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2016
11-28

小白DIY装机指南系列——硬盘&系统篇

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硬盘,如果你的笔记本电脑搭载了i5这种级别的CPU并且拥有4G或更大的内存而平时又非常卡的话,那么你就得考虑一下硬盘问题了,至少目前来说,硬盘是绝大多数电脑的瓶颈所在。

买硬盘应该首先考虑什么呢?一个合格的电脑玩家,要懂得如何获得最优化,最省钱的硬盘组合方案,比如我的笔记本就采用了SSD系统盘+500G高速机械硬盘+1T大容量机械硬盘的搭配,而家里台式机则采用了双机械硬盘RAID0阵列的方案,前者花费600+元,后者用的都是原装或者其他处收集来的硬盘,成本为0。购买硬盘,特别是笔记本硬盘,我建议首先考虑速度然后考虑容量,不信的话用一段时间就会懂了。

先说说机械硬盘,机械硬盘其实结构就跟光驱类似,都是内部一个盘状存储碟旋转,只不过硬盘中的硬碟比光盘要更加的精密,转速更快,但是值得注意的是两者都是只有一个磁头或光头(吴克?),因此无法同时进行读和写操作,平时我们看到的同时读写实际上是分时。因为有旋转所以就有转速之分,转速越快读写速度越快,通常来说有7200rpm和5400rpm两种规格的转速,台式机基本都是7200rpm,而笔记本则惯用5400rpm,以前只有高端的游戏本和移动工作站选配7200rpm硬盘,随着需求的不断提高目前很多的主流级笔记本也开始使用7200rpm硬盘。在速度上7200rpm笔记本硬盘平均读取速度在110MB/s左右,5400rpm笔记本硬盘在80MB/s左右,台式机的7200rpm硬盘通常在130MB/s以上,用HDTune软件测试如果曲线是规整的缓缓下降的凸曲线那么则表明情况良好,之所以呈现曲线是因为虽然整块硬碟上每个点的角速度都一样但是由于距中心距离不同所以其线速度会有差异,简单地V=wR,最开始时磁头在最远点,所以速度最快,之后随着向中心的靠近,速度逐渐下降。

这里,笔记本硬盘,特别是7200rpm硬盘,推荐日立(HGST)品牌的,没有理由,纯属经验。如果想为笔记本选购第二块硬盘,那么首选7200rpm的,台式机的话如果是要做监控机用或者做存储区用的话那么推荐西部数据的绿盘,便宜节能。如果是发烧游戏玩家,那么推荐西部数据的黑盘或者希捷的混合硬盘。

相比日常应用需求和其他硬件技术的提高,硬盘本身的提高却一直缓慢,成为制约性能的最大短板,为了解决硬盘瓶颈,我们通常会见到两种方案,一种是简单地SSD固态硬盘方案,另一种是Raid磁盘阵列方案。先说SSD固态硬盘,近来SSD已经走下神坛,虽然相对于机械硬盘SSD的单位容量价格依然是几倍甚至几十倍,但是SSD的性能绝对是机械硬盘无法与之相比的,单块SSD在SATA3.0接口下的读写可以轻松达到400MB/s以上,在PCI-E接口下更是可以达到1GB/s以上。但是这并不是SSD的真正优势所在,SSD最大的优势在于其小文件读取性能优秀,是机械硬盘的几十倍甚至上百倍,因为SSD不需要进行磁头寻道,这就好像是机械硬盘是把一大堆货物一圈一圈放在一个大圆盘上,想要那个要先询问它在那一圈,然后等待那个地方转动过来,然后把磁头伸出去拿过来,而SSD则直接放在一个带格子的橱子里,只要问一下在哪个格子里,直接就可以拿到,对于小文件的读取才是SSD的真正优势,而日常应用、程序的开启等几乎都是在进行小文件读取。SSD品牌不是很好说。。。反正不是山寨的就行。

关于4K对齐,这是很容易被忽视的一个问题,硬盘会划分成一块一块的区域用来存储数据,而在操作系统中也会有一个逻辑划分,由于算法差异,这两个划分方法没法对实际容量进行整除,所以会发生错位,出现一个逻辑块对应两个物理块的现象,程序在读取的时候是向操作系统询问的,操作系统会按照自己的划分区寻找数据,这样一来原本一次可以拿到的数据就要在磁盘上拿两次,效率必然大大下降,4K对齐就是解决这个矛盾,舍弃一小部分容量而实现两者的一一对应,不过不用担心,舍弃的这一部分容量相对于硬盘容量来说就是九牛一毛而已。从Windosw7开始,系统自身自带的磁盘划分工具都对默认进行4K对齐,而一些所谓的快速装机之类的软件及非原生系统光盘在安装的时候会忽略这个问题,造成白白的性能损失。

再有就是关于MBR和GPT两种分区表格式,具体原理太过复杂,只要知道MBR分区最多允许存在4个主分区,遇到2TB以上的硬盘会有容量损失(各家硬盘厂商和主板厂商都由解决方案),安装Win7及以下操作系统使用这个就好,而GPT比较先进,支持任意个主分区,多大的硬盘都不会有损失,同时UEFI启动必须使用GPT分区,安装Win8及以上操作系统推荐使用,二者是可以转换的。关于不同条件下的系统安装方法,参考最后附带的工作室小伙伴写的装机维护指南。

最后说一下另一种磁盘性能解决方案——RAID

RAID(Redundant Arrays of Independent Disks独立磁盘构成的具有冗余能力的阵列)是一种廉价的高性能磁盘解决方案,最初目的是为了以低价硬盘阵列的方式实现高性能磁盘性能,RAID有众多种类,我们主要说一下常见的RAID0、1、5、10。

RAID0,最简单最常用的方案,特点是大幅提高磁盘性能,但是会降低可靠性,因而大都用于家用,服务器很少采用。其核心原理是数据分条技术,将一份数据多份分别存入多块磁盘中,就好比原本要往一个10L的水箱里用一根水管加水,那么把它换成两个5L的水箱,每个水箱各自有一根水管,显然实现了同样的容量后者拥有了两倍的速度,RAID0下的磁盘以并联方式接入,并联数量越多就越快,并且容量不会有任何损失。但是由于是把一份完整的数据拆分保存,任何一部分损坏就会全部报废,这个概率问题很简单,假设有10块硬盘,每块损坏的概率是a,那么实际损坏概率P=C 1 10*a*C 9 10*(1-a)+C 2 10*a*C 8 10*(1-a)+C 3 10*a*C 7 10*(1-a)….=1-(1-a)^10(忽然发现我概率论真NB),则这个概率就要远大于a。因此,若将N(N>=2)块磁盘组建RAID0,那么理论速率就会是N倍,容量损失为0,不允许任意数量的主磁盘损坏。

RAID1,与前者思路相反的方案,放弃高性能,牺牲容量,换来高可靠性,其原理是在写入的同时将同样的数据写入另一磁盘作为Mirror,一旦主磁盘发生故障,Mirror立即启动,这样一来需要与主磁盘容量相同的容量的磁盘作为Mirror,容量利用率仅仅为1/2,但是却保证了任何一块磁盘损坏都能确保数据安全。因此,若N(N>=2,N通常为复数)块硬盘组建RAID1,则速率不变,容量损失为1/2,并且允许任意数量的主磁盘损坏。

RAID0+1,即RAID10,先进行RAID0,再进行RAID1,兼顾两者优势,若N(N>=4)块磁盘组建RAID0+1,则理论速率为原来的N/2倍,容量损耗N/2,允许任意数量的主磁盘损坏;RAID1+0,即RAID01,先进行RAID1,再进行RAID0,数据与Mirror均以RAID0写入,同样容量损耗N/2,也同样允许任意数量的主磁盘损坏但是只要一块磁盘损坏,与之相对的RAID0磁盘也将停止工作。(是不是感觉有点晕?)

小白DIY装机指南系列——硬盘&系统篇 - 第1张  | Vnoon

上图中横向表示一组数据,纵向表示一块硬盘

RAID3,这是RAID5的基础,每一组磁盘额外指定一个奇偶校验盘,假设磁盘1、2、3、4写入的数据分别是0、0、0、0,此时磁盘1、2、3、4以类似RAID0方式分条写入,则进行XOR异或运算,得到结果0,则将0存入奇偶校验盘,若其中磁盘3发生故障,数据变成1,则XOR异或运算结果变为1,与校验盘的数据不符,那么根据校验盘的数据0可以得到是磁盘3的数据出错,将其更正为0,此种方法若有N(N>=3)块磁盘接入则磁盘利用率为(N-1)/N,允许一块主硬盘出错,相对于RAID0提高了可靠性,相对于RAID1提高了速度,相对于RAID01和RAID10又降低了成本,是一种折中方案。但是RAID3下奇偶校验盘必须反复读写,每写入一次数据就要对其进行一次读写,特别是对于随机小数据读写,奇偶校验盘会成为性能瓶颈。

小白DIY装机指南系列——硬盘&系统篇 - 第2张  | Vnoon

上图中横向表示一组数据,纵向表示一块硬盘

RAID5就是分布式的RAID3,不再设立单独的校验盘,每次写入数据时随机指定校验盘,第一组数据写入时将磁盘1作为校验盘,第二次可能就将磁盘2作为校验盘,这样一来分担了校验盘压力,提高了随机小数据读写能力。

小白DIY装机指南系列——硬盘&系统篇 - 第3张  | Vnoon

上图中横向表示一组数据,纵向表示一块硬盘

附:装机维护指南

最后编辑:
作者:vnoon
一个不爱学习的电气专业学生,一个不务正业的程序猿
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