漫談素材存儲與管理(二):教你如何選擇機械硬碟

這是一篇很長很長的技術類文章，分成了幾期來呈現給各位。旨在向大家介紹素材存儲與管理的一些基本概念，分析各種存儲方案的利弊，教會大家如何規避可能遇到的問題，並尋求能有一個高效、安全的素材管理方法。我的重點傾向於「為什麼要這麼做」，而不是「這麼做就行了」。

本文的內容，主要面向獨立影像工作者以及小型影像工作室。如果您正準備為一家大型影視公司尋求存儲解決方案，文章中的內容並不算適用。

這是系列文章的第二期。在上一期內容中，遠徵為大家介紹了素材存儲與管理的一些基本概念，並且經過分析和討論，認為機械硬碟是最符合我們需求的存儲介質。機械硬碟的型號繁多，各類技術也讓人眼花繚亂。本期內容為大家介紹如何選擇對應我們需求的硬碟，篇幅也是系列文章中最長的一篇，單獨拿出來做一期教程都是合適的。

正文開始。

選硬碟的初級套路

       

硬碟的安全性和保存時長不如光碟和磁帶，磁碟廠商通常給出的質保時間為3至5年，使用壽命約為5-10年。這也就意味著，我們也許希望自己的數據保存儘量長的時間，但硬碟終究還是一件消耗品。如何做到讓我們的選擇物盡其用，是我們選擇硬碟時最需要考慮的。

機械硬碟的品牌如今已經非常固定，希捷、威騰電子、東芝、HGST。這個品牌排名不分先後，各自都是具有豐富產品線的大廠，對各自產品系列的定位也大致相同。品牌也都因為多年來難免出現的一些負面事件產生了一定的口碑影響。在這篇文章裡，我傾向於對它們一視同仁，但出於產品的市場佔有率，我一般會用希捷和西數的產品圖片來舉例。

我們在選硬碟的時候，會看到硬碟廠商對自己的產品有著用途上的分類。比如NAS盤、監控盤、企業盤等等。以最大的兩個廠商威騰電子與希捷為例。西數紅盤與希捷酷狼的定位是NAS盤，西數紫盤與希捷酷鷹的定位是監控盤，而西數金盤與希捷EXOS則是定位於企業盤。

集齊五種顏色不知道能不能召喚神龍

我們先來看一下普通的桌面級硬碟，它們的定位比較均衡，讀寫性能一般，連續讀寫速度大概能到110MB/S左右，使用壽命滿足普通家用的日常需求。特點就是沒有什麼特點，很普通，價格比較便宜，適合大部分的家庭用戶。比較典型的代表產品是希捷的酷魚系列和西數的藍盤和綠盤。綠盤如今經過西數的內部調整，已經沒有這個系列了，或者可以說大部分的綠盤都被直接換了顏色，變成藍盤（有點雞賊）。因為某項新技術的普及，遠徵不再建議大家在預算十分緊張之外的情況下購買普通盤，具體原因後面會提到。

比如這貨就是個換皮綠盤

NAS盤針對7*24小時的工作負載專門進行了優化，我們可以理解為它相比桌面盤有更長的使用壽命。讀寫性能與普通盤持平或者佔優。針對NAS等磁碟陣列的工作環境，NAS盤設計了低震動、低溫度、抗磕碰等特點，錯誤率更低，當然價格也貴一些。同時，為了實現這些特點，NAS盤的轉速不能太快，一些大容量的NAS盤轉速就只有5400rpm，低於部分普通盤型號。NAS盤通常會更加穩定，更加安全，但讀寫性能未必比普通盤有多大優勢。

NAS的工作環境需要針對性地去優化

監控盤也是為7*24小時的長時間工作來設計的，顧名思義，它被設計用於存儲監控系統裡面的流媒體數據，因此對連續寫入有專門的優化。也正是為了長時間的連續寫入，監控盤在錯誤校驗上有一個限時機制。如果寫入時出現了數據錯誤，其他定位的硬碟可能會進行校驗糾錯，或者卡在錯誤的地方。監控盤如果在很短的時間內修復不了這個錯誤，就會支持監控設備發來的指令，忽略這個錯誤並繼續進行寫入。忽略這個錯誤需要設備發出專門的指令，但我們的電腦和NAS等桌面級存儲設備其實都不會發出這個指令，所以不必因為這個問題而直接放棄選用監控盤。

但是吧，我們最終還是可能會因為其他原因放棄掉它。

希捷酷鷹監控盤

真正讓我們需要對監控盤謹慎選擇的原因是，它針對連續寫入做了優化，但同時也有著屎一般的隨機讀寫性能，基本上都是比普通盤還要弱的。這也代表著它在我們的存儲方案裡，只適合做存放冷數據的倉庫盤，無法勝任插在電腦或存儲設備裡日常工作的需要。廠商也是直接在產品介紹中寫明了「非桌面使用」。

企業級硬碟通常有著相對最高的數據安全性、最長的使用壽命和最強的性能，當然也帶來了相對更高的價格。企業盤運行穩定，錯誤率相對最低，擁有更完善的電路設計來確保穩定運行，真正的企業盤更是帶有電源管理這類功能，是很多數據中心和預算充足的用戶的首選。

西數企業盤的雙級驅動技術

那麼對於這些按用途分類的硬碟，從性能和安全性角度考慮，我們在這裡可以做出一個選擇優先級的結論：企業盤>NAS盤>普通盤>監控盤。

看完了硬碟的各個系列產品，我們來看一下機械硬碟目前主要使用的技術，或者說賣點。

過去的這兩年，可能是機械硬碟技術革新最為頻繁，也更加混亂的時代。受到固態硬碟帶來的持續衝擊，機械硬碟急需除了價格之外的優勢來和固態硬碟分庭抗禮，來延緩和避免被技術革新而淘汰的命運，最主要的攻堅點就在於性能和容量。

充氦技術就是比較典型的新技術之一。硬碟廠商們用氦氣替代普通空氣密封在硬碟中，帶來了更大的容量，更高的性能，更低的溫度，運行起來也更穩定了。目前的各大硬碟廠商都已經推出了充氦硬碟，主要用於8TB以上大容量硬碟。

氦氣密封技術由HGST率先推出

威騰電子與希捷已經給它們的大容量企業級充氦硬碟標出250萬小時的平均無故障運行時間。充氦硬碟能達到200MB/S以上甚至300MB/S的連續讀寫速度。這個速度是機械硬碟中頂級的存在，能夠允許我們可以較為流暢地在硬碟中回看高碼率素材，備份素材的效率也更高。

各大硬碟廠商們從未停止過技術的創新。有些技術是非常實用，能夠切實帶來提升的，比如前面提到的充氦技術。而另一些技術，則是為了降低成本用的，這樣的技術往往會讓硬碟在性能和安全性上都開倒車，為了我們的存儲安全，我們要儘量避免買到採用這類技術的硬碟。

首先還是要賺錢的

沒錯，SMR技術，我說的就是你。

蛋疼的SMR硬碟
這部分內容比較硬核，我儘量簡明易懂地為大家展現出來。
機械硬碟是一種磁碟，用磁體來存儲數據，靠磁頭在盤上的一條條磁軌道中尋找對應的磁體來讀取數據。
因為一塊硬碟的空間是有限的，最大也就3.5寸，同樣的物理空間裡想要更大的容量，就要增加存儲密度。存儲密度到了一定程度的時候，再高就容易讓磁體之間互相干擾，影響數據安全。既然密度很難提上去，那麼就需要往硬碟裡塞更多的碟片來增加容量。可是，碟片多了會造成更大的震動和更高的發熱，磁頭離碟片的距離是非常非常小的，一個震動就可能在碟片上產生不可修復的物理壞道，影響硬碟的數據安全和使用壽命。

過多的碟片會產生很多需要解決的問題

機械硬碟容量的核心矛盾，就來自於廣大人民群眾日益增長的存儲空間需求，與越來越難搞的記錄技術之間的矛盾。怎樣在儘可能少的碟片數量上，做到儘可能高的存儲密度，是硬碟廠商們重點研究的問題之一。而且，目前主流的PMR垂直存儲記錄技術，存儲密度已經接近物理極限，很難再有更高的突破。必須開發新的記錄技術。

硬碟容量越大，磁軌排列就越緊密

SMR就是硬碟廠商在近年裡推出的，一種新的記錄技術，中文名疊瓦式記錄。它讓碟片上的磁軌道不再肩並肩排列了，而是可以重疊一部分，存儲密度因此就被增大。它的好處是存儲密度高了，片盤數量就少，可以做得很薄，也很便宜。它的代價就是容易丟數據，並且極難恢復。而且在多次讀寫數據後，性能表現會變得很差。說起來，數據不安全，硬碟肚子再大也沒有什麼卵用。

SMR技術下的磁軌空間，磁軌疊在了一起

為什麼會這樣呢？當我們拿到一塊新的SMR盤，它的性能表現跟其他盤不會有很大區別。但是，一旦我們要在已經有大量數據的SMR盤上再寫入數據，因為它的磁軌道是互相重疊的，而且硬碟的磁頭分為讀取磁頭和寫入磁頭，寫入磁頭要比讀取磁頭更大。因此寫入新數據就不得不覆蓋掉相鄰軌道上面的老數據。

為了保留這些老數據，它就必須先在硬碟緩存裡記錄下這個區域裡面已有的數據，寫完新數據以後，再把老數據從緩存中拿出來，放到別的地方。

說起來，硬碟的緩存容量也是有限的，如果我們要寫入的數據非常多，緩存不夠放了怎麼辦？

還能怎麼辦嘛，只好一邊把緩存裡面的老數據挪到新的地方，騰出緩存空間，再把沒放完的老數據再放到緩存裡，緩存滿了繼續先挪地方，一直挪一直爽……你問這個時候我要寫入的新數據呢？SMR盤說了，老數據還沒整完呢，你這新來的先等等啊~~~這也就造成了有時候寫入新數據的速度可能會跌到10~20MB/s，甚至10MB/s以下的情況。各位回憶一下，這種速度表現，是不是似曾相識呢?

這個老數據轉移並重新寫入的過程聽上去就很蛋疼，也是SMR硬碟不穩定的一大因素。比如在重新寫入之前家裡突然停電了，那緩存裡的數據可是會直接丟失，再也找不回來。

數據恢復貴得很也難得很

SMR作為一種出現沒幾年的新技術，真的不太成熟。除了記錄原理的天生缺陷外，SMR的副作用也讓這類機械硬碟得到了更高的故障率，以及屎一般的隨機讀寫與覆蓋讀寫性能，數據恢復的難度也更大。它的記錄原理有些類似於固態硬碟，然而繼承的全是固態硬碟的缺點。複雜的機制讓它難以面對斷電這類意外，遭遇斷電，SMR硬碟帶來的結果可能會是出現無法修復的掉盤故障。

說了一堆SMR盤的不足，那麼它有沒有好處呢?

這個，當然是有的。如果我們只是用SMR盤做單次素材寫入，寫滿了就不再去動這些數據，放在一旁做倉庫盤用，那便不會怎麼接觸到SMR盤的這些缺陷。此時，SMR盤體積小，價格低的優勢反倒顯露了出來。只是大部分用戶買機械硬碟，並不單單是為了一個當倉庫盤的需求，SMR技術的普及程度也遠遠不止那些設計用途是倉庫盤的型號。多數普通用戶看到容量合適，轉速也高也許就直接買來用了，使用體驗不好的時候才會疑惑，這也是SMR技術普及比較惡臭的地方。因此，選用怎樣的硬碟還是要根據我們的需求來看，並不是一味否定，也不是無腦選用的。

選硬碟的進階套路
如果我們用機械硬碟不僅僅是做一個單次寫入的數據倉庫，而是要重複使用、經常讀取、甚至偶爾還要直接在機械盤上剪剪片，那麼選擇更加成熟的，採用CMR或PMR技術的硬碟才是更加合適的選擇，讀寫性能還是安全性都會更好。可能若干年後，SMR技術日趨成熟，有更多的機制能讓它穩定一些。但是當前，2019年，PMR和CMR也還沒有全面被SMR取代，最高端的機械硬碟型號甚至有望用上HAMR或MAMR。所以，為了匹配我們的數據安全和性能需求，我們需要把這些硬碟區分清楚。
那麼，我們看到的這些硬碟，哪些用了SMR？哪些用了PMR或CMR呢？去硬碟技術參數頁面查看嗎？廠商早就想到了，他們做SMR盤省了不少成本，但可不會明確告訴你我用這技術省了成本。
而且，遺憾的是，越來越多的機械硬碟型號開始應用了尚未成熟完善的SMR技術，我們在市面上能找到的PMR和CMR硬碟正在變少。尤其是2.5英寸筆記本機械硬碟市場，幾乎全面淪陷，只有少量1TB和500GB的型號沒有採用SMR技術。

2.5寸硬碟快被SMR技術全面攻佔了

既然如此，我們只好自己來分辨了。基於前面提到的SMR技術的原理，SMR硬碟需要的緩存往往更大，所以我們可以看硬碟的緩存容量。臺式機SMR硬碟的緩存容量通常在128~256MB，甚至更高。如果是這樣的硬碟，本身容量沒有超過6TB，又不小於2TB，大概率是SMR硬碟。
企業盤型號中，甚少採用SMR技術，所以如果你買企業盤，對於SMR的問題基本上是可以放心的。
價格便宜也是SMR硬碟的一大特點，如果你看到了一款容量大，價格卻比其他型號更低的機械硬碟，輔以看緩存容量的方式，基本上就能確定它是一塊SMR硬碟。說了這麼多，其實也都是一些常見的規則。最穩妥的方式當然是知道一塊硬碟最細緻的參數信息來判斷。幸運的是，已經有熱心的老師想辦法弄到了這些數據，並整理成了一個自建的機械硬碟資料庫表格來為我們查閱，並且還經常更新，這就很牛逼了。
在此，向為我們建立這個資料庫的Chiphell大神jerrytsao致敬。這個資料庫是對外分享的，我已經在公眾號設置了自動回復。想要這個資料庫表格，在本公眾號發送「jerrytsao牛逼」（不含引號）即可獲得地址。關於機械硬碟，還有一些要說的
1、需要注意：雖然許多硬碟已被設計為能夠勝任7*24小時開機通電的工作負載，卻並不意味著它們也完全適應保持長時間斷電的冷數據存放工作。硬碟既有精密機械結構，也有集成電路和磁碟。為了避免出現故障，硬碟應在密閉、常溫、乾燥的環境下儲存。也需要時常給硬碟通一下電來維持機械結構與電子元件的正常運行。
2、可能會有些朋友會去看一個叫BackBlaze的數據中心放出的硬碟故障率數據來進行硬碟選擇時的參考。

個人認為這個數據的參考價值有限，首先是他們選用的硬碟型號和數量都不太相同，型號覆蓋也不全面。並且，他們經常會用一些普通盤來做數據中心這種高負載的工作，用途不合適，故障率也自然上來。並且，機械硬碟的故障率有時也和使用方法和批次有關。因此遠徵的建議是，這個數據可以看，但不要盲目地去看。

 

本期想要講的內容就是這些了。在下一期我們會重點討論各類存儲方案的用途和利弊，在可能會有的再下一期，我們會繼續討論素材管理時的一些好習慣和常用軟體。

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