作 者： 陈志红、海纳

转载自：赛迪网技术天地

对于服务器而言（不管是PC服务器，还是UNIX服务器），单纯地提高单个处理器的运算能力和处理能力正在变得越来越难，虽然许多制造商从材料、工艺和设计等方面进行了不懈的努力，近期内仍然使得CPU保持着高速的增长势态，但高频之下的高功耗所引起的电池容量问题和散热问题等负面效应，以及这些负面效应对整机系统产生的电磁兼容性问题，又反过来将CPU运算能力的提升推到了暮年。显然，提高单个处理器速度和性能已是强弩之末，而研发多个 CPU的并行处理技术，才是真正提高现代服务器处理能力和运算速度的有效途径。这也正是多处理器服务器不仅是UNIX服务器的专利，而且也是已经在PC服务器中普遍采用的原因。目前，业界比较关注的并行处理技术主要有SMP技术、MPP技术、COMA技术、集群技术和NUMA技术等。

　　1．SMP技术
　　SMP（对称多处理—Symmetrical MultiProcessing）技术是相对非对称多处理技术而言的、应用十分广泛的并行技术。在这种架构中，多个处理器运行操作系统的单一复本，并共享内存和一台计算机的其他资源。所有的处理器都可以平等地访问内存、I/O和外部中断。

　　在非对称多处理系统中，任务和资源由不同处理器进行管理，有的CPU只处理I/O，有的CPU只处理操作系统的提交任务，显然非对称多处理系统是不能实现负载均衡的。在对称多处理系统中，系统资源被系统中所有CPU共享，工作负载能够均匀地分配到所有可用处理器之上。

　　目前，大多数SMP系统的CPU是通过共享系统总线来存取数据，实现对称多处理的。如某些RISC服务器厂商使用Crossbar或Switch方式连接多个CPU，虽然性能和可扩展性优于Intel架构，但SMP的扩展性仍有限。

　　在SMP系统中增加更多处理器的难点是系统不得不消耗资源来支持处理器抢占内存，以及内存同步两个主要问题。抢占内存是指当多个处理器共同访问内存中的数据时，它们并不能同时去读写数据，虽然一个CPU正读一段数据时，其他CPU可以读这段数据，但当一个CPU正在修改某段数据时，该 CPU将会锁定这段数据，其他CPU要操作这段数据就必须等待。

　　显然，CPU越多，这样的等待问题就越严重，系统性能不仅无法提升，甚至下降。为了尽可能地增加更多的CPU，现在的SMP系统基本上都采用增大服务器Cache容量的方法来减少抢占内存问题，因为Cache是CPU的“本地内存”，它与CPU之间的数据交换速度远远高于内存总线速度。又由于Cache支持不共享，这样就不会出现多个CPU抢占同一段内存资源的问题了，许多数据操作就可以在CPU内置的Cache或CPU外置的 Cache中顺利完成。

　　然而，Cache的作用虽然解决了SMP系统中的抢占内存问题，但又引起了另一个较难解决的所谓“内存同步”问题。在SMP系统中，各CPU通过Cache访问内存数据时，要求系统必须经常保持内存中的数据与Cache中的数据一致，若Cache的内容更新了，内存中的内容也应该相应更新，否则就会影响系统数据的一致性。由于每次更新都需要占用CPU，还要锁定内存中被更新的字段，而且更新频率过高又必然影响系统性能，更新间隔过长也有可能导致因交叉读写而引起数据错误，因此，SMP的更新算法十分重要。目前的SMP系统多采用侦听算法来保证CPU Cache中的数据与内存保持一致。Cache越大，抢占内存再现的概率就越小，同时由于Cache的数据传输速度高，Cache的增大还提高了CPU的运算效率，但系统保持内存同步的难度也很大。

　　在硬件方面，SMP可以在UltraSPARC、SPARCserver、Alpha以及PowerPC架构上实现，也可以利用包括486以上所有Intel芯片来实现。

　　2．集群技术
　　集群（Cluster）技术是近几年兴起的发展高性能计算机的一项技术。它是一组相互独立的计算机，利用高速通信网络组成一个单一的计算机系统，并以单一系统的模式加以管理。其出发点是提供高可靠性、可扩充性和抗灾难性。一个集群包含多台拥有共享数据存储空间的服务器，各服务器通过内部局域网相互通信。当一台服务器发生故障时，它所运行的应用程序将由其他服务器自动接管。在大多数模式下，集群中所有的计算机拥有一个共同的名称，集群内的任一系统上运行的服务都可被所有的网络客户使用。采用集群系统通常是为了提高系统的稳定性和网络中心的数据处理能力及服务能力。

　　常见集群技术有：

　　（1）服务器镜像技术

　　（2）应用程序错误接管集群技术

　　错误接管集群技术是将建立在同一个网络里的两台或多台服务器通过集群技术连接起来，集群节点中的每台服务器各自运行不同的应用，具有自己的广播地址，对前端用户提供服务，同时每台服务器又监测其他服务器的运行状态，为指定服务器提供热备份服务。

　　错误接管集群技术通常需要共享外部存储设备—磁盘阵列柜，两台或多台服务器通过SCSI电缆或光纤与磁盘阵列柜相连，数据都存放在磁盘阵列柜上。这种集群系统中通常是两个节点互为备份的，而不是几台服务器同时为一台服务器备份，集群系统中的节点通过串口、共享磁盘分区或内部网络来互相监测对方的心跳。

　　错误接管集群技术经常用在数据库服务器、MAIL服务器等的集群中。这种集群技术由于采用共享存储设备，所以增加了外设费用。它最多可以实现32台机器的集群，极大地提高了系统的可用性及可扩展性。目前在提高系统的可用性方面用得比较广泛的是应用程序错误接管技术，即我们通常所采用的双机通过SCSI电缆共享磁盘阵列的集群技术。

　　（3）容错集群技术

　　容错集群技术的一个典型的应用即容错机，在容错机中，每一个部件都具有冗余设计。容错集群技术的实现往往需要特殊的软硬件设计，因此成本很高，但是容错系统最大限度地提高了系统的可用性，是财政、金融和安全部门的最佳选择。

　　3．NUMA技术
　　现今的64位UNIX并行计算服务器可分为两类：分布式共享存储结构（DSM）和集群系统。非均匀存储访问（NUMA）是一种并行模型，属于DSM这一类。NUMA的物理内存分布在不同节点上，在一个处理器存取远程节点的数据，比存取同一点的局部数据“路径”远一些，时间长一些，所以是非均匀存储访问。

　　对称多处理也是一种共享存储器的多处理机结构。它的单一寻址空间、简单的编程方式、操作方便是其容易普及的主要原因。大规模并行处理（MPP）属于集群系统这一类体系结构，它的优势是可扩展性好，但需要并行编程和并行编译，使用不便。NUMA系统把SMP与集群的优势结合在一起，它既有SMP的可编程性，又具有集群的可扩展性。实际上，这一“优势的结合”实为一种折衷，其中关键是寻求结合的途径并确定结合点。

　　NUMA3系统架构的由来
　　NUMA（非均匀存储器存取结构-Non Uniform Memory Access Architecture）是在八十年代后期作为斯坦福大学的一个研究项目诞生的。1995年，SGI与斯坦福大学DASH项目组一起设计出了第一代 NUMA系统；1996年，SGI推出了第二代NUMA系统，该系统的处理器数目可以从32个一直扩展到512个，并且系统带宽可随处理器数目增加而线性扩展；为了进一步扩展NUMA架构的功能和提高灵活性，SGI在2000年秋季推出了第三代NUMA系统，简称NUMA3系统。新系统可以使系统的计算能力、内存容量、外存容量、图形性能及联网能力独立地扩展，NUMA3系统具有多功能性、模块化、灵活性等三大特点。用户可以根据需要量体裁衣地配置系统，因而投资可以得到充分保护。

　　第三代NUMA系统采用不同的功能模块（Brick）构成，这些模块比第二代NUMA机的模块小，功能更专一、更具可扩展性，而且尺寸标准化，这就进一步增加了系统的灵活性。

　　在第三代NUMA服务器中，采用性能更好的交叉开关Bedrock，所有的处理器和存储器通过Bedrock连接在一起。这些处理器、存储器和交叉开关的结合组成了称为NUMAlink的互联结构。另外，在第三代NUMA服务器中采用了更先进的路由芯片，通过使用特殊的光缆提供具有高带宽和极低延迟的互联网络，路由芯片所有的Bedrock交叉开关连接起来形成一个单一的、连续的达1TB的存储空间。处理器和本地以及远程存储器之间的通信宽带（双向）由原来的1.6GBps提高到3.2GBps。另外，电源采用N＋1的冗余方式，因此可靠性也进一步提高。

　　在NUMA体系结构中，每个处理器与自已的本地存储器和高速缓存相连，多个处理器通过处理器、存储器互联网络相连。处理器还通过处理器、I/O网络访问共享的I/O和外围设备。至于处理器之间的通信则通过可选的处理器之间的通信网络来实现。NMUA技术在科学与工程计算领域具有不可替代的地位，在联机事务处理（OLTP）、决策支持服务（DSS）和Intranet以及Internet中的地位也越来越重要。目前，NUMA并行机的处理器数目可达到512个，且带宽可随处理器数目基本上呈线性扩展。这样大的处理器数，使单一系统映像的NUMA机足以覆盖绝大多数的应用。首先，由于它具有与SMP相同的编程模式，因此在科学与工程计算领域具有不可替代的地位；其次，由于它具有共享内存和良好的可扩展性优势，所以能很好适应企业数据中心的多种应用。

　　今天，NUMA系统能够运行世界上一些最大的UNIX数据库应用，而且正被广泛接受为电子商务的主流技术，包括处理功能、I/O的大规模可扩展性、高可用性、工作负荷和资源管理的广泛灵活性，而且无需改变SMP编程模型。

　　存储一致性与ccNUMA
　　在NUMA并行机中，虽然存储器在物理上被分配到各节点中，但可被系统内所有处理器访问或共享。存储一致性问题是由于多个处理器共享同一个存储单元而引起的。SGI采用高速缓存一致性（Cache Coherent）技术来解决存储一致性问题，这就是“ccNUMA”并行机名称的由来。

　　在ccNUMA系统中，每个CPU有一个私用高速缓冲存储器。为了得到较好的性能，CPU经常在它的高速缓存中取指令及存储数据。在这种系统中，一个存储器地址的内容可以有许多独立的拷贝给各个CPU。如果每个CPU指向同一个存储器地址，则每个CPU的高速缓存将得到该地址的内容拷贝。但是当一个CPU修改该地址的内容后，必须阻止其他各个CPU使用当前已经“过时”的数据，这就是所谓高速缓存一致性问题。那么如何保证所有高速缓存能反映存储器的真实情况呢？

　　高速缓存一致性不是用软件来实现，它必须用硬件来管理。高速缓存一致性问题也不是用CPU来实现，而是用Hub芯片中的部分辅助线路来实现。为了提高系统的带宽和规模可伸缩性，在采用ccNUMA体系结构的服务器中，不采用基于总线的广播方法，而是采用基于目录的高速缓存一致性方案。任何时候，当一个节点请求访问存储器中某一Cache行时，它的集线器就启动曾经访问过该行节点的高速缓存，并把Cache行的存储器数据拷贝到这一节点的高速缓存中。当存储器中的Cache行未被独占时，其他各节点就可按同样方式通过互联网络从高速缓存中读取该行数据。当一个CPU要修改一个 Cache行时，它必须取得独占权。为此，集线器从目标行的状态位中进行检索，并发送一个无效信息给对该行数据作过拷贝的每个节点，在目录存储器中设置了对内容作修改的节点的编号。当一个CPU要读一个Cache行，且该行被独占时，集线器就要求该节点对这个Cache行作拷贝。其他节点则通过互联网络从拥有独占权节点的高速缓存中拷贝该Cache行的最新信息。如果两个节点要求同时访问某一Cache行时，则有协议来保证某个节点去访问该Cache行。

　　ccNUMA结构的服务器在性能、灵活性、可用性方面都能适合用户多种应用的要求，它已成为当今互联网经济时代非常卓越的 Internet/Web服务器，特别是在宽带因特网中作为多媒体应用的核心服务器。与集群不同的是，集群采用一种松散的结合方式，在几台机器之间相互通信，内部交换时间长、消耗大，而且把几台机器作为一个系统管理，势必增加了管理上的难度。而ccNUMA计算机则不同，无论它内部有多少个处理器，对用户来说，它也仅仅是简单的一台计算机。

　　总而言之，ccNUMA克服了SMP和集群的某些弊端，在他们不能施展才能的地方发挥了作用。

　　模块化结构
　　模块化服务器主要包括计算模块、I/O模块和海量存储器模块。这些模块协同工作，构成一个模块化服务器系统。在一个模块化服务器系统中，可以分别对每一个模块进行升级、故障查找，或用新模块替换旧模块，同类模块也可以随时加入到模块化服务器中，以便对系统进行扩展。

　　模块化服务器的最大好处之一，就是可以保护客户的投资。模块化服务器是一种可伸缩的服务器，客户可以随着业务需要，通过向服务器中添加各种模块，扩展他们的服务器系统；另一个显著优点是维护管理十分方便。模块化服务器增强了系统的可用性和容错性。从高性能多处理器计算机体系结构观点来看，ccNUMA体系结构，把多个处理器通过路由器光纤互联在一起，系统带宽可随系统规模扩大而增加，从而克服了基于总线的SMP体系结构所造成的瓶颈。 ccNUMA结构采用超立方体的多维互联特性，加上模块化计算所带来的灵活性，使系统的可伸缩性达到了前所未有的水平，同时节省了费用。因此，模块化的 NUMA服务器在灵活性和经济性方面达到了一个新境界。

　　硬件分区
　　硬件分区，是将一台服务器的硬件分割成多个分区的体系结构。将服务器配置的处理器、内存和I/O控制器等硬件资源分配给多个分区，让各分区上运行不同的OS，也就是提供“分区功能”。利用系统的硬件分区能力，系统可同时为多种不同操作系统提供支持，从而满足客户对相同物理硬件不断增长的需求。系统分区最初是静态的，当资源从一个分区移到另一个分区时，这两个分区中的应用和操作系统需要停止，在操作控制台对系统重新配置后，应用和操作系统才可以重新启动。随着操作系统进一步完善，操作系统在支持热插拔和热添加能力的同时，也为动态分区提供了所需要的支持基础，这就是说，资源可以在各个分区之间移动，而不会影响这一分区中的应用运行。

长久以来一直存在着一个话题：UNIX服务器能否替代专有系统。这同样是一个见仁见智的问题，但是不容忽视的事实是，各UNIX厂商在高端产品不断推陈出新，增加产品的技术内涵，既以达到并超过大型主机为目标，又作为自己UNIX技术的集中体现，与其他UNIX厂商竞争。

　　当然, UNIX技术的发展决不能仅限于性能和功能上。在安全性和管理性上，UNIX服务器有不少需要向主机学习的地方。但是，高端UNIX系统已经基本可以满足主机用户的要求，并且在各厂家的推动下更快地进步。UNIX占据主机的部分市场也将是不可避免的。这就和NT服务器和低端UNIX服务器的竞争有些类似。

　　随着市场竞争的日益加剧和IT企业的大规模兼并，曾经出现的几十家UNIX厂商竞相角逐的景象已不复存在。目前仅剩下几家UNIX厂商，他们把持了UNIX服务器的市场和技术发展趋势。下面我们就看看几款有代表性的产品。
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　　HP 9000 Superdome高端UNIX服务器

Superdome服务器主要面向大型互联网企业、互联网服务提供商，以及开发电子商务战略，需要处理大量数据的企业。

　　Superdome是惠普公司在继V系列之后推出的第一款支持64个及可无限扩展微处理器的服务器，可以同时支持PA-RISC和 IA64处理器。64个CPU的一款可支持256GB内存，I/O插槽最多可达192个。Superdome提前做好了开放系统的集成工作，可在同一台系统上分区，运行HP UX-11i、Linux、MPE和Windows NT；性能可以通过硬件物理分区、多级分区、软件虚拟分区和综合动态分区等功能获得提高。惠普为Superdome制定了全新的销售定价方式和服务模式- “全面客户服务模式”。Superdome的客户将得到惠普公司的全套解决方案，使客户在系统革新、建设、运行和发展升级四个使用阶段中都能全程享受到惠普提供的支持服务。

　　IBM p系列680服务器

p系列680服务器是IBM最强大的UNIX对称多处理器系统，在处理众多不同的关键电子商务应用（包括Web serving和hosting、ERP、 SCM、CRM等等）上尤为出色。

　　680中配备的微处理器采用了绝缘硅（SOI）技术。该技术通过在芯片电路上涂上一层绝缘体，降低了电流发热。芯片热度的降低不仅可以提高运行速度，还可以减少运行错误，或系统崩溃的机率。680配备的CPU运行频率为600MHz，每一枚微处理器的缓存容量为16MB，系统内存容量为 96GB，SMP配置最多可达4个6路处理器模块。

Sun Enterprise 10000服务器

Sun Enterprise 10000运行在Solaris操作环境下，对于基于主机的或客户机/服务器的各类应用，如在线交易处理、决策支持系统、数据仓库、通信服务或多媒体服务等，它都是理想的通用服务器或数据服务器。

　　Sun E10000脱胎于CRAY的CS6400，是第一个具有硬件分区（Hard Partition）功能的UNIX高端服务器，同时也是第一个达到64路SMP计算的UNIX单机。它采用Sun UltraSPARCII 400MHz处理器，最多可配置64个CPU，最大内存容量为64GB，可以实现最多16个分区（或称为域），在线磁盘存储容量可达64TB，具有动态重组特性（可提供在线服务能力）和动态系统域特性。通过在系统的核心部位采用Gigaplane-XB互连，提供的数据带宽可达到每秒12.8GB。

　　SGI Origin 3000服务器

SGI Origin 3000高性能服务器新产品采用SGI NUMAflex结构，即SGI新型模块化计算结构或称为第三代NUMA架构。SGI 3000服务器可以从两个64位的MIPS RISC CPU的最低配置扩展到512个CPU的共享存储的多处理器系统。另外，SGI的InfiniteReality3图形子系统也可以集成到该结构中。

　　第三代NUMA服务器采用模块化设计，7种基本模块分别是CPU扩展模块、磁盘存储器扩展模块、基本的I/O模块、PCI扩展模块、路由器互联模块、XIO扩展模块和图形扩展模块。模块化设计使系统配置更加灵活，更加经济高效，并具有很高的容错性和系统扩充性，能为客户提供可靠的总体投资保护和卓越的性能。

硬盘的主要技术指标

    在我们平时选购硬盘时，经常会了解硬盘的一些参数，而且很多杂志的相关文章也对此进行了不少的解释。不过，很多情况下，这种介绍并不细致甚至会带有一些误导的成分。今天，我们就聊聊这方面的话题，希望能对硬盘选购者提供应有的帮助。

首先，我们来了解一下硬盘的内部结构，它将有助于理解本文的相关内容。

    工作时，磁盘在中轴马达的带动下，高速旋转，而磁头臂在音圈马达的控制下，在磁盘上方进行径向的移动进行寻址

硬盘常见的技术指标有以下几种：

1、 每分钟转速（RPM，Revolutions Per Minute）：这一指标代表了硬盘主轴马达（带动磁盘）的转速，比如5400RPM就代表该硬盘中的主轴转速为每分钟5400转。

2、 平均寻道时间（Average Seek Time）：如果没有特殊说明一般指读取时的寻道时间，单位为ms（毫秒）。这一指标的含义是指硬盘接到读/写指令后到磁头移到指定的磁道（应该是柱面，但对于具体磁头来说就是磁道）上方所需要的平均时间。除了平均寻道时间外，还有道间寻道时间（Track to Track或Cylinder Switch Time）与全程寻道时间（Full Track或Full Stroke），前者是指磁头从当前磁道上方移至相邻磁道上方所需的时间，后者是指磁头从最外（或最内）圈磁道上方移至最内（或最外）圈磁道上方所需的时间，基本上比平均寻道时间多一倍。出于实际的工作情况，我们一般只关心平均寻道时间。

3、 平均潜伏期（Average Latency）：这一指标是指当磁头移动到指定磁道后，要等多长时间指定的读/写扇区会移动到磁头下方（盘片是旋转的），盘片转得越快，潜伏期越短。平均潜伏期是指磁盘转动半圈所用的时间。显然，同一转速的硬盘的平均潜伏期是固定的。7200RPM时约为4.167ms，5400RPM时约为5.556ms。

4、 平均访问时间（Average Access Time）：又称平均存取时间，一般在厂商公布的规格中不会提供，这一般是测试成绩中的一项，其含义是指从读/写指令发出到第一笔数据读/写时所用的平均时间，包括了平均寻道时间、平均潜伏期与相关的内务操作时间（如指令处理），由于内务操作时间一般很短（一般在0.2ms左右），可忽略不计，所以平均访问时间可近似等于平均寻道时间+平均潜伏期，因而又称平均寻址时间。如果一个5400RPM硬盘的平均寻道时间是9ms，那么理论上它的平均访问时间就是14.556ms。

5、 数据传输率（DTR ，Data Transfer Rate）：单位为MB/s（兆字节每秒，又称MBPS）或Mbits/s（兆位每秒，又称Mbps）。DTR分为最大（Maximum）与持续（Sustained）两个指标，根据数据交接方的不同又分外部与内部数据传输率。内部DTR是指磁头与缓冲区之间的数据传输率，外部DTR是指缓冲区与主机（即内存）之间的数据传输率。外部DTR上限取决于硬盘的接口，目前流行的Ultra ATA-100接口即代表外部DTR最高理论值可达100MB/s，持续DTR则要看内部持续DTR的水平。内部DTR则是硬盘的真正数据传输能力，为充分发挥内部DTR，外部DTR理论值都会比内部DTR高，但内部DTR决定了外部DTR的实际表现。由于磁盘中最外圈的磁道最长，可以让磁头在单位时间内比内圈的磁道划过更多的扇区，所以磁头在最外圈时内部DTR最大，在最内圈时内部DTR最小。

6、 缓冲区容量（Buffer Size）：很多人也称之为缓存（Cache）容量，单位为MB。在一些厂商资料中还被写作Cache Buffer。缓冲区的基本要作用是平衡内部与外部的DTR。为了减少主机的等待时间，硬盘会将读取的资料先存入缓冲区，等全部读完或缓冲区填满后再以接口速率快速向主机发送。随着技术的发展，厂商们后来为SCSI硬盘缓冲区增加了缓存功能（这也是为什么笔者仍然坚持说其是缓冲区的原因）。这主要体现在三个方面：预取（Prefetch），实验表明在典型情况下，至少50%的读取操作是连续读取。预取功能简单地说就是硬盘“私自”扩大读取范围，在缓冲区向主机发送指定扇区数据（即磁头已经读完指定扇区）之后，磁头接着读取相邻的若干个扇区数据并送入缓冲区，如果后面的读操作正好指向已预取的相邻扇区，即从缓冲区中读取而不用磁头再寻址，提高了访问速度。写缓存（Write Cache），通常情况下在写入操作时，也是先将数据写入缓冲区再发送到磁头，等磁头写入完毕后再报告主机写入完毕，主机才开始处理下一任务。具备写缓存的硬盘则在数据写入缓区后即向主机报告写入完毕，让主机提前“解放”处理其他事务（剩下的磁头写入操作主机不用等待），提高了整体效率。为了进一步提高效能，现在的厂商基本都应用了分段式缓存技术（Multiple Segment Cache），将缓冲区划分成多个小块，存储不同的写入数据，而不必为小数据浪费整个缓冲区空间，同时还可以等所有段写满后统一写入，性能更好。读缓存（Read Cache），将读取过的数据暂时保存在缓冲区中，如果主机再次需要时可直接从缓冲区提供，加快速度。读缓存同样也可以利用分段技术，存储多个互不相干的数据块，缓存多个已读数据，进一步提高缓存命中率。

这是我们经常能看到的硬盘参数指标，正确理解它们的含义无疑对选购是有帮助的

7、 噪音与温度（Noise & Temperature）：这两个属于非性能指标。对于噪音，以前厂商们并不在意，但从2000年开始，出于市场的需要（比如OEM厂商希望生产更安静的电脑以增加卖点）厂商通过各种手段来降低硬盘的工作噪音，ATA-5规范第三版也加入了自动声学（噪音）管理子集（AAM，Automatic Acoustic Management），因此目前的所有新硬盘都支持AAM功能。硬盘的噪音主要来源于主轴马达与音圈马达，降噪也是从这两点入手（盘片的增多也会增加噪音，但这没有办法）。除了AAM外，厂商的努力在上文的厂商介绍中已经讲到，在此就不多说了。至于热量，其实每个厂商都有自己的标准，并声称硬盘的表现是他们预料之中的，完全在安全范围之内，没有问题。这一点倒的是不用担心，不过关键在于硬盘是机箱中的一个组成部分，它的高热会提高机箱的整体温度，也许硬盘本身没事，但可能周围的配件却经受不了，别的不说，如果是两个高热的硬盘安装得很紧密，那么它还能承受近乎于双倍的热量吗？所以硬盘的热量仍需厂商们注意。

对硬盘认识的常见误区（一）

1、 转速与寻道时间：

    现在不少人都认为硬盘转速越快寻道时间就越快，但这是最常见的错误认识，事实上寻道速度根本不决定于转速，因为两者的控制设备就不一样。转速是由主轴马达控制，寻道则由音圈马达控制。寻道时间说白了就是体现了磁头臂径向运动的速度与控制能力，音圈马达与相应的伺服系统起着重要作用。另外，磁头的高灵敏度也有助于在高密度磁盘上准确捕获伺服标记，进而快速定位。很多情况下，我们都可以看到5400RPM硬盘的寻道时间与7200RPM硬盘一样（如三星的V40与P40）。之所以有些高速硬盘（如SCSI硬盘）的寻道时间更快，是因为厂商的有意设计，就好像一台Pentium4电脑只配32MB内存让人觉得不平衡一样，厂商也会给高速硬盘配上更快的寻道时间（也意味着更好的元件与更高的成本，显然厂商要根据市场的需要权衡利弊）。实际上，通过上文有关平均访问时间的解释，大家应该明白，提高转速的主用意就是减少平均潜伏期，进而加快整体的访问速度，也许很多人不认同这是它最重要的用意，由此就又引出了下一个误区。

2、 转速与数据传输率：

    在很多人的印象和厂商的宣传中，更高的转速的主要用意在于提高数据传输率，但这并不正确。持续数据传输率决定于很多指标，并不光只是转速。当然，有人会说转速更高，磁头单位时间划过的扇区就越多，不错，但前提是线密度一样。线密度可理解为每磁道扇区数（SPT，Sectors Per Track）。低速硬盘完全可以通过提高SPT来加大数据传输率， SCSI硬盘就是追求SPT的典型。事实上，很多厂商在相同单碟容量上对于不同的转速采用了不同的SPT设计，如金钻七的最外圈磁道扇区数为837个，而星钻三代则为896个。有人可能会问，那如何保证容量一致呢？这就涉及到每英寸磁道数（TPI，Tracks Per Inch），它代表了磁道密度。SPT高则TPI就会相应减少，如金钻七为60000TPI，星钻三代则是57000TPI。本次测试最典型的例子是Caviar系列硬盘，WinBench测得的数据传输率与某些7200RPM产品相当。虽然我没有该系列硬盘最外圈SPT资料，但肯定不会低于1000（若转速实为5400RPM），即使转速真的是6000RPM，也在900之上。因此5400RPM硬盘完全可以通过提高33%（7200RPM比5400RPM转速高33%）的SPT来得到相同的数据传输率。

    综上所述，7200RPM相对于5400RPM硬盘的最大优势就在于更短的平均潜伏期，进而减少平均访问时间。毕竟转速是死的，5400RPM永远处于劣势。

3、 真正的内部数据传输率：

    随着硬盘知识的普及，硬盘DTR这一指标也逐渐被人们所认识，但又出现了新的误区——拿以Mbps为单位的最高内部DTR说事，这其中某些厂商与所谓高手的误导有着不可推卸的责任，后果也是相当严重。由于内部DTR决定了硬盘的实际数据传输性能，所以很多人都在关心硬盘的内部DTR，而厂商也投其所好，在产品资料中基本都公布了最大内部传输率，但多是以Mbps为单位，不少人因此拿这个数值来预测硬盘的性能，甚至分析到接口速率的瓶颈（这些人通常将其换算成MBPS，而目前最高的数值将近80MBPS，离Ultra ATA-100的最大速率已相差不远了）。但是，它恰恰不能通过除8来换算成MBPS，因为这个数值是磁头处理二进制0/1信号（即bit）的纯理论性能，而磁头处理的信号很大部分并不是用户需要的数据（存入的数据都是经过编码的，包含许多辅助信息），因此不能以字节为单位。很多硬盘这一数值都是相当高的，如以前的富士通硬盘，指标很好，但实际性能却是另一码事。完全可以说，这个Mbps值没有什么实际价值，给人的是一种假象。

    在硬盘中，真正重要的是内部持续DTR，它分为单磁道瞬间DTR与持续DTR两个指标，单磁道瞬间DTR的计算公式是“512字节×SPT×磁盘每秒所转圈数”或“512字节×SPT÷磁盘转一圈所用时间”，由于磁盘转一圈所用时间一般不能除尽，所以经常用前一种公式。持续DTR的计算公式则为“512字节×SPT×磁头数/总耗时”，其中“总耗时=（磁头数-1）×磁头切换时间+道间寻道时间+磁头数×磁盘转一圈的时间”。磁头切换时间一般在产品的用户手册中有标注，大约在1ms左右。单磁道瞬间DTR表明了硬盘实际上所能达到的最大内部DTR，持续DTR则体现了硬盘真正的数据传输能力。很遗憾的是，目前只有迈拓和IBM提供了内部持续DTR数据，其他厂商仍然用Mbps数值迷惑普通大众。但是，厂商心里是明白的，他们自己也不会混淆概念（只是没事偷着乐），在数据的说法上也是非常严谨，如果你哪天发现厂商公布的内部DTR使用了MB/s为单位，那么这很可能就是我们所真正需要的数据，而不要再用Mbps去除8了。

IBM 120GXP的技术资料，其中有两个内部DTR，我们只需关心第二个

4、 缓冲区容量与性能：

     上文说过内部DTR决定了外部DTR的实际表现，但为了将内部DTR对外部DTR的影响降至最低，产生了缓冲区设计。理论上讲，缓冲区越大，即使内部DTR不变，硬盘的性能也会更好，这就好比CPU中的缓存一样。不过，要做到缓冲区容量的增加并提高性能还是有一定难度的。这主要体现在缓存功能管理与数据安全两个方面。缓存功能管理决定了缓冲区智能化与缓存效果，简单的说就是一种管理算法与替换策略，负责这一任务的就是缓存控制器。上文已经讲到目前都将缓冲区做分段处理，并且是动态的，根据数据流情况自动划分。以120GXP为例，在读操作时可最多划分12个数据段（平均容量约155KB），在写操作时数据段可高达52个（平均容量约35KB）。那么怎么去动态的划分区段，怎么去选择最不常用的区段以替换成新的数据，都将影响最终的性能表现。比如区段划分不合理将影响缓冲区空间的利用率和预读效果，数据替换不合理将影响缓存命中率，这样一来说不定与小容量缓冲区性能差不多。讲到这，大家肯定会想到了CPU缓存的算法（比如N路级联与更新策略等），的确两者有相同之处。对于更大容量的缓冲区，肯定就不能照搬小容量缓冲区的缓存管理算法。因此，缓冲区越大性能越好是有前提的，这对厂商的缓存管理技术水平提出了更高的要求。

    大容量缓冲区的数据安全性主要是指在突然断电的情况下，缓冲区中的待写数据将如何处理的问题。这方面笔记本电脑硬盘就有了得天独厚的优势，因为有电池为后盾，笔记本电脑硬盘的缓冲区容量已经提升到了16MB。但对于台式机，这是个不小的考验。WD公司在这方面做出了有意义的探索，主要方法是通过将数据暂时保存在最外圈暂存区（因为最外圈的写入速度最快），下次开机再写入原目的地址的方法来保证缓冲区中待写数据的安全，显然这需要特殊的管理机制，也是厂商的自由发挥了。

    最后我们再谈谈目前普遍流行的说法——大容量缓冲区对零散数据非常有利，这是很片面的认识。当然，这种说法可以理解，也没有什么根本性错误，但容易误导人们对大容量缓冲区的认识。从分段式缓存结构可以看出，更大的缓冲区理论上可以划分出更多的数据段，能容纳更多的互不相干的小数据块。而这种随机的、不连贯的、小数据量的读取行为在Web服务、数据库服务与日常办公应用中很常见。如在Web服务中，经常出现对一个网页同时有多个请求的情况，而一个网页的大小也就是几十到几百KB的容量，如果缓冲区能缓存更多的页面，那么服务器的表现也会越好。因此大容量缓冲区在这方面的贡献，我们完全肯定。但另一方面，对于大容量，连续读写的数据操作，大容量缓冲区同样能发挥重要的作用。更大的缓冲区此时意味可一次缓冲更多的数据（硬盘会根据数据量将区段合并），即能在相同的时间内向主机或磁头发送更多的数据，而磁头的连续读写扇区的能力更容易发挥。所以，在音频、视频处理等经常用到大数据量连续读写的场合，大容量缓冲区硬盘是最佳之选。在下面的测试中，大家也会发现8MB缓冲区硬盘相对于2MB缓冲区硬盘的整体优势。

对硬盘认识的常见误区（二）

5、 SCSI与IDE的性能：

    在WD1000JB推出时，有些读者就根据其与低端SCSI硬盘的对比测试数据，曲解原文的用意发表了IDE硬盘性能已经可与SCSI硬盘相抗衡的看法，这显然是一种误导。在测试原文中与WD1000JB做对比的是希捷早期万转SCSI硬盘——Cheetah 36XL。单碟容量为9GB，不到1000JB单碟容量的1/3，缓冲区容量为4MB，而WD1000JB则是8MB，但两者的持续传输率基本一致，因此有一定可比性。原文将当时最高配置的IDE硬盘与较低配置的SCSI硬盘作对比的主要用意在于证明8MB缓冲区的作用，并通过测试表明在此情况下最高端IDE的性能完全可以与低端SCSI一争高低，而不是给“IDE性能可与SCSI对抗”这一笼统的错误说法提供论据，因为这种比较是有条件的。从测试成绩上看，Cheetah 36XL全面落后，但这是在单盘情况下。而随着硬盘数量的增多，SCSI共享数据通道的优势将逐渐体现，此时就不是IDE硬盘可比的了，即使你接满4块IDE硬盘也于事无补，况且随着更高单碟容量（如18GB）的万转SCSI与15000转SCSI硬盘的普及，IDE的单盘优势也不明显了。所以SCSI与IDE根本就针对着不同的市场与操作应用。做对比测试的原作者也只是借WD1000JB证明，目前最高端IDE硬盘完全可以在负荷不很繁重的中低端单盘工作站市场一展身手，而不是全面冲击SCSI硬盘，这一点一定要认清楚，不要误解原文作者的用意。

6、 总容量与性能：

    如果单碟容量相同，那么总容量的不同就意味着磁头数量（即数据面数，一张磁盘有两个数据面，但有时只用一个，而一个数据面对应一个磁头）的不同，这其中会与性能有什么关系呢？由此就要联系到柱面这一概念，柱面是指硬盘中每张磁盘上编号（位置）相同的磁道集合，硬盘操作时，是从最外圈柱面开始，当该柱面所有磁道用完后，再移至内圈的下一个柱面，而不是先存完一张盘再存一张盘。同系列的硬盘的柱面数是一样的，但每个柱面包含的磁道数要因磁头数而异，计算公式为：磁道数=磁头数×柱面数。如迈拓D740X，20GB型号由于只有一个磁头，所以一个柱面的容量是一个磁道，而80GB型号则是4个磁头，一个柱面的容量就是4个磁道。以最外圈柱面为例，D740X是外圈磁道是837个扇区，按每扇区512字节计算，20GB型号的最外圈柱面的容量为418.5KB， 80GB型号的最外圈柱面容量为1674KB 。也就是说如果连续存储500KB的数据，20GB就要移动磁头进行道间寻道了，但80GB的还不会，只是存在同一柱面内磁头切换的延迟。大家可以这么认为，80GB型号中一个柱面相当于20GB型号中的4个柱面，而同一柱面内的磁道切换速度通常要快于柱面间的切换，对保持数据传输率更为有利。

柱面示意图

    由此，很多人可能得出结论，同一产品系列中，磁头数越多的型号的连续读写性能越好（如果是零散读写根本不受柱面容量的影响）。这个说法基本正确，但是有忽略的地方。首先，目前的硬盘都采用了区域数据记录，在同一区域内，每磁道扇区数固定，比如D740X分为15个数据区（最外圈还有一个但用于存储系统数据，可不计），最外圈数据区中有2582个柱面，这些柱面的扇区数是相同的，所以即使是20GB型号，也只会在存满1.03GB左右的数据后才转入下一个SPT更少的数据区。而且也有柱面切换速度比磁头切换快的硬盘，D740X就是，因此在这头1个GB的数据区中，80GB的D740X型号性能也许更差。但我们一般使用硬盘都要分区，C盘大概在5-10GB左右，此时20GB的型号已用到了第4个数据区，而10GB的容量在80GB型号中还没有超出第二个数据区，因此就这个分区的整体性能而言，80GB的显然要占优势。从WinBench的硬盘传输率曲线上就能看出这一点， 80GB型号的最高传输率范围覆盖了更多的空间。不过，上面的对比是较极端的，如果是40GB与60GB的型号去对比就不会这么明显，可以说磁头数相差如果在3个以内，性能的差距将非常微弱，但对有的硬盘，即使磁头数相差3个也基本不会有什么差距。

    上为D740X-80GB型号的DTR曲线图，下为D740X-40GB型号的DTR曲线图，以10GB容量为界，可发现40GB型号已经用到了DTR更低的第三个数据区，而80GB型号仍处在DTR更高的第二个数据区，理论性能要强于40GB型号

    现在再让我们看看另一个例子——酷鱼四，从曲线图上可以看出其第一个数据区占据了1/3多的柱面，也就是说即使是20GB的酷鱼四，在前10GB容量的性能不见得就比80GB的型号差。所以，具体的差别除了要看磁头相差数量还要看数据区的设置。另外，在产品的生产过程中，厂商可能随时进行改进（不仅指Firmware，还包括元件的优化与改良等），往往会出现新的产品比老产品性能更好的情况，比如WD的CaviarXL系列，评测的1200BB是2001年9月的产品（10月才发布单碟40GB的CaviarXL系列），800BB与400BB都是今年一月和二月的产品（Firmware版本没变），后两者的表现与1200BB相比并无劣势。而IBM则为不同磁头数的型号开发了不同版本的Firmware，使得各型号的性能表现都趋于一致。因此，影响容量与性能的可变因素很多。

    上为酷鱼四-60GB型号的DTR曲线图，下为酷鱼四-80GB型号的DTR曲线图，即使以20GB容量为界，可发现60GB型号仍在DTR最高的第一个数据区，理论上性能和80GB型号一样

    不过，在一些测试中，最大容量型号的表现基本都很出色，有的大容量5400RPM的性能甚至好过一些小容量的7200RPM硬盘。

7、 FDB的作用：

    FDB马达对于很多人来说是比较新鲜的，在很多公司的宣传中，FDB的作用被定为减少噪音与热量，甚至能提高性能。这么说似乎有道理，但容易产生误导。BB轴承使用圆形滚珠（材料可为金属或陶瓷）作为主轴与基座之间的运动连接/支撑体，由于滚珠加工精确度产生的必然差异，在主轴高速运转中，滚珠之间会发生碰撞而振动，这就是马达（主轴）噪音的主要根源（其他原因还包括轴承装配精度与力矩的平衡），FDB则使用了液态润滑物质代替滚珠，这样就完全消除了因碰撞产生的噪音。但是，主轴的噪音在硬盘整体噪音中的强度比重较小，而且人耳对其远不如音圈马达寻道噪音敏感（因为频率较低），所以FDB的减噪功能确切的说只有在硬盘空闲时（磁盘空转，磁头不寻址）才能体现。另外，对于热量，滚珠之间磨擦肯定是一个热源，但这与马达电机相比也不算什么，而且FDB的效率往往并不如BB，马达功耗可能会更大。第一块使用FDB的IDE硬盘——希捷的“大灰熊”，其热量之高想必是很多老玩家记忆犹新的，而且即使是不用滚珠的音圈马达的热量也很高。因此主轴马达的主要热源并不在轴承。我们在测试中也发现，现阶段FDB并没有体现出对BB的降热优势。

    综上所述，大家要对FDB有一个客观的认识，不能盲目听信宣传，认为FDB肯定比BB好（毕竟转速是固定的，性能不会改变）。至少在目前，FDB并没有多大优势，这可能也是为什么IBM与WD仍没有使用FDB的一大原因。

8、 怎么测试硬盘：

    看过不少的硬盘横向测试，虽然使用的软件都一样，但其中的测试方法实在不敢认同。硬盘测试有两个方面，一是硬盘本身的性能，另一个是硬盘对整机性能的影响。对于前者，很多测试人员将被测硬盘也当作是系统硬盘，也划出成多个分区。虽然比较符合实际的应用，但不能真正反映硬盘的性能，而真正符合实际应用的测试并不在于硬盘的单独测试上。事实上，最合理的硬盘单独测试方法是，操作系统与测试软件装在另一个硬盘上，被测硬盘单独接在一个硬盘接口，接下来就是分区，此时必须要将全部容量分成一个区才能体现硬盘的综合性能。现在最常用也是最好用的硬盘测试软件WinBench99就是以分区大小来确定测试区域的，包括DTR、访问时间、应用模拟测试等，在DTR测试中以分区的最外圈磁道开始到分区的最内圈磁道终止，所以如果只用头10GB的容量为一个分区，那么测出来的就是这10GB之内的DTR而不是整个硬盘的，这也是为什么有些数据中，结束端比起始端的数值还要高的原因（如果分区容量没有超出数据区，那么很容易因为误差产生这种结果）。另外，如果测试区域很小，则磁头寻道的时间也会限制在更低的范围内（因为寻道的范围也小了），同样有利于得高分，类似的影响也体现在商业与高端测试中。所以，硬盘单独测试时必须进行全分区！至于用什么样的文件系统就不是很重要了，不过FAT32的得分一般都比NTFS的高，但如果测试条件统一，那么都是有说服力的，成绩排名也不会因为文件系统的改变而改变。

    现在再说说整机测试。虽然是硬盘横向测试，但要想知道哪个硬盘对整机性能提升最大，就必须动用Winstone系列软件来进行对比测试了，这可以说是对硬盘的性能终极考试，因为WinBench99相对简单，也不是很全面，更容易被厂商钻空，而Winstone就不一样了，硬盘只是其中的一个子系统，但它也会影响最终的成绩。遗憾的是很多硬盘横向测试中都没有这一项，只是简单的跑跑WinBech99就完了。Winstone测试就要在接近真实使用情况的设置下进行，此时就不能用全分区了，因为现实中很少有人这么做。而测试一般都在被测硬盘的C区，所以容量通常为5-10GB。当然，也可以进行全分区的整机测试，这就取决于测试人员自己的决定了。

    在经过正确的硬盘单独与整机测试后，我们就能对被测产品性能有一个比较全面的认识和客观的评价了。

    好啦，有关硬盘的相关常识今天就先讲到这，在日后本站的硬盘测试中，还将陆续向大家介绍相关的硬盘技术与知识，敬请大家密切留意本站的动态。