机械硬盘与SSD固态硬盘性能的深度

从7200转硬盘升级到10000转的迅猛龙，那叫量变。
从10000转的迅猛龙升级到SSD，这个叫质变。
2者的差距是有些地方相当大，而有些却很接近，主要是难比较。

经常听到有人说：我买2个黑盘组RAID 0，传输率也有接近250MB/s了，这个速度和Intel X25-M不相上下了，写入还高，容量又大，性价比明显好。一开始还试着会去纠正下他这个错误的观念，后来麻木了。有时候并不是他不懂，可能他是个商家，或者是刚买了黑盘的用户，又或者只是想"炒作"下，世界之大，啥人都会有么。

废话不多说了，下面我来说说自己的感觉。我用过7200转的机械盘，组过RAID 0。我也用过10000转的猛禽，组过RAID 0，我还用过SAS的15000转3.5inch还有2.5inch的盘，组过多盘RAID 0，用过早期的MLC,SLC，组过RAID 0，现在在用MLC的SandForce和barefoot SSD。
首先，先来看机械盘的运作，工作时磁盘在主轴马达的带动下，高速旋转，磁头臂在音圈马达控制下，在磁盘上方进行径向的移动和寻址，机械盘常见指标有下面几个：

1，每分钟转速：指的是主轴马达带动磁盘的转速，一般是7200~15000转，节能盘是5400转。（大家都知道）

2，平均寻道时间：一般是指读取的寻道时间，单位是ms。这个指标是说硬盘接到读/写指令后把磁头移动到指定的磁道（客观的说应该是柱面，但是相对指定的磁头来说就是磁道）上所需要消耗的时间。其实除了平均寻道时间外，还有道间寻道时间与全程寻道时间，前者是指磁头从当前磁道移动到旁边磁道上所需要时间，后者是指磁头从最外圈（内圈）移动到最内圈（外圈）磁道上所需要的时间，基本上是平均寻道时间的2倍。

3，平均潜伏期：这个指标是指当磁头移动到指定磁道后，需要等待指定读/写扇区移动到磁头下方所需要的时间。（盘片旋转），也就是说盘转速越快，潜伏期越短。一般平均潜伏期指的是磁盘转动半圈的时间，相同转速硬盘的平均潜伏期是固定的。7200转为4.167ms，5400转为5.556ms。

4，平均访问时间：这个就是平均寻道时间+平均潜伏期+指令操作时间，由于指令操作时间很短，所以一般就是前2者相加了，厂商一般不提供这个数据，因为不同固件，批次，会有不同，很难统一。

5，数据传输率：单位一般为MB/s，数据传输率就是传输速度了，大家都懂的。不同的数据请求会有不同的数据传输率，不过主要分外部传输率（接口）和内部传输率（介质）。外部就是指缓冲区与主机（内存）之间的数据传输率，内部指磁头与缓冲区之间的数据传输率。外部传输率会被接口限制，SATA 3G/6G, SAS 3G/6G, PCIE 4X, 8X等等接口会限制外部传输率，而内部传输率就是硬盘真正的数据传输能力。为了充分发挥内部传输率，外部传输率必须比内部传输率高。机械盘外圈磁道最长，可以让磁头在单位时间内比内圈磁道划过更多的扇区，所以外圈的内部传输率比内圈快。

6，缓冲区：单位为MB。有些人喜欢叫Cache。作用是平衡内部和外部的传输率。为了减少主机（内存）的等待时间，硬盘会把读取的数据先放入缓冲区，等全部读完或缓冲区填满后再以外部接口的速度快速向主机（内存）发送。随着技术发展，缓冲区在原本的基础上又增加了缓存的功能。缓存体现在3个方面：预读：磁盘“私自”扩大读取范围，在缓冲区向主机（内存）发送指定扇区数据（磁头已经读完指定扇区）后，接着读取相邻若干扇区并送入缓冲区，如果后面读取操作证号指向已经预读的区域，直接就可以从缓冲区读取而不需要再次磁头寻址，提高访问速度。写缓存：通常在写入操作时，先将数据写入缓冲区并发送到磁头，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，如果写缓存被开启，那么数据写入缓冲区后即刻向主机报告写入完毕，让主机提前处理下一个数据，提高了效率。读缓存：读取过的数据暂时保存在缓冲区内，如果主机再次需要时可以直接从缓冲区调用，加快速度。（缓存有专门的控制器，有专门的算法，自然有不同的效率。不同容量的缓存算法不通用。）
1，转速与寻道时间：

很多人认为机械硬盘转速快寻道时间就越快，这个是常见的错误认识，事实上寻道速度根本和转速完全没关系，因为2者不是一个设备控制的。

看过上面解释的朋友应该发现，转速是由主轴马达控制的，而寻道很明显是由音圈马达控制，所谓寻道就是磁头臂径向运动的速度和控制。很多情况下我们可以看到5400转和7200转的硬盘寻道时间一样，而之所以高速硬盘寻道时间快，是厂商的有意设计，就像高配机器低内存那样让人觉得不平衡，厂商会给高速盘配备更好的元件也是理所当然。

2，转速与数据传输率：

厂商宣传和用户的理解都是，高转速意味着高数据传输率，但是这个并不完全正确。持续数据传输率取决于很多指标，不单单是转速。转速高，单位时间磁头划过的扇区多，自然传输率快，这个没错，但是前提要盘片密度相等，低速硬盘提高盘片密度一样可以提升数据传输率。5400转的高单碟容量硬盘传输率强过10000转的猛禽就是一个例子。只要单碟密度提升1倍，那么5400转和10000转比传输率就不会输。高转速的优势是平均潜伏期，因为转速是死的，在这种情况下5400转永远处于劣势。

3，真正的内部数据传输率：

硬盘传输率大家都懂，但是有个误区，拿Mbps为单位的最高内部传输率说事，这其实是某些厂商与所谓高手的误导，后果相当严重。由于内部传输率决定了硬盘的实际数据传输性能，是个非常重要的指标，很多用户也最关心这个指标，厂商就投其所好，在产品资料中公布了最大内部传输率，但是很多都是以Mbps为单位，不少用户会拿这个数值来预测硬盘性能。但是这个数值是不能单纯的以除以8来换算成MB/s的，因为这个数值是磁头处理2进制的0/1信号（bit)纯理论性能，而磁头处理信号很大部分并不是用户数据（很多重编码的辅助信息）。很多硬盘厂商把这个数值标的相当高，但是这个数值没有任何实际价值，给人假象而已。厂商心里很明白，他们"偷着乐"而已。

4，拿缓冲区容量和性能说事：

缓冲区容量越大越好吗？容量缓冲区对零散数据传输有优势，不见得。大缓冲区容量会带来很多新问题，比如忽然断电等情况，笔记本有电池会好点。而缓冲区对性能的影响体现在厂商的缓存管理技术上，每个厂商是不同的，不同缓冲区容量也不适用相同的算法。我们拿最新的WD 4KB扇区EAR盘来说吧，配备了64MB的缓冲区，相对32MB的EADS来的快吗？不一定，你知道这个多出来的32MB是用来做啥的吗？相当大一部分用来做4KB和512B的模拟转换开销，映射表。厂商不是傻子，增加成本的做法他们才不做。当然既然给多缓存了，广告还是要打的。缓存管理算法比缓存容量更重要，命中率才是关键，光有容量没命中率只会带来安全隐患。
接下来我们来看看SSD吧，SSD里面的介质是闪存，一般是用的NAND。SSD的优势体现在极低平均访问时间，SSD没有寻道（里面没磁头），没潜伏期（没盘片）。由这里可以看出，随机性能上SSD可以说是绝对秒杀机械硬盘，没有任何的机械硬盘可以和SSD比较。差距是非常巨大的，50~100倍以上。

SSD的控制器也比机械盘的控制器复杂的多，这样形容的话可能会明白点：我们知道一个34nm的Intel NAND MLC Die的容量为4GB，如果我手头有个80G的X25-M G2，那么就是20个Die组成的（10个闪存颗粒，每个颗粒里2个Die封装），因为Intel主控是10通道的，如果我们把这块SSD理解成一个10块机械盘的RAID 0会如何哪？U盘为啥慢，因为主控一般是单通或者双通的，而且NAND颗粒也差点。而SSD快就是因为主控强，不看接口限制的话10个U盘RAID 0速度也很可观哦。"10盘"RAID 0带来的就是传输率的暴增，再加上SSD独有的极低平均访问时间，如何能不快？SSD的主控要管理10个”盘“，而机械盘主控只要管好1个”盘“就行了，复杂度当然会完全不同了。再加上NAND的物理特性，-读写/擦单位不等，坏块管理，映射表管理（OS LBA和SSD 物理page），缓存算法等等..可以想象。朋友，不看外部接口（SATA)，你买块SSD就等于是买了块阵列卡加"盘"啊。

以我用电脑的经验来看，WINXP SP3系统对内存的要求是768MB可以基本流畅，明显减少了磁盘虚拟缓存负担，大于768MB后瓶颈转向磁盘系统，再提高内存也无济于事，只有提高磁盘速度才能感觉到速度提升。对于磁盘系统来说，50MB/s和100MB/s的传输率在XP下是完全2个感觉，如果大于150MB/s，这个感觉就又小下来了。早期的磁盘单盘很难达到100MB/s的传输率，普遍在60MB/s附近，所以很多朋友组了RAID 0来提高传输率破100MB/s，这样会感觉性能的提升。相对的，如今100MB/s传输率的盘已经烂大街了，再组RAID 0到200MB/s对XP的提升已经不明显了，也就显得无意义了，除非你是”视频复制党“，天天没事来回拷视频。以上是XP的感想。

至于Vista这个系统，烂就烂在磁盘性能上，没事都要拖磁盘后腿（后台做乱七八糟的Search Indexing,Fetch等等），用户就会感觉磁盘灯永远不太平（熄不掉），这里就有个问题就被扩大了，哪个问题？平均访问时间。对了，相信组过RAID 阵列的用户会感觉到Vista系统明显流畅很多，单盘的话总是有这有那的不舒服（即使你的盘传输率再高）。（优化到极限的那种系统不算，啥都关了自然快了）特别是加了外置阵列卡（卡上有缓存），或者开了南桥回写的。（主板会用内存做缓存，比如Intel的RST驱动，会用8~16MB内存做缓存，所以很多用户在开了卷回写缓存的Intel阵列上跑HDtune会看到突发传输率XXXXMB/s的速度，这是因为Hdtune软件测的是目标传输率，爆发率自然是发生在内存上的）这是为啥哪？机械硬盘同一时间只能一个磁头读/写数据，虽然多盘片的硬盘每张盘片会有1到2个磁头，但是同一时间只有1个磁头是读/写的。那么当Vista在后台请求那些零碎文件的时候，硬盘就会来回的挪动磁头去处理这些碎小文件，而当用户要去读/写某些文件的时候，2者就会抢着轮流让磁头处理，自然传输率不稳定了。（很多用户应该有这个经历，单块硬盘不同分区之间传输文件速度很慢，如果是大文件的基本是一半速度，如果是小文件就会很悲剧，而如果是两块硬盘或者是RAID阵列，速度就会明显快很多）而RAID阵列下，每个磁盘都有1个磁头可以同时读/写，自然会减轻负担。所以对Vista这类系统来说，平均存取时间比传输率对系统的流畅度来的更重要。如果是SSD哪？情况自然好很多了，前面不是说了SSD就像是一套"磁盘阵列系统"么，还带”卡“。

这个是我的1块ST 160G的盘，型号ST160827AS。单跑64KB速度。

我跑2个任务，各跑64KB，2个位置跨度是10%的C盘29G(也就是2.9G）

跑2个任务，各跑64KB，2个位置跨度是90%，从160G的头到接近内圈90%初，（160GX 90%= 144G）跨度。

我们发觉跨度越大，速度越慢，到了90%跨度后，这个速度已经很离谱了，因为磁头来回寻道的关系，时间都浪费了。这就是机械盘单磁头存取和平均存取时间慢的限制，多任务性能肯定低下了，像Vista这类系统，能快起来吗？磁盘对拷机器卡的同志们，看到这个图还认为不应该“卡”吗？

Win7这个系统是在Vista基础上开发而来，不得不说进步不少，后台操作明显比Vista轻很多，这样对磁盘负担减轻不少。但是SSD的优势还是显得很明显，由于操作系统比XP来的”臃肿“，开机启动项，驱动，服务都比较多，内存占用也很大，开机时需要把更多的数据读进内存，一块高传输率的磁盘是必要的，当传输率达到一定程度后，平均存取时间的要求就来了，SSD有着传输率和平均存取时间的双方面优势，开机显得快自然很正常。在多核CPU和大内存的带领下，多任务变成家常便饭，势必带来多请求，对机械盘的同一时间单磁头读/写是个非常沉重的打击，RAID系统或者SSD在这个时候优势明显，SSD多开/秒开程序的速度相信都看过，这就是差距。所以在当今主流操作系统上，单块机械盘已经不可能完全发挥整个电脑的性能了，磁盘系统的瓶颈也就凸现出来。
为啥会有这个问题？呵呵，玩速度，就是折腾。咋样折腾都可以，只要体现出速度就成。比如CPU，显卡上大炮（液氮），显卡开管线，CPU开核，内存超频等等都是”玩“速度的表现。在磁盘系统上，所谓的”玩“无非体现在下面几种：个人用户拿RAM来虚拟磁盘，安装Cache软件，使用EWF系统，这些原本都是用来规避磁盘系统瓶颈的方式，但是很多用户都喜欢SHOW出来，这样就变成了玩了，我很难想象拿这类机器来工作，至少我还没这个胆量。而所谓的”用“速度，自然就是我们日常最基本的操作速度，自然加上少量的”优化“来降低那些无用的操作来提升平均磁盘能力也是必要的。SSD是个新事物，SSD是个无底洞，SSD的速度可以标的老高，只要堆（钱），你要多少速度就可以给你多少速度。但是这些都是量变，我们从机械盘到SSD已经有了质变了，这些量变又有啥意义哪？而且不管如何折腾，有一个速度是提不上去的，厂商也不会告诉你。哪个速度？随机读取QD1速度，这个速度是SSD速度的关键。用CDM做测试的朋友会发觉，不管啥SSD，4KB读取的速度永远在1xMB~3xMB/s之间徘徊，你永远见不到4xMB/s以上，这是硬性限制（缓存内存不算啊）。啥东西都要讲道理，数据也是，如果哪天你看到NAND这个数据变成1XXMB/s了，大哥，你看到火星来的产品了。NAND是不可能有这个速度的。为啥？因为NAND的读取延迟摆在那里，同一时间的请求数是固定的，相对的SLC会比MLC高点而已。堆出来的高端产品，数据很好看，厂商可以说几十万，几百万的IOPS，但是这些IOPS都是在某些条件下达成的，而且绝对不可能是QD1下。一样的，如果是内存，当前4KB的QD1要到2xxxMB/s不可能，大部分都在1000MB/s以下，因为内存的延迟就是那样，不管你再如何快，这是当前工艺的物理限制。我们日常操作会用到多少QD？这个是很多人会问的问题，我可以告诉你，平均不会超过4，大部分都在1和2之间。而厂商给出的数据大部分是QD32或者64的，不用到数据库服务器等请求多的应用，你这辈子用不到，你喜欢为你用不到的性能买单吗？起先，那些PCIE接口的SSD都是为企业级服务器设计的，这样堆出来的性能自然没错，而且用的是正确的地方，而如今，随着OCZ, Supertalent, Photofast 那些厂商推出PCIE接口的SSD，然后标称值都老高的数据来吸引用户，这些做法我感觉是非常”忽悠人“的，因为用户根本"用不到"这些性能，而会冲着这些高指标去买单。（我这里说的”用不到“不是指你不需要，而是你不可能用到这性能，因为要达到这个性能需要有很多条件，但是厂商会标up to XXXMB/s甚至XXXXMB/s来忽悠你，产品可以达到这个速度不代表在你的平台和应用上会有这个速度）。

ramdisk

OCZ Vertex 2 100GB

WD VelociRaptor 600GB

持续速度很不错，一到随机就悲剧了，大部分时间都浪费在寻道加潜伏期上去了（也就是说大部分时间磁头都没在要的数据上）
这个问题很难准确的回答，电子产品看RP相信大家都知道。如果我告诉你，SSD已经有30多年的历史了，你们可能会不相信，是的，1976年就有了。技术在进步，耐久度却越来越烂，为啥？因为越来越小，越来越精密，越来越便宜。一个产品从军用，工业用到企业用再沦为民用后，产品本身的定位已经发生质变，可以想象我们手上的SSD和军用产品的SSD是完全不同的。 军用产品不讲究绝对的高性能，而讲究高耐久/稳定/恶劣环境,价格也不是考虑范围。到了工业用的要的就剩下适合恶劣环境，企业用的只要高性能/稳定/耐久了，到了我们手里。。。啥都不要了，只要高性能和便宜就成，难道不是吗？MLC的出现不正是为了弥补SLC在价格上的弱势吗？要是人人用得起SLC，还要MLC做啥哪？容量不够我堆就成了。

从SSD的初衷来看，耐久度和寿命肯定是高过传统机械盘的，但是实际受到影响的地方太多了，可以想象，即使我有一块0.001%故障率的盘，但是我用100多个盘组成了个RAID 0阵列，那么这个故障率就会明显提高，甚至不如故障率0.1%的单盘了吧。SSD是由N个Die组成的，每个Die都有可能会坏，很多Die出厂内部就有坏块，所以SSD主控要有坏块管理机制。即使1个Die的故障率低，但是盘一多故障率也是很可观的。选择主控ECC能力强还是很必要的