stringtranslate.com

Магнитная запись с черепицей

Частичное обновление данных затруднено с SMR. Данные будут записаны на соседние дорожки, которые не нужно перезаписывать.

Черепичная магнитная запись ( SMR ) — это технология записи магнитных данных, используемая в жестких дисках (HDD) для увеличения плотности хранения и общей емкости хранения на диск. [1] Обычные жесткие диски записывают данные путем записи неперекрывающихся концентрических магнитных дорожек ( обычная магнитная запись , перпендикулярная запись), в то время как черепичная запись записывает новые дорожки, которые перекрывают часть ранее записанной магнитной дорожки, оставляя предыдущую дорожку уже и обеспечивая более высокую плотность дорожек. Таким образом, дорожки частично перекрываются, подобно черепице на крыше . Этот подход был выбран, потому что, если пишущая головка сделана слишком узкой, она не может обеспечить очень высокие поля, необходимые в записывающем слое диска. [2] [3] [4] [5] : 7–9 

Архитектура перекрывающихся дорожек усложняет процесс записи, поскольку запись на одну дорожку также перезаписывает соседнюю дорожку. Если соседние дорожки содержат допустимые данные, их также необходимо перезаписать. В результате накопители SMR разделены на множество зон только для добавления (последовательных) перекрывающихся дорожек, которые необходимо полностью перезаписать при заполнении, напоминая флэш-блоки в твердотельных накопителях . Устройства SMR , управляемые устройством, скрывают эту сложность, управляя ею в прошивке, представляя интерфейс, как любой другой жесткий диск. Другие устройства SMR управляются хостом и зависят от операционной системы, которая знает, как обращаться с диском, и записывают последовательно только в определенные области диска. [5] : 11 и далее.  [6] Хотя накопители SMR могут использовать DRAM , флэш-память и даже часть своей собственной пластины , зарезервированную для использования с CMR вместо SMR, [7] в качестве кэша для повышения производительности записи, непрерывная запись большого объема данных заметно медленнее, чем с помощью накопителей CMR. [8] [9] [10]

История

Компания Seagate начала поставки жестких дисков SMR с управлением от устройств в сентябре 2013 года, заявив об увеличении общей емкости примерно на 25% по сравнению с обычным хранилищем. [1] [11] В сентябре 2014 года компания HGST анонсировала накопитель емкостью 10 ТБ, заполненный гелием , который использует управляемую хостом черепичную магнитную запись, [12] хотя в декабре 2015 года она выпустила накопитель емкостью 10 ТБ, заполненный гелием, который использует обычную перпендикулярную запись без черепицы. [13]

Western Digital (WD) , Toshiba и Seagate продавали диски SMR, не маркируя их как таковые, что вызвало большие споры, поскольку диски SMR ведут себя намного медленнее при некоторых обстоятельствах (например, при случайной записи), чем диски CMR . [9] Некоторые даже утверждали, что это может привести к потере данных. [14] Эти методы неправильной маркировки использовались как в потребительских, так и в специализированных жестких дисках для хранения данных для серверов, NAS , RAID и холодных хранилищ . Групповой иск США против Western Digital, утверждающий, что технология является неполноценной, был урегулирован 27 августа 2021 года или ранее. [15] Из-за споров по состоянию на июнь 2020 года Western Digital маркирует свои диски DM-SMR NAS как «WD Red» и выпускает свои диски CMR NAS как «WD Red Plus» и «WD Red Pro». [16] [14]

Сильно перекрывающиеся (черепичные) дорожки также появились ранее в потребительских кассетных видеомагнитофонах со спиральной разверткой (VCR), которые были популярны в 1980-х и 1990-х годах. В режиме Extended Play (EP или SLP) и VHS , и Betamax уменьшали шаг дорожек в три раза. Серьезные помехи от соседних дорожек были частично смягчены использованием записи наклонного азимута .

Управление данными

Существует три различных способа управления данными на диске SMR: управление устройством, управление хостом и управление хостом. [17] [18]

Управляемое устройством

Управляемый устройством или управляемый диском диск представляется хосту идентично не-черепичному диску. Хосту не обязательно следовать каким-либо специальным протоколам. Вся обработка данных, связанная с черепичной природой хранилища, управляется устройством. Последовательная запись более эффективна. Кроме того, хост не знает, что хранилище является черепичным. [5]

Контроллер диска в управляемом устройством накопителе внутренне обрабатывает любую перезапись, требуемую особыми характеристиками черепичного накопителя, аналогично тому, как контроллер флэш-памяти в твердотельном накопителе внутренне обрабатывает перезапись, требуемую особыми характеристиками флэш-носителей. [19] Накопители SMR имеют зоны только для добавления , которые работают как блоки SSD, где сектор в зоне не может быть изменен без перезаписи всего содержимого зоны, поэтому записи сначала отправляются в кэш CMR, а диск перемещает эти данные в части SMR при бездействии. [20]

До ответной реакции на Western Digital в 2020 году этот тип SMR-накопителей часто не маркировался производителем, за исключением дисков, помеченных как «архивные». [9] [10]

Восстановление RAID- массива имеет тенденцию перегружать кэш, [ почему? ] отправляя диски SMR в паузы длительностью в несколько минут. [ нужна ссылка ] Неисправная прошивка (например, версия 82.00A82 на WD40EFAX) также может привести к тому, что диск будет возвращать ошибки IDNF SMART при интенсивных рабочих нагрузках. [7] [19] Оба поведения, как правило, интерпретируются контроллером RAID как отказ диска. [20]

Зональная природа SMR также означает, что диск страдает от усиления записи при сборке мусора , [21] хотя для жестких дисков основная проблема с записью — это скорость, а не долговечность. Некоторые жесткие диски SMR поддерживают команду TRIM по этой причине. [22]

Управляемый хостом

Устройство , управляемое хостом, требует строгого соблюдения специального протокола хостом. Поскольку хост управляет черепичной природой хранилища, запись должна производиться последовательно, чтобы не уничтожить существующие данные. Диск откажется выполнять команды, которые нарушают этот протокол. [5]

Хост-осведомленность

Host-aware — это комбинация управляемого диском и управляемого хостом. Диск способен управлять черепичной природой хранилища и будет выполнять любую команду, которую ему даст хост, независимо от того, является ли она последовательной или нет. Однако хост знает, что диск черепичной природы, и может запрашивать у диска уровни заполнения. Это позволяет хосту оптимизировать записи для черепичной природы, а также позволяет диску быть гибким и обратно совместимым. [5]

Протокол

Устройства SMR считаются зонированными устройствами, поскольку хранилище разделено на зоны размером обычно 256 МиБ. [23] Для устройств SMR доступны два набора специализированных команд: ZBC (Zoned Block Commands, ANSI INCITS 536) для SCSI и ZAC (Zoned ATA Commands, ANSI INCITS 537) для SATA . Они сообщают хосту, является ли каждая зона CMR или SMR, и позволяют им напрямую обращаться к этим зонам. [24] Если не указано иное, команды доступны только на устройствах, поддерживающих хост/управляемых хостом. Конкретные команды: [25]

С каждой зоной связан диапазон адресов LBA , и все команды на основе LBA могут использоваться при условии соблюдения требования последовательности на управляемых хостом дисках.

Устройства SMR идентифицируют себя следующим образом: [26] [27] [5] : 14 

Новая версия стандартов-братьев, ZAC-2/ZBC-2, находится в стадии разработки. Новая версия представляет новый тип «зонированных блочных устройств доменов и областей», которые допускают несмежную LBA, и может быть полезна для твердотельных накопителей SATA. [28] Поле ZONED было упразднено по предложению Western Digital . [29]

Зонированный интерфейс также полезен для флэш-памяти . Спецификация ZNS была выпущена организацией NVM Express . [30]

Программное обеспечение и приложения

Более высокая плотность SMR-дисков в сочетании с их природой случайного чтения заполняет нишу между ленточным хранилищем с последовательным доступом и обычным жестким диском с произвольным доступом. Они подходят для хранения данных, которые вряд ли будут изменены, но должны эффективно считываться из любой точки. Одним из примеров использования является система Magic Storage от Dropbox , которая запускает экстенты на диске только в режиме добавления. [31] Управляемые устройством SMR-диски также продаются как «архивные HDD» из-за этого свойства. [32]

Ряд файловых систем в Linux настроены или могут быть настроены для дисков SMR: [33]

В дополнение к Linux, FreeBSD имеет поддержку на уровне протокола для управляемых хостом SMR-дисков. [23] [38] По состоянию на апрель 2024 года ни Windows, ни MacOS не поддерживают диски HM-SMR. [39] Однако Windows 11 и Windows 10 22H2 поддерживают наборы команд ZAC / ZBC для жестких дисков и твердотельных накопителей HA-SMR, поскольку они поддерживают непоследовательные LBA. [40]

Динамический гибридный SMR

В то время как для традиционных моделей SMR каждой зоне назначается тип во время производства, динамические гибридные приводы SMR позволяют заказчику перенастраивать тип зоны с черепичного на обычный и обратно. [41] [42] Регулировка настройки SMR/CMR помогает адаптировать привод к текущей рабочей нагрузке «горячих» и «холодных» данных. [21]

Критика

Диски SMR подверглись критике в сети за медленную скорость чтения/записи и низкую стабильность. [43] [44] [45] [46] [47] Производители дисков подверглись дальнейшей критике за попытки скрыть использование технологии SMR в своих продуктах. [48] [49]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ ab Anand Lal Shimpi (9 сентября 2013 г.). "Seagate начнет поставку жестких дисков емкостью 5 ТБ в 2014 г. с использованием черепичной магнитной записи". AnandTech . Получено 9 февраля 2015 г.
  2. ^ Роджер Вуд (19 октября 2010 г.). "Черепичная магнитная запись и двумерная магнитная запись" (PDF) . IEEE . Получено 14 декабря 2014 г. .
  3. ^ «Что такое черепичная магнитная запись (SMR)?». storagereview.com . 30 января 2015 г. Получено 9 февраля 2015 г.
  4. ^ К. Шимомура, «Жесткие диски большой емкости с применением технологии SMR для центров обработки данных», Toshiba Technology Review, т. 24, № 6, стр. 12–16, ноябрь 2019 г.
  5. ^ abcdef Мэри Данн; Тимоти Фельдман (22 сентября 2014 г.). "Черепичная магнитная запись: модели, стандартизация и приложения" (PDF) . Storage Networking Industry Association . Получено 9 февраля 2015 г. .
  6. ↑ Джейк Эдж (26 марта 2014 г.). «Поддержка устройств магнитной записи с черепичной структурой». LWN.net . Получено 14 декабря 2014 г.
  7. ^ ab Taillac, Will (28 мая 2020 г.). "WD Red SMR против CMR Tested Avoid Red SMR". ServeTheHome . Получено 13 февраля 2023 г. .
  8. ^ Шилов, Антон. «Эволюция жестких дисков в ближайшем будущем: беседа с техническим директором Seagate Марком Ре». www.anandtech.com . Получено 30 мая 2020 г.
  9. ^ abc Salter, Jim. «Sneaky Marketing Redux: Toshiba и Seagate поставляют более медленные SMR-диски без раскрытия информации». Ars Technica . Получено 17 июня 2020 г.
  10. ^ ab Alcorn, Paul. «Sneaky Marketing Redux: Toshiba и Seagate поставляют более медленные SMR-диски без раскрытия информации». Tom's Hardware . Получено 17 апреля 2020 г.
  11. ^ «Seagate достигла технологического рубежа: первой поставила жесткие диски с использованием технологии черепичной магнитной записи нового поколения». www.seagate.com . 9 сентября 2013 г. . Получено 28 октября 2021 г. .
  12. ^ Джефф Гасиор (9 сентября 2020 г.). «Черепичные пластины дышат гелием внутри жесткого диска HGST емкостью 10 ТБ». Технический отчет . Получено 9 февраля 2020 г.
  13. ^ Себастьян Энтони (3 декабря 2020 г.). «HGST выпускает заполненный гелием жесткий диск емкостью 10 ТБ; Seagate вертит пальцами, покрытыми черепицей». Ars Technica . Получено 3 декабря 2015 г.
  14. ^ ab Team, iX (29 июня 2020 г.). «Накопители WD Red Plus — это «классика кока-колы». TrueNAS — добро пожаловать в эпоху открытых хранилищ . Получено 24 сентября 2023 г.
  15. ^ "Western Digital Hard Drive $2.7M Group Action Settlement". Лучшие групповые иски . Архивировано из оригинала 24 ноября 2021 г. Получено 24 ноября 2021 г.
  16. ^ S, Ganesh T. «Western Digital анонсирует жесткие диски Red Plus, устраняет беспорядок с Red SMR с помощью бренда Plus». www.anandtech.com . Получено 24 сентября 2023 г.
  17. ^ "Zoned Block Commands (ZBC)" (PDF) . t10.org . ANSI T10 Committee . Получено 22 января 2018 г. .
  18. ^ Кампелло, Хорхе (24 сентября 2015 г.). "SMR: Следующее поколение технологий хранения" (PDF) . Получено 22 января 2018 г.
  19. ^ ab "Совместимость накопителя WD Red SMR с ZFS". www.truenas.com . Получено 15 февраля 2024 г. .
  20. ^ ab Mellor, Chris (15 апреля 2020 г.). «Жесткие диски с черепичной структурой имеют не черепичные зоны для кэширования записей». Блоки и файлы .
  21. ^ ab Brewer, Eric; Ying, Lawrence; Greenfield, Lawrence; Cypher, Robert; T'so, Theodore (2016). «Диски для центров обработки данных». Труды USENIX FAST 2016 .
  22. ^ "Поддержка команды TRIM для внешних накопителей WD". Поддержка WD .
  23. ^ ab zonectl(8) –  Руководство системного администратора FreeBSD
  24. ^ "SMR (черепичная магнитная запись) 101". Tom's IT Pro. Архивировано из оригинала 11 июня 2017 г. Получено 3 марта 2018 г.
  25. ^ «Введение в черепичную магнитную запись». ZonedStorage.io .
  26. ^ «Информационные технологии — Набор команд ATA — 4 (ACS-4), Проект редакции 18» (PDF) .
  27. ^ Seagate. «Справочное руководство по командам SCSI, ред. J» (PDF) . стр. 472.
  28. ^ Т10, 2020.
  29. ^ Вебер, Ральф О (23 апреля 2020 г.). «SBC-5, ZBC-2: Устаревшее поле ZONED» (PDF) . www.t10.org .
  30. ^ «Характеристики набора команд NVMe». 10 января 2020 г.
  31. ^ Команды инженеров оборудования Magic Pocket. «Расширение инноваций Magic Pocket с первым развертыванием накопителя SMR петабайтного масштаба». dropbox.tech .
  32. ^ "Архив HDD" (PDF) . Seagate . Получено 3 марта 2019 г. .
  33. ^ "Файловые системы". ZonedStorage.io .
  34. ^ "Зональный режим — документация BTRFS". btrfs.readthedocs.io . Получено 26 марта 2024 г. .
  35. ^ "Seagate/SMR_FS-EXT4: дополнение к популярной EXT4 для поддержки устройств, использующих стандарты ZBC или ZAC". Seagate Technology. 10 декабря 2019 г.
  36. ^ "Device Mapper". ZonedStorage.io .
  37. ^ Ле Моаль, Дэмиен. "fs: Новая файловая система zonefs". lwn.net .
  38. ↑ Мерри, Кеннет (19 мая 2015 г.). «FreeBSD Revision 300207: Добавлена ​​поддержка управления дисками Shingled Magnetic Recording (SMR)».
  39. ^ "Обзор Seagate Exos X26z — жесткий диск SMR емкостью 25 ТБ с управлением хостом". StorageReview.com . Получено 31 июля 2024 г. .
  40. ^ Набор команд ATA/ATAPI 4 (ACS-4)
  41. ^ Коллинз, Брендан (13 ноября 2017 г.). «Динамический гибридный SMR». Western Digital . Получено 25 августа 2018 г. .
  42. ^ "Dynamic Hybrid-SMR: предложение OCP по улучшению дисковых накопителей в центрах обработки данных". blog.google . 13 ноября 2017 г. Получено 22 января 2018 г.
  43. ^ https://www.tenforums.com/ Performance-maintenance/106725-very-slow-boot-time-100-disk-active-time-post2019066.html#post2019066. {{cite web}}: Отсутствует или пусто |title=( помощь )
  44. ^ Illeazar (3 августа 2020 г.). «Я знал, что у SMR низкая скорость записи, но 1 МБ/сек?». r/DataHoarder . Получено 29 января 2024 г. .
  45. ^ NeaZerros (22 июня 2021 г.). «Низкая скорость чтения на дисках SMR». r/DataHoarder . Получено 29 января 2024 г. .
  46. ^ vanderworp (17 января 2023 г.). «Жесткие диски SMR: избегайте их!». vanderworp.org . Получено 29 января 2024 г. .
  47. ^ Taillac, Will (28 мая 2020 г.). "WD Red SMR против CMR Tested Avoid Red SMR". ServeTheHome . Получено 30 января 2024 г. .
  48. ^ Меллор, Крис (15 апреля 2020 г.). «Seagate „подводные лодки“ SMR в 3 накопителя Barracuda и один настольный HDD». Блоки и файлы . Получено 30 января 2024 г. .
  49. ^ обновлено, Пол Элкорн последний раз (14 апреля 2020 г.). "Western Digital признается: некоторые красные жесткие диски используют медленную технологию SMR без раскрытия информации". Tom's Hardware . Получено 30 января 2024 г.

Внешние ссылки

Технические характеристики