момента, постараюсь разделять важность информации для тех, кто выбирает диск для компьютера, и для тех, кто планирует использование в серверных решениях.
Для компьютера: можно отбросить в большинстве случаев параметр IOPS и смотреть только на скорость чтения/записи. Действует простое правило: чем больше, тем лучше. Исключением может быть выбор дополнительного жёсткого диска для организации холодного бэкапа - скорость чтения и записи в таком случае не так важна, если Вы никуда не торопитесь))). Большинство современных моделей имеют достаточные скоростные характеристики.
Для сервера: а вот при использовании в серверных сборках очень важно смотреть на параметр IOPS. На самом деле любой файл состоит из некоторого количества блоков данных, что определяется как контроллером HDD, так и файловой системой (об этом подробнее мы поговорим в следующей статье).
Так вот параметр IOPS определяет скорость чтения/записи блоков за единицу времени. Блоки могут быть разных размеров (например, 4Кб или 128Кб), что также будет влиять на параметр IOPS. Многие из Вас видели или пользовались программой CrystalMark:
Так вот здесь и приводятся результаты тестирования диска в разных сценариях: последовательное и случайное чтение/запись разных блоков данных с разной глубиной очереди (об этом также поговорим в следующей статье). А для простоты отображения, полученная информация преобразована в МБ/с.
Для справки: есть Мегабайты в секунду (МБ/с), а есть Мегабиты в секунду (Мбит/с). 1 МБ = 8 Мбит.
Если взять два диска с одинаковыми параметрами чтения/записи, но с разным показателем IOPS, в общем случае скорость доступа к данным будет у того экземпляра, у которого IOPS выше (больше).
4. Время наработки на отказ (MTBF)
Одним из самых важных параметров является время наработки на отказ. Вы ведь планируете хранить на диске данные?) Значит, рассчитываете, что с ним всё будет в порядке. Тут всё очень просто: чем выше это значение, тем лучше, но дороже.
Диски, которые предназначены для "бытового" использования, как правило, имеют время наработки на отказ до 1 000 000 часов. Серверные модели обычно гарантируют от 2 000 000 часов.
Расчёт этого параметра производится методом выборки, когда некоторое количество дисков запускают в работу, а затем подсчитывают общее число отказов. Иными словами, покупая диск с ресурсом 2 000 000 часов не нужно рассчитывать, что он проработает больше 200 лет. Тут речь больше о параметре, который характеризует количество вышедших из строя дисков за некоторый (обычно, гарантийный) период времени, если у Вас хранилище из 1000 HDD. Предлагаю не заморачиваться этими расчетами, а просто выбирать вариант, у которого этот показатель MTBF как можно выше.
P.S. Вообще, все давно уже поняли лукавство с MTFB, поэтому было предложено использовать AFR. Но это тема уже другой статьи)
5. Газовая среда диска
В погоне за увеличением объёмов жёстких дисков, параллельно решая задачи сохранить привычный размер 3.5 дюйма, производители HDD стали прибегать к изменению типа газовой среды. Теперь тот же Seagate предлагает серию Exos, которая наполнена Гелием. Тут есть свои достоинства: повышенные объёмы (до 18Тб), сниженное энергопотребление и акустические шумы. И в целом, имея 5-летнюю гарантию от Seagate можно радоваться и ликовать. Но есть один нюанс: ни один учёный пока ещё не получил Нобелевскую премию в области физики за открытие материала, способного герметично удержать гелий, исключив его утечку. Проще говоря, спустя некоторое количество времени весь гелий внутри объёма HDD будет замещён воздухом, что очень быстро приведёт к выходу диска из строя: именно благодаря гелию удалось снизить зазор между магнитными блинами и увеличить их количество в том же конструктиве. Как только воздух станет основной газовой средой в таком диске, сразу начнётся рост температуры (из-за повышенного сопротивления), что повлечёт за собой необратимые процессы.
Классические воздушные диски не могут конкурировать по ёмкости с гелиевыми, зато и утечки им не страшны. Лично я отдаю предпочтение именно воздушным.
Да, те, кто меняет диски по окончании его гарантийного срока, не получат тут никакого выигрыша. А вот лично я рассчитываю на эксплуатацию моих HDD в домашнем сервере на срок от 7-8 лет. Не хочется задумываться о том, что гелий вытекает из объёма каждую минуту)))
Объём жёстких дисков
Конечно, нельзя не поговорить про объём HDD. Как ни странно, но этот достаточно простой на первый взгляд вопрос таит в себе один нюанс: отбраковка. Да, есть модели дисков, которые являются отбраковкой более старших партий. К сожалению, информации на этот счёт мало, но независимые энтузиасты проводили свои собственные исследования (ищите в Интернете).
Экспериментальным путём было установлено, что жёсткие диски, объём которых не делится на 2 без остатка, являются отбраковкой более старших версий. Так, модели на 3Тб и 5Тб являются отбраковками версий на 4Тб и 6Тб соответственно. Мелькала информация, что и диски на 10Тб тоже бывают отбраковкой. В чём суть?
Дело в том, что в корпусе любого HDD устанавливается несколько магнитных дисков (блинов). В ряде случаев, 1 блин имеет объём 1 Тб (по 500Гб с каждой стороны одного блина). Вполне понятно, что WD HC320 на 8Тб имеет 8 блинов внутри. А вот варианты на 3Тб могут быть отбраковками 4Тб и 6Тб версий (естественно, речь про современные модели HDD).
А может, это всё конспирологическая тема, и на самом деле всё не так, но эта теория заговора мне нравится, поэтому я предпочитаю не покупать диски на 3 и 5 Тб. Слишком много информации по этой теме мной было прочитано.
Условия эксплуатации и ресурс
Итак, мои дорогие читатели, надеюсь у Вас ещё остались силы на десяток абзацев? Уж поверьте, я веду рассказ вполне сдержанно. Если бы мы более подробно останавливались на каждом пункте, это могло бы послужить основанием для выпуска небольшой книги)))
Теперь поговорим про эксплуатацию. Любой жёсткий диск не любит механические воздействия, вибрации, а также повышенные и пониженные температуры (на что обычно забивает 90% пользователей). Теперь по порядку.
В современных дисках добились того, что зазор между парящей магнитной головкой и самим диском составляет не более 2 нм. Если в процессе работы HDD на него действует вибрация, или, не дай Бог, удар, то головка очень быстро начнёт царапать блин, что приведёт к недоступности информации и выходу из строя самого HDD. Соответственно, диск следует крепить надёжно. Если он устанавливается в корзину или стойку, следует учитывать возможность передачи вибрации (она возникает естественным путём при работе любого HDD) от одного диска к другому. В компьютерах обычно используют резиновые демпферы:
Но самым важным условием для безотказной работы HDD является его температурный режим. На просторах интернета можно найти ряд ресурсов, где подробно освещается эта тематика, с учётом опыта больших корпораций, занимающихся хранением данных и имеющим СДХ. Я же ограничусь демонстрацией графика зависимости отказов от температуры:
Из графика видно, что эксплуатация дисков при температурах ниже +15 и выше +40 существенно повышает риск выхода их из строя. Напротив, более комфортными условиями является температурный диапазон +25...+30 градусов.
Так как многие из моих читателей планируют использовать HDD не в режиме 24/7, стоит оговориться, что помимо средней температуры работы важна также скорость её набора. Допустим, у Вас есть HDD, которые используется для бэкапа фотографий и документов. Этот диск лежит на полочке в шкафу, где температура окружающей среды составляет 25 градусов. Когда Вы подключите свой диск к компьютеру (например, через специальный адаптер), диск начнёт быстро нагреваться и спустя минут 15 активного копирования его температура достигнет 35-37 градусов (зависит от конкретной модели HDD). И это будет намного губительнее, чем если бы он был установлен внутрь системника и на него попадал холодный поток воздуха (в этом случае нагрев до 35 градусов занял бы намного больше времени).
В документации большинства производителей HDD можно найти требования к скорости изменения температуры, и как правило это значение установлено на отметке 3-5 градусов / час. Как же достигнуть таких параметров? С помощью радиатора и дополнительного охлаждения. Об этом мы обязательно поговорим в следующей статье (если Вы ещё не подписались - сделайте это прямо сейчас, а то пропустите много интересного!).
Но не стоит забывать, что ресурс жёсткого диска определяется в том числе количеством его включений (запуска шпинделя), а также конечным количеством циклов парковок головки (когда она отъезжает на своё "домашнее" место).
Если Вы планируете использовать HDD в видеорегистраторе или сервере, я бы настоятельно рекомендовал отключать засыпание жёсткого диска (когда головка паркуется, а шпиндель прекращает крутиться, т.е. диск останавливается). В прочем, про настройку работы мы также поговорим уже в следующей статье.
Заключение
Не удалось мне сжать статью до меньшего размера, к сожалению. Ну, как вышло! Мы с Вами выяснили основные параметры, которым следует уделить внимание при выборе жёсткого диска для сервера или домашнего компьютера:
- 3.5 и 2.5 дюймов, в общем случае разумно приобретать 3.5-дюймовые версии;
- SAS/SATA - для большинства задач берём SATA-3 (6 Гбит/с), для производительных серверов - SAS;
- Размер буфера чем больше, тем лучше; ровно, как и скорость чтения/записи. При выборе диска для сервера не забываем про IOPS;
- Скорость шпинделя напрямую влияет на скорость чтения/записи, но высокооборотистые модели сильнее греются и вибрируют, а также больше потребляют электроэнергии. Золотая середина - 7200 оборотов в минуту;
- Если часто записываем/удаляем информацию - берём диск CMR (PMR), если один раз записали и много раз читаем - можно сэкономить и взять SMR (черепичная запись);
- Время наработки на отказ MTBF выбираем как можно большее, и стараемся не покупать гелиевые диски (за исключением, если Вы однозначно понимаете, что Вами нужны именно они).
Теперь про мой выбор HDD.
Раньше в моём домашнем ПК использовался диск st2000dm008 - это хороший уверенный SMR с черепичной записью и высокой скоростью доступа. Сейчас этот диск трудится в моём домашнем сервере, на него идёт запись с камер видеонаблюдения. От HDD в своём ПК я отказался в пользу SSD, так как HDD был самым шумным элементом в системе.
В сервере использую серверные (внезапно!) диски Toshiba MG06ACA800E на 8Тб и HGST WD Ultrastar HC320 (HUS728T8TALE6L4) тоже на 8Тб. На самом деле, на 8Тб заканчивается диапазон воздушных дисков и начинаются гелиевые. А гелиевые я считаю для себя злом, поэтому мой максимум - 8Тб. Тому есть ещё ряд других оснований, о которых также поговорим в рамках следующей статьи.
Если бы я покупал сейчас диск не в сервер, я бы склонялся к WD Blue или Black. Они относительно хорошие и надёжные в диапазоне 2-6Тб. В любом случае, определившись с моделью рекомендую почитать отзывы в интернете, поизучать материал, так сказать. Если Вам важна сохранность ваших данных, не забывайте с умом подходить к выбору жёсткого диска, а также делать бэкап (резервную копию).
На этом, пожалуй, пора завершать статью. Искренне надеюсь, что она Вам понравилась. Не забудьте подписаться на канал, а также предложить в комментариях тему для следующих выпусков! Это был Народный ДОобЗОР, всем пока!)
