U primu discu duru di u mondu, l'IBM RAMAC 305, liberatu in u 1956, cuntene solu 5 MB di dati, pesava 970 kg è era paragunabile in grandezza à un frigorifero industriale. I flagships corporativi muderni ponu vantà una capacità di 20 TB. Immaginate: 64 anni fà, per registrà sta quantità d'infurmazioni, più di 4 milioni di RAMAC 305 avarianu stati necessarii, è a dimensione di u centru di dati necessariu per allughjassi avaria più di 9 chilometri quadrati, mentre chì oghje una piccula scatula chì pesa. circa 700 grammi! In parechji maneri, stu incredibile aumentu di a densità di almacenamentu hè stata ottenuta grazia à i migliori in i metudi di registrazione magnetica.
Hè difficiuli di crede, ma u disignu fundamentale di i discu duru ùn hà micca cambiatu per quasi 40 anni, à partesi di u 1983: hè quì chì u primu discu duru RO3,5 di 351 inch, sviluppatu da a cumpagnia scozzese Rodime, hà vistu a luce di u ghjornu. Stu zitellu presentava dui platti di 10 MB, chì significheghja puderia cuntene duie volte più dati chì l'aghjurnatu 412-inch ST-5,25 di Seagate, liberatu quellu stessu annu per l'urdinatore persunale IBM 5160.
Rodime RO351 - u primu discu duru 3,5-inch in u mondu
Malgradu a so innuvazione è a so dimensione compacta, à u mumentu di a so liberazione, u RO351 hè diventatu praticamente inutile per nimu, è tutti i tentativi di Rodime per acquistà un postu in u mercatu di u discu duru anu fallutu, per quessa chì in u 1991 a cumpagnia hè stata forzata. per cessà e so attività, vendendu quasi tutti l'assi esistenti è riducendu u persunale à u minimu. Tuttavia, Rodime ùn era micca destinatu à falli : prestu i più grandi produttori di discu duru cuminciaru à cuntattà lu, vulendu cumprà una licenza per aduprà u fattore di forma patentatu da i Scozzesi. Attualmente, 3,5 inch hè u standard generalmente accettatu per a produzzione sia di HDD di cunsumatori sia di unità di classe impresa.
Cù l'avventu di e rete neurali, Deep Learning è Internet of Things (IoT), u voluminu di dati creati da l'umanità hà cuminciatu à cresce in modu esponenziale. Sicondu stimi di l'agenzia analitica IDC, da u 2025 a quantità di informazioni generata da e persone stessu è da i dispositi intornu à noi ghjunghjeranu à 175 zettabyte (1 Zbyte = 1021 bytes), è questu malgradu u fattu chì in 2019 questu ammontava à 45 Zbyte. , in 2016 - 16 Zbytes, è torna in 2006, a quantità tutale di dati pruduciutu in tutta a storia observable ùn hà micca più di 0,16 (!) Zbytes. I tecnulugii muderni aiutanu à affruntà l'esplosione di l'infurmazioni, micca menu di quali sò i metudi migliurati di arregistramentu di dati.
LMR, PMR, CMR è TDMR: Chì hè a diffarenza?
U principiu di funziunamentu di discu duru hè abbastanza sèmplice. I platti sottili di metallu rivestiti cù una strata di materiale ferromagneticu (una sustanza cristallina chì pò esse magnetizata ancu quandu ùn sò micca esposti à un campu magneticu esternu à temperature sottu à u puntu Curie) si move in relazione à l'unità di testa di scrittura à alta velocità (5400 rivoluzioni per minutu o più). Quandu un currente elettricu hè appiicatu à a testa di scrittura, sorge un campu magneticu alternante, chì cambia a direzzione di u vettore di magnetizazione di i domini (regioni discrete di materia) di u ferromagnet. A lettura di dati si trova sia per u fenomenu di l'induzione elettromagnetica (u muvimentu di duminii relative à u sensoru provoca l'apparizione di un currente elettricu alternante in l'ultime), sia per un effettu magnetoresistivu gigante (sottu l'influenza di un campu magneticu l'elettricu). a resistenza di u sensoru cambia), cum'è hè implementatu in i drive muderni. Ogni duminiu codifica un bit di infurmazione, pigliendu u valore lògicu "0" o "1" secondu a direzzione di u vettore di magnetizazione.
Per un bellu pezzu, i discu duru anu utilizatu u metudu di Registrazione Magnetica Longitudinal (LMR), in quale u vettore di magnetizazione di u duminiu si trova in u pianu di a piastra magnetica. Malgradu a relativa simplicità di implementazione, sta tecnulugia hà avutu un inconveniente significativu: per superà a coercitività (a transizione di particeddi magnetichi in un statu unicu duminiu), una zona tampone impressiunanti (u cosiddettu spaziu di guardia) hà da esse lasciatu trà. i tracce. In u risultatu, a densità di registrazione massima chì hè stata ottenuta à a fine di sta tecnulugia era solu 150 Gbit / inch2.
In u 2010, LMR hè statu quasi cumplettamente rimpiazzatu da PMR (Perpendicular Magnetic Recording). A diferenza principale trà sta tecnulugia è a registrazione magnetica longitudinale hè chì u vettore di direzzione magnetica di ogni duminiu hè situatu à un angolo di 90 ° à a superficia di a piastra magnetica, chì hà riduciutu significativamente a distanza trà e piste.
A causa di questu, a densità di registrazione di dati hè stata aumentata significativamente (finu à 1 Tbit / in2 in i dispositi muderni), senza sacrificà e caratteristiche di velocità è affidabilità di i discu duru. Attualmente, a registrazione magnetica perpendiculare domina u mercatu, per quessa hè spessu chjamata CMR (Registrazione Magnetica Convenzionale). À u listessu tempu, avete bisognu di capiscenu chì ùn ci hè assolutamente nisuna differenza trà PMR è CMR - hè solu una versione sfarente di u nome.
Mentre studià e caratteristiche tecniche di i discu duru muderni, pudete ancu scuntrà l'abbreviazione misteriosa TDMR. In particulare, sta tecnulugia hè aduprata da unità di classi impresa . Da u puntu di vista di a fisica, TDMR (chì significa Two Dimensional Magnetic Recording) ùn hè micca sfarente di u solitu PMR: cum'è prima, avemu trattatu di tracce non intersecanti, i quali duminii sò orientati perpendicularmente à u pianu di u magneticu. piatti. A diffarenza trà e tecnulugia si trova in l'approcciu di leghje l'infurmazioni.
In u bloccu di teste magnetichi di discu duru creati cù a tecnulugia TDMR, ogni capu di scrittura hà dui sensori di lettura chì leghjenu simultaneamente e dati da ogni traccia passata. Questa redundanza permette à u controller HDD di filtrà in modu efficace u rumore elettromagneticu, l'apparizione di quale hè causata da interferenza intertrack (ITI).
Risolviri u prublema ITI furnisce dui benefici estremamente impurtanti:
- a riduzione di u fattore di rumore permette di aumentà a densità di registrazione riducendu a distanza trà e piste, furnisce un guadagnu in a capacità totale di finu à u 10% cumparatu cù PMR convenzionale;
- Cumbinatu cù a tecnulugia RVS è un microattuatore di trè pusizioni, TDMR resiste in modu efficace à a vibrazione di rotazione causata da i discu duru, aiutendu à ottene livelli consistenti di prestazione ancu in e cundizioni operative più difficili.
Cosa hè SMR è chì si manghja cù?
A dimensione di a testa di scrittura hè circa 1,7 volte più grande cumparatu cù a dimensione di u sensore di lettura. Una tale differenza impressiunanti pò esse spiegata abbastanza simplice: se u modulu di registrazione hè fattu ancu più miniatura, a forza di u campu magneticu chì pò generà ùn serà micca abbastanza per magnetizà i domini di a strata ferromagnetica, chì significa chì i dati simpricimenti saranu. micca esse guardatu. In u casu di un sensor di lettura, stu prublema ùn hè micca. Inoltre: a so miniaturizazione permette di riduce ancu più l'influenza di l'ITI sopra citatu nantu à u prucessu di lettura di l'infurmazioni.
Stu fattu hà furmatu a basa di Shingled Magnetic Recording (SMR). Scupritemu cumu funziona. Quandu si usa un PMR tradiziunale, a testa di scrittura hè spostata relative à ogni traccia precedente da una distanza uguale à a so larghezza + a larghezza di u spaziu di guardia.
Quandu si usa u metudu di registrazione magnetica piastrellata, a testa di scrittura avanza solu una parte di a so larghezza, cusì ogni traccia precedente hè parzialmente soprascritta da a prossima: e piste magnetiche si sovrapponenu cum'è tettu di tettu. Stu approcciu permette di aumentà ancu a densità di registrazione, furnisce un guadagnu in capacità di finu à u 10%, senza affettà u prucessu di lettura. Un esempiu hè - i primi dischi 3.5-inch 20 TB in u mondu cù una interfaccia SATA / SAS, l'apparizione di quale hè stata pussibule grazia à a nova tecnulugia di registrazione magnetica. Cusì, a transizione à i dischi SMR permette di aumentà a densità di almacenamiento di dati in i stessi rack cù costi minimi per l'aghjurnamentu di l'infrastruttura IT.
Malgradu un vantaghju cusì significativu, SMR hà ancu un inconveniente evidenti. Siccomu e tracce magnetiche si sovrapponenu l'una à l'altra, l'aghjurnamentu di e dati richiederà a riscrittura micca solu u frammentu necessariu, ma ancu tutte e piste successive in u platter magneticu, u voluminu di quale pò esse più di 2 terabyte, chì pò purtà à una seria calata di rendiment.
Stu prublema pò esse risolta cumminendu un certu numaru di piste in gruppi separati chjamati zoni. Ancu se questu approcciu à l'urganizazione di l'almacenamiento di dati riduce un pocu a capacità generale di u HDD (perchè hè necessariu di mantene abbastanza spazii trà e zoni per impediscenu chì e tracce da i gruppi adiacenti sò soprascritti), pò accelerà significativamente u prucessu di aghjurnà e dati, postu chì avà. solu un numeru limitatu di piste sò implicati in questu.
A registrazione magnetica di piastrelle implica parechje opzioni di implementazione:
- Drive Managed SMR
U so vantaghju principali hè chì ùn ci hè micca bisognu di mudificà u software è / o hardware di l'ospite, postu chì u controller HDD piglia u cuntrollu di a prucedura di registrazione di dati. Tali unità ponu esse cunnessi à qualsiasi sistema chì hà l'interfaccia necessaria (SATA o SAS), dopu chì l'unità serà immediatamente pronta per l'usu.
U svantaghju di questu approcciu hè chì i livelli di prestazione varianu, rendendu Drive Managed SMR inadatta per l'applicazioni d'impresa induve a prestazione di sistema coerente hè critica. Tuttavia, tali unità funzionanu bè in scenarii chì permettenu abbastanza tempu per a defragmentazione di dati di fondo. Per esempiu, unità DMSMR , ottimizzatu per l'usu cum'è parte di un picculu NAS 8-bay, serà una scelta excelente per un sistema d'archiviu o di salvezza chì richiede un almacenamentu longu di salvezza.
- Host Managed SMR
Host Managed SMR hè l'implementazione di registrazione in piastrelle preferita per l'usu in un ambiente di l'impresa. In questu casu, u sistema ospitu stessu hè rispunsevule per a gestione di flussi di dati è operazioni di lettura / scrittura, utilizendu per questi scopi l'estensione di l'interfaccia ATA (Zoned Device ATA Command Set, ZAC) è SCSI (Zoned Block Commands, ZBC) sviluppate da INCITS. Cumitati T10 è T13.
Quandu si usa HMSMR, tutta a capacità di almacenamentu dispunibule di l'unità hè divisa in dui tipi di zoni: Zone Convenzionali, chì sò aduprate per almacenà metadati è registrazione aleatoria (essenzialmente ghjucanu u rolu di una cache), è Zone Sequential Scrittura Required, chì occupanu. una grande parte di a capacità di u discu duru tutale in quale e dati sò scritti strettamente in sequenza. I dati fora di l'ordine sò almacenati in una zona di cache, da induve pò esse trasferitu à l'area di scrittura sequenziale adatta. Questu assicura chì tutti i settori fisichi sò scritti sequenzialmente in a direzzione radiale è sò riscritti solu dopu un trasferimentu ciclicu, risultatu in un rendimentu di sistema stabile è prevedibile. À u listessu tempu, l'unità HMSMR supportanu cumandamenti di lettura aleatoriu in u listessu modu cum'è unità chì utilizanu PMR standard.
Host Managed SMR hè implementatu in i discu duru di classe impresa .
A linea include unità SATA è SAS d'alta capacità pensate per l'usu in centri di dati iperscale. U supportu per Host Managed SMR allarga significativamente u scopu di l'applicazione di tali discu duru: in più di i sistemi di salvezza, sò perfetti per u almacenamentu in nuvola, CDN o piattaforme streaming. L'alta capacità di i discu duru permette di aumentà significativamente a densità di almacenamento (in i stessi rack) cù costi di aghjurnamentu minimu, è cunsumu d'energia bassu (micca più di 0,29 watts per terabyte di informazioni almacenate) è dissipazione di calore (in media 5 ° C più bassu). cà l'analogi) - riduce ancu i costi operativi per a manutenzione di u centru di dati.
L'unicu inconveniente di HMSMR hè a cumplessità relativa di l'implementazione. A cosa hè chì oghje nisun sistema operatore o applicazione pò travaglià cù tali unità fora di a scatula, per quessa chì i cambiamenti seri à a pila di software sò necessarii per adattà l'infrastruttura IT. Prima di tuttu, questu cuncerna, sicuru, u SO stessu, chì in e cundizioni di i centri di dati muderni chì utilizanu servitori multi-core è multi-socket hè un compitu piuttostu micca trivial. Pudete sapè più nantu à l'opzioni per implementà u supportu Host Managed SMR nantu à una risorsa specializata , dedicatu à tematiche di almacenamiento di dati zonali. L'infurmazioni raccolte quì vi aiuterà à valutà preliminarmente a preparazione di a vostra infrastruttura IT per u trasferimentu à i sistemi di almacenamentu di zona.
- Host Aware SMR (Host Aware SMR)
I dispositi abilitati per Host Aware SMR combinanu a cunvenzione è a flessibilità di Drive Managed SMR cù l'alta velocità di scrittura di Host Managed SMR. Queste unità sò retrocompatibili cù i sistemi di almacenamento legacy è ponu operare senza cuntrollu direttu da l'ospite, ma in questu casu, cum'è cù i drive DMSMR, u so rendimentu diventa imprevisible.
Cum'è Host Managed SMR, Host Aware SMR usa dui tipi di zoni: Zone Convenzionali per scrittura casuale è Zone Preferite di Scrittura Sequenziale. L'ultime, in cuntrastu à e Zone Sequential Scrittura Required sopra citate, sò automaticamente relegati à a categuria di quelli regulari si cumincianu à registrà dati fora di l'ordine.
L'implementazione di l'ospitu di SMR furnisce miccanismi interni per a ricuperazione da scrittura inconsistente. I dati fora di l'ordine sò scritti à i spazii di cache, da induve u discu pò trasfiriri l'infurmazioni à l'area di scrittura sequenziale dopu chì tutti i blocchi necessarii sò stati ricevuti. U discu usa una tavola d'indirezzione per gestisce a scrittura fora di ordine è a defragmentazione di fondo. Tuttavia, se l'applicazioni di l'impresa necessitanu un rendimentu prevedibile è ottimizatu, questu pò ancu esse ottenutu solu se l'ospite piglia u cuntrollu tutale di tutti i flussi di dati è e zone di registrazione.
Source: www.habr.com