HGST(前身为日立环球储存科技,现为 Western Digital 旗下子公司)Ultrastar 7K4000系列以高可靠性和低总拥有成本(TCO)的独特优势,能够满足企业对数据中心的需求。作为业界首款4TB 7200rpm企业级硬盘,并拥有200万小时平均无故障时间(MTBF)指标,Ultrastar 7K4000系列成为实现大数据量、云计算、数据仓库、视频点播、盘到盘备份和大规模存储等7x24小时企业应用的首选解决方案。
与上一代3TB Ultrastar 7K3000(已经在全球范围内获得主要企业级存储OEM厂商的认证资格,并应用于全球各地的云存储和互联网数据中心)硬盘相比,4TB的Ultrastar 7K4000硬盘拥有相同的3.5英寸尺寸,容量却提升了33%,每GB耗电量(瓦)降低了24%。现在,IT管理人员可通过将10个带60个盘位的4U盘柜叠放在一个标准的19英寸存储机架上以获得2.4PB的存储容量。
Ultrastar 7K4000系列还可以帮助数据中心实现更低的电源与空调需求。Ultrastar 7K4000有五种高级电源管理模式,低转速空闲模式能够比峰值使用时减少用电瓦数59%,在待机和睡眠模式下的耗电量小于1瓦,从而更好地适应数据中心不断增长的需求。
Ultrastar 7K4000系列拥有6Gb/秒的SATA接口和64MB高速缓存。该系列产品作为高级格式化硬盘,使用的扇区大小为4096字节,并通过提供SATA接口上的内置512字节仿真向后兼容传统的512字节扇区。
Highlights
• 2.0 million hours MTBF
• Up to 4 terabytes of capacity
• 512 byte emulation (512e), legacy 512 byte configuration (512n) alsoavailable
• 6Gb/s SATA interface
• Dual Stage Actuator (DSA) and Enhanced Rotational Vibration Safeguard (RVS)for robust performance in multi-drive environments
• 24x7 accessibility for enterprise-class, capacity-optimized applications
• 5-year limited warranty
Applications / Environments
• Cloud storage
• Massive Scale Out (MSO)
• Data warehousing & mining
• Disk-to-disk backup & archiving
• RAID arrays
• Network Attached Storage (NAS)
Model(s) | HUS724040ALE640 // HUS724040ALA640
HUS724030ALE640 // HUS724030ALA640
HUS724020ALE640 // HUS724020ALA640 | Interface | SATA 6Gb/s | Capacity (GB) | 4TB / 3TB / 2TB | Sector size (variable, Bytes/sector) | 512e / 512n | Max areal density (Gbits/sq. in.) | 446 // 475 | Performance | Data buffer (MB) | 64 | Rotational Speed (RPM) | 7200 | Interface transfer rate (MB/sec, max) | 600 | Sustained transfer rate (MB/sec, typ.) | 171 //181 | Seek Time (read, ms, typical) | 8.0 | Reliability | Error Rate (non-recoverable, bits read) | 1 in 1015 | MTBF (M hours) | 2.0 | Load/Unload Cycles | 600,000 | Availability (hrs/day x days/wk) | 24x7 | Acoustics | Idle (Bels) | 2.9 | Power | Requirement | +5 VDC(+/-5%) +12 VDC (+10%/-8%) | Requirement: Start-up (W, peak, max) | 1.2 (+5V), 2.0 (+12V) | Requirement: Read/Write (W, avg) | 11.4 | Unload idle (W) | 5.7 | Physical size | Z-height (mm) | 26 | Dimensions (width x depth, mm) | 101.6 (+/-0.25) x 147 | Weight (g, max) | 690 | Environmental (operating) | Ambient temperature | 5º to 60º C | Shock (half-sine wave) | 70 | Vibration (5 to 500 Hz) | 0.67 (XYZ) | Environmental (non-operating) | Ambient temperature | -40º to 70º C | Shock (half-sine wave) | 300 |
此次评测的产品型号为:HUS724040ALA640
HITACHI 企业级硬盘家族支持的技术介绍 Thermal Fly-height Control (TFC) 随着对高容量存储设备的需求不断增长,硬盘厂商不断为基础性的磁记录技术问题寻找创新的解决方案。其中一大挑战是如何在不同的操作温度和读写任务条件下更有效率的读取数据和正确有效的覆盖写入原有数据的位置。而影响出错率(软错误率,可被ECC修正,但会导致性能波动)的一个关键点是磁头与磁盘的间距 - 飞行高度的控制。由于操作温度会随着读写请求的负载和环境影响而变化,导致飞行高度也跟着变化,这样会造成软错误率增加。HITACHI企业级硬盘家族支持的TFC技术,通过在磁头上内置加热元件,在读写的时候通过元件加热达到更恒定的温度,保证了更稳定的飞行高度,从而控制了软错误率,间接地提高了性能。 Dual Stage Actuator (DSA) 双级制动器技术给磁头定位的精确度带来了革命性变化,其中一个主制动器使用传统的技术处理普通的移动作业,第二个副制动器则使用压电感应技术进行微调作业,让磁头定位更精确。 Enhanced Rotational Vibration Safeguard(RVS) 这个旋转防震技术是Hitachi早先从IBM那里得到的,之后经过了多代的改进,此技术原理是在机械硬盘的PCB上配置了多个震动感应器,当感受到震动后,能够靠这些感应器反馈信息并对磁头的定位进行补偿,在多盘阵列的服务器环境中,多硬盘之间的共振会造成磁头寻道的精确度显著降低而造成性能下降,此技术正是为此开发。
测试平台:
处理器: i5 3470
主板: Asus P8Z77-V LK
内存: Gskill F3-1600C11S-4GNT DDR3 1600 4G * 2
主硬盘: Plextor M3P 128G 操作系统:WIN7Ultimate 64bit Sp1
常规性能测试:
HDtune
老牌机械硬盘测试软件,最新版本5.00,支持基准测试,Smart查询,磁盘信息查询,文件结构情况,全盘擦除,特殊功能调教等等。
持续读取测试,测试块大小默认64KB,外圈最快174.1MB/s,内圈79MB/s,平均传输率137.3MB/s,平均存取时间12.5毫秒,属于7200转机械硬盘中比较好的水准。
持续写入测试,测试块大小默认64KB,外圈最快171.1MB/s,内圈79.1MB/s,平均传输率136.1MB/s,写入缓存优化后平均存取时间6.84毫秒。
HDtune的IOPS读取测试,每个单项采用的是完成1000采样点分布整盘LBA范围所用的时间去得到IOPS。举个例子就是上图中4KB随机测试,软件在整盘LBA范围内取1000次采样,然后用1秒去除以平均采样所需要的时间来得到IOPS,这里为79IOPS。
ATTO Disk Benchmark
ATTO是一家做数据集中处理解决方案的美国公司,总部设在纽约,主要产品线有磁盘阵列卡,光纤或网路桥接器,万兆以太网卡,光纤交换机和数据管理软件。 这款ATTO Disk Benchmark软件就是他们公司开发给客户用来测试自家产品性能的,当然可能是因为磁盘测试软件的通用性,又因为软件是免费的关系,如今已经是风靡互联网,目前最新版本为2.47。
ATTO Disk Benchmark: QD=4
Drive: 本次测试的逻辑驱动器盘符(也就意味着需要用ATTO做测试,必须要先把硬盘驱动器分区并给一个盘符)。
Transfer Size: 测试数据块大小,默认是从0.5KB(512B) ~ 8192KB(8MB),当测试时,程序会测试这里所设置的数据块大小下的数据传输速度。
Total Length:测试数据长度,默认是256MB,最大可以设置到2GB,对机械硬盘来说,软件测试时,会事先生成一个为这个容量大小的测试文件,然后测试就是在这个文件内进行的Force Write Access: 强制写入访问,这个功能开启时指的是,写入部分的测试数据不经过阵列卡上的数据缓存优化。
Direct I/O: 也叫同步I/O,当这个功能开启时指的是,指令发出后,必须等到硬件响应才算一次IO。如果不开启(异步IO或叫缓存IO),则指令发出后,不需要等到硬件响应就可以继续发送接下去的指令,之前的指令会排序等待之后的处理,间接等于阵列卡上的数据缓存速度或者是文件系统缓存速度之一(取决于系统缓存设置)。
I/O Comparison: 可以选择生成的数据模型Overlapped I/O(重叠I/O): 选择这个时,下面会有QueueDepth的选项,其实聪明人应该明白了,这个就是队列深度了,如果测试盘支持NCQ的话,随着队列深度的增加,性能会逐渐提升直到撑爆外部接口带宽或者内部处理速度。
Neither: 选择这个就意味着跑在Queue Depth(队列深度)1下,可以说最接近我们日常操作的情景。 默认ATTO的测试主要是用来体现硬盘的最大读写传输率,可以看到HGSTUltrastar™ 7K4000 4TB在180MB/s附近。
ATTO Disk Benchmark: QD=10
当我们把QD提高到10之后,从性能上看并没有较明显的区别,基本上所有的机械硬盘持续传输的表现上受QD的影响很小,而SSD的话在小文件块下会有明显提高。
CrystalDiskMark
CrystalDiskMark(以下简称CDM)是一个日本人开发的测试软件,主要是因为传统的机械盘测试软件的局限性太大(以持续传输速度为主),为了表现出SSD的随机性能强,必须对测试项目稍作改良(增加4KB随机性能测试)。从3.0版开始,增加了NCQ测试(QD32),数据模型选择(随机填 空,用0填空,用1填空)。目前最新版3.0.2e。
这款软件其实主要是用来测试SSD的,再次验证了持续读写速度是在180MB/s范围附近,而随机性能上机械硬盘受限于物理限制,不能和SSD去比较,4KBQD32下随机4KB读取提高是因为缓存队列指令后智能排序让寻道距离缩短的关系,受到写入数据缓存影响低QD下4KB随机写入比4KB随机读取还高,高QD下则提高不明显。在网上还有一个叫HD Tach的软件和HDtune很像,但是由于HD Tach对大于2TB的机械盘支持不好,测出来的平均存取时间是2TB范围内的,所以本次测试就不放上来了。
IOMETER
Iometer的用户指南上说,Iometer是一个单机或者集群的I/O子系统的测量和描述工具。它最初是由英特尔公司在1998年2月17日的英特尔 开发者论坛(IDF)宣布,自那时以来,在行业内广泛的蔓延,成为了标准。与此同时,英特尔已经停止Iometer的开发工作并把开放源码交给了 OSDL。 2001年11月,Iometer在SourceForge.net注册,开发项目从2003年月2月起又重新启动,当然项目维护者变成了独立的一个内部工作组。(而非Intel)
Iometer属于测试软件中比较自由的,可以按照用户需要去调节测试的范围,数据块大小,处理模式等等,当然初学者一开始会比较晕。Iometer当前稳定版为2006。
Iometer包括2个程序,Iometer.exe和Dynamo.exe。其中Iometer是控制程序,是图形界面,让你轻松的调节参数和显示测试 结果,而Dynamo就是让测试盘产生压力测试的主程序了,用Iometer来控制Dynamo程序。在Windows下运行Iometer时,会自动打开Dynamo程序(仔细观察会发现开了2个窗口,那个Dos的命令行程序就是Dynamo了。)
1)Topology/Workers:Worker的数量取决于当前机器上的CPU核心数(我的CPU是2600K,4核8线程,所以有8个Worker),每个Worker可以让你制定硬盘同时执行的线程数,一般家用测试只跑一个Worker即可,多线程测试适合高性能服务器或者企业级的存储设备用的,多余的Worker我们可以在测试前删除。
2)Targets:(在设置Disk Target时会有3种不同的图标来表示不同类型的硬盘情况)
黄色图标的表示的是”Logical drive 逻辑磁盘“,意思就是已经分过区的,格式化的并且上面拥有文件系统的磁盘。(会显示硬盘分区卷标和卷标名)
如果黄色图标上加了红色删除的线,则代表的是这块逻辑硬盘上没有iobw.tst文件。Iometer在对逻辑硬盘测试前,会生成一个iobw.tst的测试文件,通过对这个文件进行”读取/写入“操作来计算IO成绩和传输率。
蓝色的图标表示的是”原始(RAW)硬盘“的意思,指的是这块硬盘上文件系统无法识别或者没分区和格式化,测试文件不能在上面创建。(会显示硬盘的型号)这里有一点需要注意,如果之前做过Iometer逻辑硬盘测试,并在这个分区里已经有iobw.tst文件,则在下次做测试前必须先删除,不然是不能改变这个之前测试生成的iobw.txt文件大小的。(也就是说会影响到下次测试的准确性)
3)Maximum Disk Size / Starting DiskSector / # of Outstanding IO:一般的机械硬盘sector(扇区)大小为512字节(扇区为硬盘最小存储单位)。如果这里使用默认的0时,意思就是写满这块硬盘的所有扇区,如果你想测 的是固定大小时,可以透过设置Maximum Disk Size这个参数来达到。输入1000就代表会在测试前生成一个大小为1000X512字节的iobw.tst测试文件。Starting Disk Sector指的是由硬盘的第几个扇区开始写入。(这里要强调一点,如果你设置的Maximun Disk Size数字比当前磁盘系统的缓冲区小的话,测试成绩很可能是缓冲区性能,速度会爆高,所以适当设大点吧。)# of Outstanding I/O 指的是同时发送的IO请求(聪明人知道这个就是体现NCQ的作用了),预设值是1,一般家用测试不会去修改这个项目的,只有厂家秀分数做广告时会去改成32来跑最大IOPS忽悠用户。
4)Write IO Data Pattern(新版Iometer相比2006和2008版多出来的项目)Repeating Bytes: 生成的IO数据是重复的,比如第一批IO数据是全”A”,第二批是全”B”,这个数据模型是Iometer 2008里默认使用的。Peseudo random: 缓冲区里用随机的数据模型填满,写入完后再重新生成新的随机数据到缓冲区,造成每次写入IO都不同。这个数据模型是从最初的版本一直到Iometer 2006默认采用的。Full random:生成一套随机的16MB大小的数据模型到缓冲区。每次写入IO都会使用这套缓冲区的随机数据模型。
1)Transfer Request Size (测试请求的文件大小)你要测试的文件块大小,比如测4KB随机的就填写4KB,测128KB持续的就填128KB。
2)Percent of Access Specification (当前规则占此测试中的比例)如果你测试中需要添加多条规则的话,这个就可以设置比例了,比如50%做4KB随机测试,同时另外50%做128KB持续测试。
3)Percent Read/Write Distribution (测试请求的读/写的比率)当前测试规则的读取/写入比率,比如66%读取的同时34%为写入,打个比方,我们的操作系统运行时在读取的时候,后台也在写入。
4)Percent Random/Sequential Distribution (测试请求的随机/持续比例)随机和持续占的百分比,比如测4KB随机80%的同时测4KB持续20%。
5)Align I/O on (对齐 I/O到指定大小)SSD要分区对齐,这里也是这个道理,一般测SSD都是对齐到4KB。如果设4KB,指的是测试的数据每次都是4KB对齐的。
6)设置规则的全局显示全部设置完了,起个名字,然后最后再看下没问题即可点下面的OK确认。
1)Run Time (测试时间)可以设置测试的时间,如果全0代表无限。
2)Ramp up Time我们知道如果磁盘系统使用阵列卡的话,上来会有个很高的缓存数据,为了保证测试数据的准确性,这里可以设置一定的时间,这样测试结果就不会计算这部分时间的数据,得到更真实的测试数字。
1)Update Frequency (Seconds) (成绩更新频率/秒)成绩更新的频率,你可以设置每秒更新或者60秒一更新等等。
Results Since (结果从哪个时间段开始)
Start of Test - 由于在进行测试时,每一秒的成绩都不同,如果选择这个选项,那么Iometer显示的就是从测试一开始到现在为止的平均值。
Last of Update - 如果选择的是这个,那么Iometer就会显示最后次更新到现在的平均值。(如果你更新频率为30秒,那么成绩就是这个30秒内的平均值)
2)测试结果显示区域(图里的为默认,可以自己选择需要的结果)
Total I/Os Per Second 当前规则下,每秒处理的IOPS数。
Total MBs per Second 当前规则下,每秒的传输率。
Average I/O Response Time (ms) 当前规则下,平均一次IOPS处理时间。
Maximum I/O Response Time (ms) 当前规则下,最大一次IOPS处理时间。
%CPU Utilization (total) 当前规则下,CPU占用率
Total Error Count 当前测试中,测试出错计数。其实还有很多的测试结果项目可以选,喜欢深入研究的朋友可以继续发掘,我这里也只是简单的介绍这款功能强大的Iometer软件。
介绍完后测试开始,适合企业级存储设备的IOmeter性能测试:4K:100%读取;100%随机;全盘LBA
SATA接口的硬盘最大QD支持到32,所以这个图形里可以看到超过32的就没有任何提高了。
但是超过QD32后,平均响应时间和最大响应时间都提高了,因此服务器要按照需求合理安排硬盘数量。(系统监视器里查看当QD多的时候需要增加硬盘数量,一般来说QD>3的时候就要增加硬盘了)。
4K:100%写入;100%随机;全盘LBA
有数据写入缓存的帮助,QD增大提高不了传输率了,但是QD高的情况下,延迟依然也会大大增加的。
数据库性能模拟:文件大小:8K;70%读取;100%随机,2线程1队列深度—>16线程 16队列深度
文件服务器性能模拟:文件布局:22% 512b, 15% 1k, 8% 2k, 23% 4k, 15% 8k, 2% 16k, 6% 32k, 7% 64k, 1% 128k, 1% 512k
80%读取;100%随机
网页服务器性能模拟
文件布局:10%512b, 5% 1k, 5% 2k, 60% 4k, 2% 8k, 4% 16k, 4% 32k, 10% 64k 100%读取;100%随机
表现的中规中矩,由于PCEVA之前测试机械盘较少,这里比较可惜没有别的机械盘来做参照对比,当前服务器如果要性能则应首选SSD。一般来说当整套系统的QD超过3的时候,也就是需要增加机械盘数量到阵列中了,不然会影响到服务器带来的用户体验,企业级机械硬盘的生存空间是多盘阵列下的稳定性和容量价格比。HGST Ultrastar 7K4000 4TB 适合对稳定,性能,容量都有要求的用户,非常适合在7X24小时高强度阵列环境下运作。
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