服务器硬盘是一种专门用于存储和读取数据的硬件设备。它通常具有较大的存储容量和高速的数据传输速度，以满足服务器对大量数据的处理需求。

机械硬盘工作原理

服务器硬盘可以根据不同的特性和用途进行分类。其中服务器硬盘中有机械硬盘(Hard Disk Drive，HDD)和固态硬盘(SSD)

机械硬盘：

机械硬盘是采用磁介质进行数据存储的。主要由：盘片，磁头，盘片转轴及控制电机，磁头控制器，数据转换器，接口，缓存等几个部分组成，所有的盘片都装在一个旋转轴上，每张盘片之间是平行的，在每个盘片的存储面上有一个磁头，磁头与盘片之间的距离只有0.1μm～0.5μm，较高的水平已经达到 0.005μm～0.01μm，所有的磁头联在一个磁头控制器上，由磁头控制器负责各个磁头的运动。机械硬盘读写速度依赖于电机的转速，因为需要依靠电机带动磁盘高速转动使磁头找到指定位置进行读写。如下图：

固态硬盘：

固态驱动器（Solid State Drive），俗称固态硬盘，固态硬盘是用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘，SSD由控制单元和存储单元（FLASH芯片、DRAM芯片）组成。它的工作原理与机械硬盘完全不同。SSD的优点包括读写速度快、防震抗摔性高、低功耗、无噪音以及宽广的工作温度范围，但它的缺点是容量相对较小、售价较高。固态硬盘在接口的规范和定义、功能及使用方法上与普通硬盘的完全相同，在产品外形和尺寸上也完全与普通硬盘一致。如下图：

固态硬盘

硬盘接口分类

注：过时淘汰掉的接口就不再介绍，如IDE硬盘。

SATA接口

SATA（Serial ATA）硬盘是目前最常见的硬盘类型，它采用串行连接方式，具有较强的纠错能力，并且能够对传输指令进行检查和自动矫正，从而大大提高数据传输的可靠性。以连续串行的方式传送数据，可以在较少的位宽下使用较高的工作频率来提高数据传输的带宽。这个硬盘接口大概是在2003年出现的，可以算是最为主流的硬盘接口形态。由于存在时间很长，SATA接口兼容性极强，几乎所有种类的主板都有SATA接口。市面上固态硬盘SATA接口在性能标准上，一般采用SATA Ⅲ标准，理论最高速度为6Gbps。大部分基于SATA接口的固态硬盘的读取性能正常会在500MB/S以上。

SCSI接口

SCSI（Small Computer System Interface）硬盘是一种高速数据传输技术，它不专门针对硬盘设计，而是广泛应用于小型机上。实际上它是一种总线型接口。独立于系统总线工作。SCSI硬盘的优点包括应用范围广、多任务、带宽大、CPU占用率低以及支持热插拔等，

SAS接口

SAS（Serial Attached SCSI）即串行连接SCSI，是新一代的SCSI技术,SAS结合了SATA和SCSI的优点开发出的全新接口，采用串行技术以获得更高的传输速度，并通过缩短连结线改善内部空间等，旨在改善存储系统的效能、可用性和扩充性，并提供与SATA硬盘的兼容性。在物理层，SAS 接口和 SATA 接口完全兼容，SATA 硬盘可以直接使用在 SAS 的 环境中，从接口标准上而言，SATA 是 SAS 的一个子标准，因此 SAS 控制器可以直接操 控 SATA 硬盘，但是 SAS 却不能直接使用在 SATA 的环境中，因为 SATA 控制器并不能 对 SAS 硬盘进行控制；具体来说，二者的兼容性主要体现在物理层和 协议层的兼容。

FC接口

FC（Fiber Channel）即是“光纤通道”的意思。和SCSI接口一样，光纤通道最初也不是为硬盘设计开发的接口技术，但随着存储系统对速度的需求，才逐渐应用到硬盘系统中，它以点对点（或是交换）的配置方式在系统之间采用了光缆连接，大大提高了多硬盘系统的通信速度。FC硬盘的优点包括高速带宽、远程连接和连接设备数量大等，但它主要用于数据中心和高端服务器环境。

M.2接口：

M.2接口2013年诞生，M.2原名是NGFF接口，是Intel推出的一种替代MSATA新的接口规范，它是为超极本(Ultrabook)量身定做的新一代接口标准，主要用来取代MSATA接口，具备体积小巧、性能主流等特点。并且M.2又有丰富的可扩展性。

M.2接口按照插槽来划分可以分为BKey和MKey

1. B key

支持SATA通道PCI-E X 2通道，传输速率就和SATA 6Gbps一模一样，没有区别。

2. M key

支持PCI-E x 4通道，在PCI-E*4通道上可以支持NVME协议，理论带宽32Gbps。

U.2接口

U.2接口别称SFF-8639，是由固态硬盘形态工作组织(SSD Form Factor Work Group)推出的接口规范。U.2不但能支持SATA-Express规范，还能兼容SAS、SATA等规范。因此可以把它当做是四通道版本的SATA-Express接口。U.2接口的最大特色就是高速低延迟低功耗，支持NVMe标准协议，并且走的是PCI-E 3.0 x4通道，理论传输速度高达32Gbps。

PCIE接口

PCI-E是PCI Express的简写，是新一代高速串行计算机扩展总线标准，它原来的名称为“3GIO”，是由英特尔在2001年提出的，旨在替代旧的PCI，PCI-X和AGP总线标准，采用点对点的串行连接，可以将数据传输率提高到一个很高的频率，以此提供更高的带宽，总线位宽可分为 x1、x2、x4、x8 和 x16 几种配置。通道数量越多意味着带宽越高，插槽也就更长。

传输协议

协议就是指进行通信双端约定好的规则，包括怎样连接、如何互相识别。 目前固态硬盘主流传输协议有三个，分别是AHCI协议、NVMe协议以及SCSI协议

AHCI协议：

AHCI(Advanced Host Controller Interface)是一种SATA控制器的通信协议，它是一种由Intel提出的开放标准。AHCI协议旨在提高SATA控制器的性能和可靠性，并提供诸如NCQ(Native Command Queuing)等功能。

AHCI协议主要用于处理SATA设备和主板之间的通信，支持高速数据传输，提高系统的响应速度和效率。AHCI协议还提供了一种通用接口，使得不同供应商的设备可以相互兼容，并能够在同一系统上共存。

NVMe协议：

NVM Express（NVMe），通常我们把支持NVMe协议的高性能SSD叫做NVMe M.2 SSD。NVM E,是一个逻辑设备接口规范，通常是指使用PCI-E通道的SSD的一种协议规范。此规范目的在于充分利用PCI-E通道的低延时以及并行性，还有当代处理器、平台与应用的并行性，在可控制的存储成本下，极大的提升固态硬盘的读写性能，降低由于AHCI接口带来的高延时。

NVMe具体优势包括：

• 性能有数倍的提升；
• 可大幅降低延迟；NVME精简了调用方式，执行命令时不需要读取寄存器，而AHCI每条命令则需要读取4次寄存器，一共会消耗8000次CPU循环，从而造成2.5微秒的延迟。
• NVMe可以把最大队列深度从32提升到64000，SSD的IOPS能力也会得到大幅提升；
• 自动功耗状态切换和动态能耗管理功能大大降低功耗；升级版的NVME在能耗方面肯定会进行优化处理，能耗降低了有助于设备的节能使用，同时也会减少控制元件的工作负荷。NVME加入了自动功耗状态切换和动态能耗管理功能，SSD在闲置的时候可以快速的控制在极低的水平，从而降低整体的能耗
• NVMe标准的出现解决了不同PCIe SSD之间的驱动适用性问题 混合硬盘（HHD/SSHD）：混合硬盘是机械硬盘与固态硬盘的结合体，采用容量较小的闪存颗粒用来存储常用文件，而磁盘才是最重要的存储介质，闪存仅起到了缓冲作用，将更多的常用文件保存到闪存内减小寻道时间，从而提升效率。混合硬盘既具有机械硬盘的大容量，又具备固态硬盘的高速读写能力。

SCSI协议：

SCSI，全称Small Computer System Interface，即小型计算机接口，是一种用于连接计算机及其外围IO设备（如磁盘、光驱等）的接口标准，目前最大部分的应用是在存储设备上。SCSI协议定义了统一的信息交互模型和必要的命令集，用于计算机与不同设备间进行数据通信；同时SCSI协议不与特定的传输介质绑定，因此可以在多种传输介质上实现，如基于光纤的FCP链路协议、基于IP网络的ISCSI协议以及SAS链路协议等。

SMART信息

SMART信息是一种自动的硬盘状态检测与预警系统的规范，通过在硬盘硬件内的检测指令，对硬盘的硬件如磁头、盘片、马达的运行情况进行监控、记录，并与厂商所设定的预设安全值进行比较。如果监控情况超出预设安全值的安全范围，系统会自动向用户发出警告并进行轻微的自动修复，以提前保障硬盘数据的安全。SMART信息包括多个属性和描述，例如起转时间、启动/停止计数、重分配扇区计数、通电小时计数、通电次数、可用预留空间、编程失败计数、擦除失败计数、意外断电、端到端错误检测计数以及不可纠正的错误计数等。这些属性提供了关于硬盘健康状况的详细信息，帮助用户及时了解硬盘的性能状态，预防数据丢失风险

smart信息参数说明：

临界值(Threshold):

这是硬盘厂商指定的表示某一项目可靠性的门限值，也称阈值，它通过特定公式计算而得。如果某个参数的

当前值接近了临界值，就意味着硬盘将变得不可靠，可能导致数据丢失或者硬盘故障。

当前值(Normalized value):

当前值是各ID项在硬盘运行时根据实测数据通过公式计算的结果，计算公式由硬盘厂家自定。

硬盘出厂时各ID项目都有一个预设的最大正常值，也即出厂值，这个预设的依据及计算方法为硬盘厂家保密，不同型号的硬盘都不同，

最大正常值通常为100或200或253，新硬盘刚开始使用时显示的当前值可以认为是预设的最大正常值（有些ID项如温度等除外）。随着使

用损耗或出现错误，当前值会根据实测数据而不断刷新并逐渐减小。因此，当前值接近临界值就意味着硬盘寿命的减少，发生故障的可能

性增大，所以当前值也是判定硬盘健康状态或推测寿命的依据之一；

最差值(Worst):

最差值是硬盘运行时各ID项曾出现过的最大的非正常值。

最差值是对硬盘运行中某项数据变劣的峰值统计，该数值也会不断刷新。通常，最差值与当前值是相等的，如果最差值出现较大的波动

（小于当前值），表明硬盘曾出现错误或曾经历过恶劣的工作环境（如温度）。

数据值(Data或Raw value):

数据值是硬盘运行时各项参数的实测值，大部分SMART工具以十进制显示数据。因此，此参数直接查看数据可以反应硬盘目前的工作状态

统合对比简介

SATA：

接口与速度：1.0(1.5GB/s)；2.0(3.0GB/s)；3.0(6.0GB/s)； 转速：7200rpm，5400rpm；(用在服务器上至少7200转) 优点：价格便宜容量大 缺点:读写速度较慢 应用场景：适合于磁盘I/O要求不高的应用。

SAS：

接口与速度：1.0(3.0GBB/s)；2.0(6.0GB/s)；3.0(12.0GB/s)； 转速：10000rpm(10K)、15000(15K) 目前服务器市场主流使用硬盘。 优点：转速高，速度快，稳定性好。 缺点：容量相对较小价格较贵。 应用场景：适合于磁盘I/O敏感的应用。

SSD：

接口与速度：SATA2.0 (3.0Gb/s)、SATA3.0 (6.0Gb/s)、PCI-E 2.0X2(8.0Gb/s)、PCI-E 2.0X4(16.0Gb/s)、PCI-E 3.0X2(16.0Gb/s)、PCI-E3.0X4(32.0Gb/s) 优点：读写速度快，抗震性能好，无噪音，重量轻，热量低，工作温度范围大。 缺点：容量小，价格贵。 应用场景：适合于磁盘I/O要求高的应用