西數紅盤「疊瓦門」後,機械硬碟選購避坑指南

2021-02-14 安全牛

一屋不掃,何以掃天下。如果網絡安全專業人士的個人或家庭數據安全都弄不好,如何能保甲方平安?

根據統計機構Trendfocus最新發布的數據,剛剛結束的一季度中,全球機械硬碟(HDD)出貨量環比下滑15%,同比下滑14%。這個數據讓人大跌眼鏡,雖然新冠疫情對電子產品的生產和供應鏈產生重大影響,但是遠程辦公的普及化和常態化對於消費級存儲設備設備來說,應該是有刺激需求作用的,例如主流電商平臺一些高端大容量硬碟不是斷貨就是漲價。

筆者認為,機械硬碟的銷售下滑,更大的可能性是消費者對表現糟糕的「疊瓦技術」用腳投票的結果,而不是新冠疫情的影響。

過去一周,威騰電子2-6TB容量NAS紅盤的「疊瓦門」(在NAS這個用例中不合時宜地引入SMR磁碟技術節省成本,且未向用戶明說,存在虛標嫌疑),引發了全行業甚至全社會的關注,因為2013年來入市的SMR技術已經廣泛滲透到消費級和企業級硬碟產品中,絕非威騰電子一家的問題。

從個人用戶視角,我們只關心三個問題:

·SMR「疊瓦技術」有什麼缺點?

·選購機械硬碟如何避開SMR的「大坑」?

·市場上還有沒有能打的硬碟?

在解答上述問題之前,我們先簡要科普一下何為SMR?為何大家都「談SMR色變」: 

目前市場上銷售的硬碟存儲技術分PMR(CMR)和SMR兩大類,後者是為了增加磁片存儲密度和降低成本的「新技術」——疊瓦式寫入磁紀錄技術(SMR,Shingled Magnetic Recording),又稱為存檔硬碟(冷儲存硬碟)。傳統的磁碟使用PMR技術,各磁軌之間沒有重疊,而SMR技術則利用磁碟寫入磁軌比讀取磁軌更寬的特性,部分重疊寫入磁軌,因此可以將更多磁軌寫入磁碟(增加磁密度)。這意味著與普通驅動器相比,更多的數據可以存儲在磁碟上。

但是天下沒有免費的早餐,SMR的「佔道停車和一分錢掰兩瓣的精打細算」,必然意味著性能、可用性甚至可靠性的損失,採用SMR技術的硬碟不適用於隨機寫IO用例,因為其寫性能比非SMR驅動器慢得多。

事實上,SMR磁碟的寫入行為更像是磁帶機或者DVD刻錄盤,不過讀取跟一般硬碟差不多,屬於WORM device type(一次寫入,多次讀取型)。

因此,不建議將它們用於具有大量隨機寫入工作負載的桌面主力盤或者NAS用例。甚至英國最大的大學太空研究小組UCL穆拉德太空科學實驗室在用採用SMR技術的西數紅盤添加RAID陣列都遇到無法重建和掉盤的問題。 

·驅動器管理型(DM-SMR),對作業系統是不透明的。這意味著ZFS無法「分散」寫入,這是ZFS使用最差的類型,因此儘量避開DM-SMR驅動器。

·主機感知(HA-SMR),旨在使ZFS洞悉SMR流程。

·主機管理的(HM-SMR),不向後兼容,需要ZFS來管理SMR進程。

很顯然,SMR的技術特性完全不適合用來作為臺式機的主力盤或者需要頻繁I/O讀取寫入的場景(例如NAS)。其主要缺點(問題)如下:

·SMR的持續寫入性能要比PMR(CMR)差,不適合大量隨機寫入的工作負載。

·多次亂序寫入後會出現類似SSD的髒盤降速問題,而且目前無解。

·重複寫入時降速嚴重,甚至不到10MB/s。

·同一磁軌重複寫入數據會產生大量壞道,目前無解。

·多次重覆寫入可能會造成磁碟損毀!

·隨機寫入可能會造成原始數據出錯,拷貝出來後跟原始資料MD5比對出錯。

·SMR在RAID重建或其他密集寫入操作期間導致嚴重問題,甚至導致重新同步失敗。 

但是,成本更低,售價更低的SMR硬碟並非一無是處,我們今天的採購建議,主要面向的是臺式機系統盤和活躍存儲盤,也就是需要裝載遊戲或者運行密集多媒體處理任務的主力硬碟或者長期下載或使用頻繁的NAS硬碟(包含RAID陣列),這兩種應用場景中,我們需要儘量避開SMR硬碟。

總之,目前我們採購硬碟面臨一個奇葩的現象,那就是「買新不如買舊」。舊款PMR比新款SMR的好!不管哪一家的SMR硬碟都建議暫時先不要買,手裡有PMR硬碟先用,等PMR硬碟完全停產再說,千萬不要貪便宜買SMR硬碟來當NAS盤或系統盤。

下面進入正題,哪些硬碟是SMR硬碟?

由於廠家存在虛標問題,因此,目前市場上並沒有完全權威的官方清單,以下是安全牛從網絡上收集整理的部分SMR硬碟型號,準確性有待進一步驗證,放出來方便大家參考,如有錯漏請在留言中增補或指正:

酷魚Barracuda 2TB–7,200rpm–SATA6–ST2000DM008

酷魚Barracuda 4TB–5,400rpm–SATA6–ST4000DM004

酷魚Barracuda 8TB–5,400rpm–SATA6–ST8000DM004

Desktop HDD 5TB–5,900rpm–SATA6–ST5000DM000

希捷銀河企業級硬碟Exos 8TB–5900rpm– SATA 6–ST8000AS0003

Archivev2 6TB–5,900rpm–SATA6–ST6000AS0002

Archivev2 8TB–5,900rpm–SATA6–ST8000AS0002

細思極恐的是,酷魚8TB(ST8000DM004)、5TB臺式機硬碟(ST5000DM000)的產品介紹和產品手冊中都未提及SMR。

緩存達到256MB的希捷酷魚硬碟,使用SMR的可能性很大。

https://www.seagate.com/www-content/datasheets/pdfs/3-5-barracudaDS1900-11-1806US-en_US.pdf)

此外Anandtech認為希捷2.5寸的酷魚硬碟也使用了DM-SMR技術(購買移動硬碟的用戶也要留神)。

編號為「WDx0EFAX」的NAS硬碟(其中小寫的x與容量匹配)、緩存容量256MB的藍盤,基本都是採用DM-SMR的產品。

有用戶斷言2.5英寸的西數1TB和2TB藍盤也採用了DM-SMR。

一向「守身如玉」的兩款日立硬碟也被SMR技術攻破,分別是Ultrastar DC HC620 15TB和14TB。

我們針對三種應用場景/訴求推薦三款非SMR的硬碟產品:

·臺式機系統盤:東芝X300 6TB

·臺式機存儲盤:東芝P300 3TB

·NAS存儲盤:希捷酷狼 8TB

最後,關於個人用戶是否有必要採購企業級/氦氣硬碟的問題,我們簡要建議如下:

企業級硬碟性能參數往往更好看,但噪音大,而且往年Backblaze數據中心數據統計顯示企業級硬碟的平均故障率甚至還要略高於消費級硬碟,因此如果沒有特別的需求,個人用戶優先購買消費級硬碟或者NAS專用盤。

至於氦氣硬碟,價格比空氣硬碟貴20%左右,優點是發熱小能耗低,但這點些微的改進對於數據中心來說也許更有價值,至於可靠性方面,氦氣硬碟誕生不到5年,因此還沒有明顯的數據證明氦氣硬碟的壽命或可靠性有肉眼可見的提升。

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