按壓硬盤(pán)就能提升幾讀寫(xiě)速度？機(jī)械硬盤(pán)讀寫(xiě)速度和這些因素有關(guān)
雖然SSD（固態(tài)硬盤(pán)）已經(jīng)非常普及，但如果用在服務(wù)器、NAS 等大容量存儲(chǔ)設(shè)備中，HDD（機(jī)械硬盤(pán)）的性價(jià)比依然無(wú)人能敵。一方面是因?yàn)樗阋肆看螅环矫媸且驗(yàn)樗煽啃詮?qiáng)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)間長(zhǎng)。而聽(tīng)說(shuō)只要用力按壓硬盤(pán)，機(jī)械硬盤(pán)的速度就會(huì)提升高達(dá)十幾M，這是真的嗎？機(jī)械硬盤(pán)讀寫(xiě)速度究竟和哪些因素有關(guān)？本文為你一一道來(lái)。
機(jī)械硬盤(pán)的構(gòu)造
1956 年 IBM 研發(fā)出磁盤(pán)存儲(chǔ)系統(tǒng)，盤(pán)片直徑 61 厘米，重量上百公斤，兩臺(tái)冰箱大小，但容量只有 5MB。
1991 年 IBM 應(yīng)用溫徹斯特技術(shù)制造出 3.5 英寸的 1GB 硬盤(pán)。也是我們現(xiàn)在常見(jiàn)的臺(tái)式機(jī)機(jī)械硬盤(pán)。而筆記本和移動(dòng)硬盤(pán)用的 2.5 英寸硬盤(pán)，其內(nèi)部構(gòu)造和工作原理與 3.5 英寸是一樣的。
機(jī)械硬盤(pán)的組成部分有：
1. 盤(pán)片：存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。
2.磁頭：在盤(pán)片上讀寫(xiě)數(shù)據(jù).
3.磁頭臂：控制磁頭在盤(pán)片上移動(dòng)。
4.電路板：控制硬盤(pán)各部件工作。
5.接口：傳輸數(shù)據(jù)和供電。
……
當(dāng)機(jī)械硬盤(pán)工作時(shí)，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的盤(pán)片會(huì)高速旋轉(zhuǎn)，速度通常是 5400 轉(zhuǎn)、7200 轉(zhuǎn)、10000 轉(zhuǎn)/分鐘，需求更高的設(shè)備上（例如服務(wù)器）速度可以更快。在盤(pán)片旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁頭會(huì)快速地定位到盤(pán)片上非常非常狹窄的磁道上方，讀寫(xiě)盤(pán)片中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。
也就是說(shuō)，機(jī)械硬盤(pán)讀寫(xiě)速度和盤(pán)片轉(zhuǎn)速有關(guān)，盤(pán)片轉(zhuǎn)的越快，硬盤(pán)讀寫(xiě)數(shù)據(jù)的速度就越快。但是受限于機(jī)械結(jié)構(gòu)，盤(pán)片轉(zhuǎn)速總是有瓶頸的。
為了增加容量和讀寫(xiě)速度，盤(pán)片和磁頭并不是我們從正面看到的一塊，而是多個(gè)盤(pán)片重疊在一起。磁頭也并不是只掃上面，通常是上下夾住盤(pán)片，兩面都能讀寫(xiě)。
機(jī)械硬盤(pán)從名字到價(jià)格再到外形都給我們一種硬漢形象，但是其實(shí)它非?！笅蓺狻梗稽c(diǎn)點(diǎn)環(huán)境改變都可以降低它的工作效率甚至直接讓它報(bào)廢。
影響機(jī)械硬盤(pán)讀寫(xiě)速度的因素
一點(diǎn)小的因素可能就會(huì)影響機(jī)械硬盤(pán)讀寫(xiě)速度的改變，那么除了壓力之外影響機(jī)械硬盤(pán)讀寫(xiě)速度的因素還有哪些呢？我們一一道來(lái)。
01.振動(dòng)
影響機(jī)械硬盤(pán)讀寫(xiě)速度的因素之一是振動(dòng)。
前面說(shuō)了硬盤(pán)是通過(guò)磁頭在非常非常狹窄的盤(pán)片磁道上讀寫(xiě)數(shù)據(jù)，如果磁頭的角度位置有一丟丟錯(cuò)位，就無(wú)法正確讀寫(xiě)數(shù)據(jù)。
這種錯(cuò)位其實(shí)經(jīng)常發(fā)生，常見(jiàn)的原因就是「振動(dòng)」，只要輕微振動(dòng)就會(huì)導(dǎo)致磁頭位置發(fā)生變化。為了更直觀感受這種精度，我們以西部數(shù)據(jù) 8TB 紫盤(pán)舉例，這款硬盤(pán)大約有 2.48 億條磁道，每個(gè)盤(pán)片的單面有 1550 萬(wàn)條磁道。這是一塊 3.5 英寸（8.89cm）磁盤(pán)，去除主軸占有后盤(pán)片的實(shí)際可用半徑大約是 0.875 英寸（2.22cm）。2.22cm 上并排了 1550 萬(wàn)條磁道，每毫米大約有 698198 條磁道。一根頭發(fā)的直徑大約是 0.06mm。也就是說(shuō)頭發(fā)絲直徑的長(zhǎng)度下大約有 41892 條磁道。
這就是為什么非常微小的振動(dòng)就能影響機(jī)械硬盤(pán)讀寫(xiě)速度。磁頭每一次錯(cuò)位，意味著盤(pán)片那一圈為無(wú)效旋轉(zhuǎn)，下一圈到來(lái)前磁頭要盡量回到正確的位置，振動(dòng)稍微大一點(diǎn)就需要幾圈才能回正，也就增加了讀寫(xiě)時(shí)間。所以要提升機(jī)械硬盤(pán)讀寫(xiě)速度，就要減少磁盤(pán)振動(dòng)。
機(jī)箱中的振動(dòng)通常來(lái)自散熱風(fēng)扇，特別是便宜的散熱不會(huì)注意這一點(diǎn)，抖動(dòng)很大（對(duì)硬盤(pán)來(lái)說(shuō)）。比較好的散熱和服務(wù)器散熱風(fēng)扇的振動(dòng)影響往往還不足以達(dá)到影響硬盤(pán)的閾值。
由于硬盤(pán)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，它工作時(shí)肯定會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。
振動(dòng)的主要來(lái)源是讀寫(xiě)數(shù)據(jù)的磁頭臂，讀寫(xiě)數(shù)據(jù)的磁頭安裝在磁頭臂上，磁頭臂移動(dòng)以定位新的磁道，這個(gè)工作在瞬間完成，每秒大約可以完成 100 次定位。因此磁頭臂需要快速加速減速，根據(jù)物理定律，每次加速都會(huì)有相反的作用力被施加到硬盤(pán)主體上，使硬盤(pán)產(chǎn)生微小的 X 和 Y 方向的振動(dòng)。
電子產(chǎn)品和技術(shù)研究雜志 EP&T.CA 測(cè)試發(fā)現(xiàn)，當(dāng)硬盤(pán)被安裝放在彈性材料（塑料支架）上時(shí)振動(dòng)幅度明顯大于硬性材料（花崗巖）。所以更建議大家使用螺絲釘將機(jī)械硬盤(pán)固定在機(jī)箱上，而不是用硬盤(pán)支架。
下圖是測(cè)試結(jié)果，藍(lán)線 X 軸振動(dòng)，綠線為 Y 軸振動(dòng)。
硬性材料測(cè)試結(jié)果如下:
軟性材料測(cè)試結(jié)果如下：
如果硬盤(pán)安裝不牢靠，我們用手能力按壓硬盤(pán)也會(huì)起到固定作用，減少硬盤(pán)抖動(dòng)，從而提升機(jī)械硬盤(pán)讀寫(xiě)速度。有機(jī)械移動(dòng)硬盤(pán)的朋友可以試試，使用移動(dòng)硬盤(pán)大多放在桌面上，在讀寫(xiě)時(shí)給硬盤(pán)壓力，可能會(huì)讓它更有動(dòng)力。
02.氣壓
另外一個(gè)影響機(jī)械硬盤(pán)讀寫(xiě)速度的因素的氣壓。
在盤(pán)片高速旋轉(zhuǎn)是會(huì)產(chǎn)生氣流托起磁頭，托起高度非常非常低，并且越低，讀寫(xiě)越準(zhǔn)。但磁頭決不能完全貼著盤(pán)片移動(dòng)，否則會(huì)刮花磁道。
被刮花的磁道就不能再用了，這就是我們所說(shuō)的「物理壞道」。
導(dǎo)致磁頭與旋轉(zhuǎn)的盤(pán)片接觸的不光有振動(dòng)，還可能是低氣壓。
為了防止雜質(zhì)刮花盤(pán)片，機(jī)械硬盤(pán)內(nèi)部是完全無(wú)塵狀態(tài)。但又因?yàn)闅饬鞯木壒?，硬盤(pán)內(nèi)部與外界的氣壓需要相同，中間由空氣過(guò)濾片過(guò)濾外界的雜質(zhì)，保證機(jī)械硬盤(pán)內(nèi)部潔凈無(wú)塵。
而當(dāng)處于低氣壓（高海拔）環(huán)境時(shí)，盤(pán)片的轉(zhuǎn)動(dòng)無(wú)法產(chǎn)生足夠的氣流托起磁頭，就非常容易導(dǎo)致壞道，縮短硬盤(pán)壽命，所以一些硬盤(pán)在高海拔地區(qū)會(huì)「罷工」。
03.噪音
還有一個(gè)影響機(jī)械硬盤(pán)速度的因素就是噪音。
2008年工程師 BrendanGregg 在 YouTube 發(fā)布了一個(gè)視頻，視頻中他正在一個(gè)數(shù)據(jù)中心測(cè)試硬盤(pán)的讀寫(xiě)速度，只見(jiàn)他走到一個(gè)硬盤(pán)矩陣前，乘硬盤(pán)沒(méi)有注意時(shí)對(duì)其大吼了一聲，再回到電腦上查看 IOPS 指標(biāo)發(fā)現(xiàn)，被吼的硬盤(pán)出現(xiàn)了一個(gè)很陡的瞬間波峰。
像不像你正上班摸魚(yú)，老板突然在身后大吼一聲時(shí)你的心電圖走勢(shì)？這個(gè)實(shí)驗(yàn)證明了聲音也會(huì)對(duì)硬盤(pán)產(chǎn)生影響?？催^(guò)上面的內(nèi)容就很容易理解。聲音會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，而振動(dòng)會(huì)影響磁盤(pán)讀寫(xiě)速度。只需要 110 分貝就能降低大多數(shù)機(jī)械硬盤(pán)的性能。150 分貝甚至能直接讓硬盤(pán)歇菜。
結(jié)論
有時(shí)候我們讀寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)，不小心移動(dòng)了電腦或硬盤(pán)而導(dǎo)致讀寫(xiě)失敗，以往我們首先以為是因?yàn)榻涌谒蓜?dòng)而導(dǎo)致接觸不良。但仔細(xì)想想接口哪有那么容易松動(dòng)？我們給手機(jī)充電的時(shí)候隨意移動(dòng)手機(jī)也沒(méi)見(jiàn)充電終止啊?，F(xiàn)在看來(lái)可能是大幅晃動(dòng)導(dǎo)致硬盤(pán)「罷工」了。隨著技術(shù)升級(jí)，現(xiàn)在的機(jī)械硬盤(pán)也不像以前那么脆弱，但如果存儲(chǔ)重要數(shù)據(jù)，依然要避免晃動(dòng)它，避免影響機(jī)械硬盤(pán)讀寫(xiě)速度，也避免傳輸失敗。
本文部分資料和圖片來(lái)源
EP&T: Everything you need to know abouthard drive vibration
Blue Note: How Intentional AcousticInterference Damages Availability and Integrity in Hard Disk Drives andOperating Systems
YouTube: Shouting in the Datacenter
本文編輯：@ 小淙
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