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磁盤陣列柜的性能

發(fā)布時間: 2012/9/16 0:16:18

　一個SCSI硬盤的平均故障間隔時間〈MTBF，MeanTimeBetweenFailure〉，都在數(shù)萬小時以上，在正常使用情況下，要壞掉一個硬盤已經(jīng)很不容易了；在同一系統(tǒng)內(nèi)，兩個磁盤驅(qū)動器同時壞掉的機率，更是微乎其微。但是，如果把磁盤驅(qū)動器放在布滿殺手的環(huán)境內(nèi)，就另當(dāng)別論了。

構(gòu)建一個磁盤陣列儲存系統(tǒng)，可靠度遠(yuǎn)比速度來的重要。因此，不但要選一個高性能的陣列控制器，更要慎重地挑一個高可靠度的磁盤陣列柜。因為，寶貴的數(shù)據(jù)不是存在數(shù)組控制器里，而是存放在磁盤驅(qū)動器里；而磁盤驅(qū)動器又是放在磁盤陣列柜內(nèi)。所以，要仔細(xì)挑選一個可靠的磁盤陣列柜，來當(dāng)磁盤驅(qū)動器的神盾，千萬不要挑一個磁盤驅(qū)動器殺手！

磁盤陣列柜的設(shè)計挑戰(zhàn)

由于磁盤驅(qū)動器的技術(shù)以及傳輸接口的技術(shù)不斷的發(fā)展，磁盤陣列系統(tǒng)的設(shè)計隨時都面臨新的挑戰(zhàn)，以便符合與日俱增的要求。一個優(yōu)質(zhì)的磁盤陣列柜，必須在設(shè)計階段，就要考慮到其規(guī)格必須符合更大容量、更高轉(zhuǎn)速磁盤驅(qū)動器的需求，提供：

穩(wěn)定、高容量、容錯的電源供應(yīng)系統(tǒng)

可靠、高性能、容錯的冷卻系統(tǒng)

能夠克服震動的機械結(jié)構(gòu)

支持SCA2熱抽換接頭之被動背板

一體成型、無主動組件之磁盤載盒

數(shù)組柜環(huán)境監(jiān)控與警示功能

直接熱抽換且方便的維護(hù)操作功能

最佳的空間利用

穩(wěn)定、高容量、容錯的電源供應(yīng)系統(tǒng)

如果各位仔細(xì)看看磁盤驅(qū)動器的規(guī)格書，您會發(fā)現(xiàn)磁盤驅(qū)動器馬達(dá)啟動時，需要很大的啟動電流〈約2A〉，約為平常讀寫時〈約0.66A〉的3倍；磁盤驅(qū)動器在SEEK時，需要很大的瞬間電流〈約2.1A〉，約為讀寫時〈約0.66A〉之3倍。因此，電源供應(yīng)系統(tǒng)必須能提供足夠、穩(wěn)定之瞬間電流，否則會造成磁盤驅(qū)動器無法啟動，甚至造成數(shù)據(jù)寫入錯誤〈此為導(dǎo)致RAID磁盤驅(qū)動器被RAID控制器判定為Down，但磁盤驅(qū)動器送回原廠測試卻無故障之原因〉。當(dāng)磁盤驅(qū)動器轉(zhuǎn)速越來越快，SEEK速度也越來越快時，電源供應(yīng)器必須提供足夠的容量，以因應(yīng)將來擴(kuò)充的需求。

具備容錯，熱抽換、負(fù)載分享之雙電源供應(yīng)器，是不可或缺的，更重要的是，如果電源供應(yīng)器發(fā)生故障，要能不必下螺絲就能熱抽換電源供應(yīng)〈使用螺絲起子解螺絲會造成震動及搖擺，會損害工作中之磁盤驅(qū)動器〉。

有了雙電源供應(yīng)器，更要具備兩組電源輸入，一個接到市電，一個接到UPS。如此，無論突然斷電，或UPS故障，都不會造成RAID當(dāng)機。

好的電源供應(yīng)系統(tǒng)，還須具備交流電壓與頻率自動選擇及調(diào)整，以適用不同電壓及頻率，更重要的是，要能克服電壓及頻率不穩(wěn)之狀況。在用電尖峰時段，市電電壓可能降到100伏特以下，而在非用電尖峰時段，市電電壓可能升到120伏特以上，因此電源供應(yīng)系統(tǒng)必須能夠容忍這些電壓變化，提供磁盤驅(qū)動器穩(wěn)定的電壓和電流，否則可能造成磁盤驅(qū)動器故障，甚至數(shù)據(jù)寫入錯誤。磁盤陣列柜的電源供應(yīng)系統(tǒng)，最好能夠提供從85到260伏特?zé)o段自動調(diào)整，如此，無論插到哪種插座，市電品質(zhì)如何變化，都不會影響磁盤陣列的功能。

可靠、高性能、容錯的冷卻系統(tǒng)

在許多案例中，我們發(fā)現(xiàn)冷卻系統(tǒng)設(shè)計不完善的磁盤陣列柜，只能裝設(shè)7200轉(zhuǎn)的磁盤驅(qū)動器，若使用10，000轉(zhuǎn)的磁盤驅(qū)動器，系統(tǒng)就會過熱�，F(xiàn)在，Seagate已經(jīng)推出15，0000轉(zhuǎn)的磁盤驅(qū)動器了，如何挑選一個具備可靠、高性能、容錯之冷卻系統(tǒng)的磁盤陣列柜，就更顯得重要了。

一般磁盤陣列柜之設(shè)計，在每個磁盤驅(qū)動器載具上加裝小風(fēng)扇，整個系統(tǒng)再裝數(shù)個大風(fēng)扇，用邊吸邊吹的方式散熱，不但散熱效果不好，而且是產(chǎn)生磁盤驅(qū)動器故障的潛在因素：它帶來的危害有以下這些：

產(chǎn)生大量氣流將粉塵吹入系統(tǒng)，污染磁盤驅(qū)動器及風(fēng)扇本身造成故障。

采用一般PC用小風(fēng)扇，且數(shù)量多〈轉(zhuǎn)動機械零件越多，故障機率越高〉，系統(tǒng)可靠度因而巨幅降低？/li>

一旦有一個小風(fēng)扇故障，相關(guān)磁盤驅(qū)動器便無法獲得足夠散熱而故障。

一個優(yōu)質(zhì)磁盤陣列柜之冷卻系統(tǒng)的設(shè)計，必須完全符合熱力學(xué)理論之全方位冷卻：熱傳導(dǎo)、熱對流及熱輻射之三相散熱方式，才能更有效率、可靠度更高：

磁盤驅(qū)動器載盒必須采用黑色、高導(dǎo)熱系數(shù)之金屬〈如鋁合金〉，并與載盒緊密接觸固定，如此可以最快最有效地將磁盤驅(qū)動器之熱能傳導(dǎo)至整個載盒，然后以最大輻射面積與最佳輻射顏色〈黑色〉，將熱能輻射至機體內(nèi)空氣中，再以中央系統(tǒng)渦輪抽風(fēng)機將熱空氣以對流方式排出

磁盤驅(qū)動器載盒不能使用風(fēng)扇，及其它任何主動組件，以免本身故障而損及磁盤驅(qū)動器

系統(tǒng)采用中央抽風(fēng)排熱設(shè)計，須使用兩個以上之工業(yè)用渦輪抽風(fēng)機〈不可用一般PC用風(fēng)扇〉，以提高可靠度與排熱效率。由于工業(yè)用渦輪抽風(fēng)機本身可以防止軸承被粉塵污染，且抽氣效率極高，可將機體內(nèi)熱空氣抽出，并在機體內(nèi)產(chǎn)生很大的相對低壓，冷空氣便可由經(jīng)過精密設(shè)計之對流孔，均勻地進(jìn)入機體內(nèi)，達(dá)到最佳對流散熱效果。

中央系統(tǒng)渦輪抽風(fēng)機必須具備熱抽換功能，且能夠自動溫控轉(zhuǎn)速，以達(dá)到最佳之排熱性能與能源使用效率只需一部渦輪抽風(fēng)機就足以維持系統(tǒng)散熱之最低限度。工業(yè)用渦輪抽風(fēng)機之出氣口面積只有一般PC用風(fēng)扇1/10，因此即使有任何風(fēng)扇因故停止運轉(zhuǎn)，也不致影響整個系統(tǒng)之熱對流結(jié)構(gòu)。

防震機械結(jié)構(gòu)

由于磁盤陣列的特性，當(dāng)存取陣列中的數(shù)據(jù)時，陣列中所有的磁盤驅(qū)動器的磁頭，都幾乎在同時，往同一個方向SEEK，又幾乎同時在相同的位置煞車，其慣性動量非常之大。因此造成很大的震動問題。如果磁盤陣列柜的機械結(jié)構(gòu)不能克服這些震動問題，輕則造成Re-Seek，嚴(yán)重的話，會導(dǎo)致碟面受損，數(shù)據(jù)遺失。

一個好的磁盤陣列柜的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計，必須克服上述震動問題：

磁盤驅(qū)動器以剛性方式固定于磁盤驅(qū)動器載盒〈不使用任何塑料或其它韌性支柱〉：塑料或其它韌性支柱會變成震動的放大器，讓磁盤驅(qū)動器震得更厲害。剛性方式固定，可以透過經(jīng)由模態(tài)分析〈ModelAnalysis〉設(shè)計之陣列柜，避開自然共振頻率〈NaturalResonanceFrequency〉以及強迫共振頻率〈ForcedResonanceFrequency〉，將系統(tǒng)震動降至最低，得到最佳性能，不會因震動造成磁頭偏移而需重新尋軌定位(re-seek)。

磁盤驅(qū)動器載盒必須為一體成型之剛性合金制造，且緊密穩(wěn)固地固定在機箱內(nèi)。如果是以卡榫或螺絲方式接合，其防震效果可想而知，非常不理想

支持SCA2接口的被動背板

前面提到，磁盤陣列系統(tǒng)最重要的是可靠度，因此所有具備主動組件〈包含電子組件和機械組件〉都必須安裝在可熱抽換的模塊上，以便發(fā)生故障時可以隨時更換。一般來說，被動組件是不會壞的，除非暴力相向。

磁盤陣列柜中，除了背板〈Backplane〉之外，其它所有模塊都可以是可熱抽換的。因此，背板上不可以有任何主動組件，以免有任一組件發(fā)生故障，必須停機更換，而且，一般來說，使用者是無法自行更換背板的。

磁盤陣列柜背板的另一個重要規(guī)格，是必須使用SCA2接頭，以支持熱抽換〈Hot-Swap〉。我們都知道，把磁盤驅(qū)動器從系統(tǒng)中拔出或插入，會造成很大的突波訊號，可能影響正在工作的Bus，甚至損壞磁盤驅(qū)動器接口組件，因此必須要有特殊的設(shè)計，來降低并防止突波可能造成的損害。

SCA2接頭的設(shè)計，是采用長、中、短等不同長度的接腳，將前期電源和地線、主電源、總線信號線等，依照先后順序接觸〈插入時〉或分離〈拔出時〉，如此可以將磁盤驅(qū)動器線路緩慢充電，將其電位提升以降低其與總線間之電位差，以減低突波訊號，保護(hù)電子接口組件以及避免干擾工作中的總線。

一體成型，無主動元件的磁盤載盒

在實際的案例中，常發(fā)現(xiàn)用戶把磁盤載盒送修，因為磁盤載盒蜂鳴器一直叫、風(fēng)扇卡住不轉(zhuǎn)了...，當(dāng)然，磁盤驅(qū)動器也可能因此而毀了〈因為風(fēng)扇不轉(zhuǎn)而造成磁盤驅(qū)動器過熱，唉，水能載舟，亦能覆舟〉。這就是磁盤載盒設(shè)計不良所造成的。

一個好的磁盤載盒設(shè)計，必須沒有使用任何可動機械或主動電子組件，亦即，不要有小風(fēng)扇，也不要任何控制線路。如此，磁盤載盒本身就是金剛不壞之身，不會造成故障，更不會成為磁盤驅(qū)動器殺手。

同時，磁盤驅(qū)動器的固定方式，也是一門學(xué)問。除了前述要將磁盤驅(qū)動器直接且緊密地固定在磁盤載盒上，以達(dá)到熱傳導(dǎo)散熱之外，磁盤驅(qū)動器最好是倒掛式固定。如果采取一般正面式固定，則磁盤驅(qū)動器所產(chǎn)生的熱，傳導(dǎo)至磁盤載盒之后，又輻射出來產(chǎn)生熱空氣，再往上升，剛好用來烤磁盤驅(qū)動器的線路板和組件〈本是同根生，相煎何太急？〉，會加速組件的老化。如果采取倒掛式固定，則傳導(dǎo)到磁盤載盒的熱，會輻射到磁盤驅(qū)動器上部空間，由對流氣流帶走，不會烘烤到磁盤驅(qū)動器線路組件。

為求達(dá)到最佳熱輻射散熱效果，磁盤驅(qū)動器載盒之表面，最好漆上黑色，因為黑色是最容易吸收熱能，也是最容易輻射出熱能的顏色。磁盤驅(qū)動器載盒的材質(zhì)，必須具備高導(dǎo)熱系數(shù)的特性，如鋁合金辨識理想的材料，導(dǎo)熱系數(shù)高，加工也方便。

而如前述，磁盤驅(qū)動器載盒必須是一體成型的剛性金屬合金制造，以達(dá)到最佳震動克服性能。我們非常不建議采用組合式磁盤載盒，一般這些組合式磁盤載盒，都是由一個架子和一個盒子組成；架子上有風(fēng)扇和熱抽換控制電路，固定在機殼上，再接Cable；磁盤驅(qū)動器則裝在盒子，透過轉(zhuǎn)接接頭連到架子上。如此，不但造成前述震動問題，而且一旦架子的風(fēng)扇或電子組件故障，就必須停機更換。

陣列柜環(huán)境監(jiān)控與示警功能

磁盤陣列柜中所有主動組件或機械組件，以及內(nèi)部環(huán)境溫度，都必須能夠監(jiān)控且有適當(dāng)?shù)木竞屯▓蠊δ埽?

陣列控制器必須能支持S.M.A.R.T.，以便預(yù)測可能發(fā)生的磁盤驅(qū)動器故障。妥善利用S.M.A.R.T.功能，能夠預(yù)先準(zhǔn)備好備用磁盤驅(qū)動器，以便在第一時間把不穩(wěn)的磁盤驅(qū)動器更換掉，如此可以把風(fēng)險系數(shù)降至最低。

環(huán)境狀態(tài)監(jiān)控器必須能隨時監(jiān)視機柜內(nèi)部溫度，以及控制排設(shè)裝置轉(zhuǎn)速，以達(dá)到最佳冷卻及能源利用效率。同時異常狀況必須以兩種以上方式通報，至少包含在數(shù)組柜本身的聲音與視覺燈光警示，以及遠(yuǎn)程通報。

電源供應(yīng)器的輸入與輸出，也必須隨時監(jiān)控。同時異常狀況必須以兩種以上方式通報，至少包含在數(shù)組柜本身的聲音與視覺燈光警示，以及遠(yuǎn)程通報。

另外，非常重要的一點是，環(huán)境監(jiān)視控制器本身也是主動組件，也可能發(fā)生故障，因此，磁盤陣列柜的環(huán)境監(jiān)控器，必須能夠支持熱抽換功能。

直接熱拔插且方便的維護(hù)操作功能

在磁盤陣列柜中，所有可能發(fā)生故障的組件，包括主動電子組件、可動機械組件，都必須能夠支持熱抽換功能。不能抽換的組件，就必須是不會故障的被動組件。

具備可熱抽換功能，大家都知道，但是，要如何才能更方便、更安全地作熱抽換，可是一門學(xué)問。一個提供方便維護(hù)、安全熱抽換的磁盤陣列柜，至少需具備以下功能：

所有可熱抽換的組件，都必須能由外部直接抽換，而不必先移除其它組件，如此才不會造成任何風(fēng)險。試想，如果一個風(fēng)扇壞了，你得先把一個電源供應(yīng)器移除，才能抽換壞的風(fēng)扇，你必須保證剩下那個電源供應(yīng)器不會出問題，否則，你就掛了。

所有的熱抽換動作，都不需要將手或工具伸進(jìn)機體內(nèi)部，去拆解螺絲或拔接頭。把工具伸進(jìn)機體內(nèi)，可能誤觸線路造成短路，整個系統(tǒng)可能因此損壞或當(dāng)機；把手伸入機體內(nèi)，可能會觸電，人一觸電，反應(yīng)是無法預(yù)期和控制的，可能會把整個磁盤陣列柜甩到五公尺遠(yuǎn)。

所有的熱抽換動作，都不需要使用任何工具。在操作中的系統(tǒng)上使用工具是非常危險的，用力轉(zhuǎn)螺絲會造成機體搖動，磁盤驅(qū)動器會受損；金屬工具也可能會造成短路。

所有可熱抽換的組件，都不可使用螺絲固定，因為如果不小心，螺絲很可能會掉進(jìn)機體內(nèi)，造成短路。如果一定要用螺絲，也要使用具有卡榫的螺絲，在解下后仍然能夠安全地卡在組件上，不會有脫落的危險。

最佳的空間利用

在機架式系統(tǒng)中，空間的利用以及散熱氣流的需求，是非常重要的因素。同樣可容納七臺磁盤驅(qū)動器，一個只要占3U空間的磁盤陣列柜，當(dāng)然比一個要占6U空間的磁盤陣列柜要來得有效率。

要能達(dá)到最佳化的空間利用，除了磁盤陣列柜的體積要小之外，散熱氣流的需求也是決定性因素。一個只應(yīng)用到單向?qū)α魃岱绞降拇疟P陣列柜，需要很大的氣流需求才能達(dá)到散熱效果，因此即使體積小，也不能在一個機架中裝設(shè)太多磁盤陣列柜，否則散熱氣流就會不夠。

如果磁盤陣列柜采用高效率的三相散熱〈熱傳導(dǎo)、熱輻射、熱對流〉系統(tǒng)，就只需要小量的氣流，便足以發(fā)揮散熱效果，因此可以在機架中高密度地裝置磁盤陣列柜，大大地提高空間使用效率，當(dāng)然也大大地降低了成本。這對大型企業(yè)、ISP、以及主機代管業(yè)者來說，是非常有經(jīng)濟(jì)效益的規(guī)格。

保護(hù)您的數(shù)據(jù)，要從保護(hù)您的磁盤驅(qū)動器開始；要保護(hù)您磁盤驅(qū)動器，就要挑一個可靠、穩(wěn)定的磁盤陣列柜。要知道您的寶貴數(shù)據(jù)，不是存在CPU，也不是存在主機板，也不是存在控制卡，而是存放在磁盤驅(qū)動器里。所以，挑選磁盤陣列柜，是件很慎重的事情，千萬不要討價還價，而是要很挑剔地找一個磁盤驅(qū)動器的神盾，可別找一個殺手。

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