西數紅盤“疊瓦門”后，機械硬盤選購避坑指南
責編：gltian ｜2020-04-24 11:08:01作者：mock
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，全球機械硬盤（HDD）出貨量環比下滑15%，同比下滑14%。這個數據讓人大跌眼鏡，因為，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于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盤不是斷貨就是漲價。
筆者認為，機械硬盤的銷售下滑，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，西部數據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磁盤技術節省成本，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盤產品中，絕非西部數據一家的問題。
從個人用戶視角，我們只關心三個問題：
- SMR“疊瓦技術”有什么缺點？
- 選購機械硬盤如何避開SMR的“大坑”？
- 市場上還有沒有能打的硬盤？
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”：
何為SMR?
目前市場上銷售的硬盤存儲技術分PMR(CMR)和SMR兩大類，后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)，又稱為存檔硬盤(冷儲存硬盤)。傳統的磁盤使用PMR技術，各磁道之間沒有重疊，而SMR技術則利用磁盤寫入磁道比讀取磁道更寬的特性，部分重疊寫入磁道，因此可以將更多磁道寫入磁盤（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盤上。
但是天下沒有免費的早餐，SMR的“占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，采用SMR技術的硬盤不適用于隨機寫IO用例，因為其寫性能比非SMR驅動器慢得多。
事實上，SMR磁盤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，屬于WORM device type(一次寫入，多次讀取型)。
因此，不建議將它們用于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采用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。
SMR的三種類型（此部分內容可略過）：
- 驅動器管理型（DM-SMR），對操作系統是不透明的。這意味著ZFS無法“分散”寫入，這是ZFS使用最差的類型，因此盡量避開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），不向后兼容，需要ZFS來管理SMR進程。
SMR的主要缺點
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。
- 多次亂序寫入后會出現類似SSD的臟盤降速問題，而且目前無解。
- 重復寫入時降速嚴重，甚至不到10MB/s。
- 同一磁軌重復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盤損毀！
- 隨機寫入可能會造成原始數據出錯，拷貝出來后跟原始資料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。
如何避開SMR的大坑？
但是，成本更低，售價更低的SMR硬盤并非一無是處，我們今天的采購建議，主要面向的是臺式機系統盤和活躍存儲盤，也就是需要裝載游戲或者運行密集多媒體處理任務的主力硬盤或者長期下載或使用頻繁的NAS硬盤（包含RAID陣列），這兩種應用場景中，我們需要盡量避開SMR硬盤。
總之，目前我們采購硬盤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硬盤都建議暫時先不要買，手里有PMR硬盤先用，等PMR硬碟完全停產再說，千萬不要貪便宜買SMR硬盤來當NAS盤或系統盤。
下面進入正題，哪些硬盤是SMR硬盤？
由于廠家存在虛標問題，因此，目前市場上并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硬盤型號，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：
采用SMR技術的希捷硬盤（信息來源：Blocksandfiles）
- 酷魚Barracuda 2TB – 7,200rpm – SATA 6 – ST2000DM008
- 酷魚Barracuda 4TB – 5,400rpm – SATA 6– ST4000DM004
- 酷魚Barracuda 8TB – 5,400rpm – SATA 6 – ST8000DM004
- Desktop HDD 5TB – 5,900rpm – SATA 6 – ST5000DM000
- 希捷銀河企業級硬盤Exos 8TB – 5900rpm – SATA 6 – ST8000AS0003
- Archive v2 6TB – 5,900rpm – SATA 6 – ST6000AS0002
- Archive v2 8TB – 5,900rpm – SATA 6 – ST8000AS0002
細思極恐的是，酷魚8TB（ST8000DM004）、5TB臺式機硬盤（ST5000DM000）的產品介紹和產品手冊中都未提及SMR。
緩存達到256MB的希捷酷魚硬盤，使用SMR的可能性很大（希捷酷魚硬盤數據表：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寸的酷魚硬盤也使用了DM-SMR技術（購買移動硬盤的用戶也要留神）。
采用SMR技術的西部數據硬盤：
編號為“WDx0EFAX”的NAS硬盤（其中小寫的x與容量匹配）、緩存容量256MB的藍盤，基本都是采用DM-SMR的產品。
有用戶斷言2.5英寸的西數1TB和2TB藍盤也采用了DM-SMR。
日立（HSGT）采用SMR技術的硬盤：
一向“守身如玉”的兩款日立硬盤也被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的硬盤產品：
- 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
最后，關于個人用戶是否有必要采購企業級/氦氣硬盤的問題，我們簡要建議如下：
企業級硬盤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盤的平均故障率甚至還要略高于消費級硬盤，因此如果沒有特別的需求，個人用戶優先購買消費級硬盤或者NAS專用盤。
至于氦氣硬盤，價格比空氣硬盤貴20%左右，優點是發熱小能耗低，但這點些微的改進對于數據中心來說也許更有價值，至于可靠性方面，氦氣硬盤誕生不到5年，因此還沒有明顯的數據證明氦氣硬盤的壽命或可靠性有肉眼可見的提升。