硬盘驱动器性能指标及其适用工作负载解析

硬盘驱动器的关键I/O与性能特性是什么？

存在多个特性指标，但只有一项具有广泛可比性和完全可复现性——即持续数据传输率。这指的是硬盘驱动器外径能够提供的数据传输速率，这也是最重要的指标，因为HDD非常适合顺序操作。因此，我们通过该指标对硬盘驱动器进行评级、判断和基准测试。

另一个指标是每秒输入/输出操作次数（IOPS）。由于机械寻址方式的限制，HDD在该指标上通常表现较慢，且可比性不强。尽管如此，若要评估硬盘驱动器的敏捷性，这仍是一个重要指标。与此相关的是延迟，但延迟取决于许多系统参数。基本上，我们基准测试HDD的方式就是通过持续数据传输率和IOPS。

这些特性对最适合硬盘驱动器的工作负载类型意味着什么？

如果HDD用于典型的顺序数据读写操作，我们可以获取其每秒传输的兆字节数（MBps）。这取决于转速和磁道内的数据密度。

以每分钟5,400转的硬盘驱动器为例，其外缘的持续数据传输率可达170MBps或180MBps。如果继续向内圈磁道读写，速率会降至约10MBps。这是一个极端情况——通常，我们现在使用的HDD转速为7,200rpm，此时持续数据传输率还取决于数据密度。

例如，十年前，4TB、6TB和8TB驱动器的数据密度较低，持续数据传输率约为20MBps。如今，24TB硬盘驱动器的持续数据传输率已超过300MBps。显然，如果继续向内径读写，速率会降至200MBps范围，平均值约为250MBps。

另一个指标是IOPS。HDD在IOPS方面表现不佳。如果将MBps和IOPS与SSD对比，HDD的速度相当慢且表现较差。SSD在IOPS上快数倍甚至数千倍。但我们不会直接与SSD进行一对一的比较，因为SSD通常使用一两个，而HDD在系统中可能使用四个、八个、十二个甚至数百个。因此，尽管单个硬盘驱动器的性能指标较慢，但使用多个时可以获得显著性能。

回到IOPS。每秒操作次数取决于HDD查找要读写的磁道的速度，以及在磁道内查找小块数据的速度。作为机械组件，这需要时间。现代硬盘驱动器的典型IOPS约为每秒读取200到220个小文件。通常，IOPS的性能还取决于系统设置。

在进行可比测量时，我们通常读写非常小的4K块，并以I/O队列深度为16加载驱动器。驱动器接收某些块的请求后，必须找到磁道，然后在磁道内找到块，这将操作限制在每秒220次。写入操作稍快，因为不需要查找数据，可以直接定位位置。

此外，对于写入操作，HDD可以对未完成的写入请求进行排序，以最小化磁臂摆动到不同磁道的幅度。

考虑到所有这些参数，哪些工作负载最适合硬盘驱动器？

任何类型的顺序工作负载。在顺序工作负载中，HDD以300MBps运行，而SSD以500MBps、1000MBps或2000MBps运行，HDD的表现并不差。任何类型的顺序工作负载，如视频流、备份数据，都是硬盘驱动器的理想选择。

如果数据读写更随机，单个硬盘驱动器的速度会非常慢。具有多个硬盘驱动器的大型系统通常将数据打包成更大的块，基于SSD或内存操作，然后顺序写入更大的HDD。

此外，HDD没有任何耐久性限制。这使得它们成为视频或监控数据的理想选择（也可能是唯一合适的存储介质），因为这些场景涉及大量重写操作，而SSD无法胜任。

工作负载的读写顺序性越强，越适合HDD，并且可以从该介质中获得更多性能。