Inkompatibilität von WD SMR-Festplatten mit ZFS festgestellt, die zu Datenverlust führen kann.

Die Firma iXsystems, die das Projekt FreeNAS entwickelt, warnte berichtet über ernsthafte Probleme mit der ZFS-Kompatibilität bei einigen neuen WD Red-Festplatten, die von Western Digital unter Verwendung der SMR-Technologie (Shingled Magnetic Recording, Schindel-Magnetaufzeichnung) hergestellt werden. Im schlimmsten Fall kann die Nutzung von ZFS auf betroffenen Speichermedien zu Datenverlust führen.

Die Probleme treten bei WD Red-Festplatten mit einer Kapazität von 2 bis 6 TB auf, die seit 2018 hergestellt werden und die Technik DM-SMR (Device-Managed Shingled Magnetic Recording) verwenden und mit dem Label EFAX (für CMR-Festplatten wird die Kennung EFRX verwendet) gekennzeichnet sind. Western Digital feierte stimmt in seinem Blog zu, dass die SMR-Festplatten WD Red für den Einsatz in NAS-Systemen für zu Hause und kleine Unternehmen ausgelegt sind, die nicht mehr als 8 Laufwerke installieren und eine jährliche Belastung von 180 TB aufweisen, die typisch für Backup- und Dateiübertragungen ist. Die vorherige Generation von WD Red-Laufwerken sowie die WD Red-Modelle mit einer Kapazität von 8 TB und die Festplatten der Reihen WD Red Pro, WD Gold und WD Ultrastar werden weiterhin auf Basis der CMR-Technologie (Conventional Magnetic Recording) hergestellt, und deren Nutzung verursacht keine Probleme mit ZFS.

Der Kern der SMR-Technologie liegt in der Verwendung einer Magnetkopfdiskette, deren Breite größer ist als die der Spur, was zu einer Aufnahme mit teilweiser Überlappung der benachbarten Spur führt. Das bedeutet, dass jede Überschreibung die Notwendigkeit zur vollständigen Neuaufnahme aller Spurengruppen zur Folge hat. Um mit solchen Speichermedien effizient umzugehen, wird Zonierung – der Speicherraum wird in Zonen unterteilt, die Gruppen von Blöcken oder Sektoren bilden, in die Daten nur sequenziell hinzugefügt werden können, wobei die gesamte Gruppe von Blöcken vollständig aktualisiert wird. Im Allgemeinen bieten SMR-Festplatten eine höhere Energieeffizienz, sind kostengünstiger und zeigen Leistungsgewinne bei sequenziellen Schreibvorgängen, hinken jedoch bei zufälligen Schreiboperationen hinterher, einschließlich solcher Vorgänge wie der Rekonstruktion von Speicheranordnungen.

DM-SMR bedeutet, dass die Partitionierung und Verteilung von Daten vom Festplattencontroller verwaltet wird und die Festplatte für das System wie eine klassische Festplatte erscheint, die keiner separaten Handhabung bedarf. Bei DM-SMR wird indirekte logische Blockadressierung (LBA, Logical Block Addressing) angewendet, die der logischen Adressierung in SSD-Speichern ähnelt. Nach jeder zufälligen Schreiboperation ist eine Hintergrundoperation zur Müllsammlung erforderlich, was zu unvorhersehbaren Leistungsschwankungen führt. Das System kann versuchen, auf solche Festplatten Optimierungen anzuwenden, in der Annahme, dass die Daten in den angegebenen Sektor geschrieben werden, aber die tatsächlich vom Controller gelieferten Informationen bestimmen nur die logische Struktur, und bei der Verteilung der Daten wird der Controller seine Algorithmen anwenden, die die zuvor gespeicherten Daten berücksichtigen. Daher wird empfohlen, vor der Verwendung von DM-SMR-Festplatten in einem ZFS-Pool eine Nullsetzung mit Rücksetzung auf den Ursprungszustand durchzuführen.

Zur Untersuchung der Bedingungen, unter denen Probleme auftreten, wurde die Firma Western Digital hinzugezogen, die gemeinsam mit iXsystems versucht, eine Lösung zu finden und ein Firmware-Update vorzubereiten. Vor der Veröffentlichung der Ergebnisse zur Problembehebung sollen die Laufwerke mit der neuen Firmware in stark belasteten Speichersystemen mit FreeNAS 11.3 und TrueNAS CORE 12.0 getestet werden. Es wird jedoch behauptet, dass aufgrund unterschiedlicher Interpretationen von SMR durch verschiedene Hersteller bei einigen Arten von SMR-Festplatten keine Probleme mit ZFS auftreten, aber die Tests von iXsystems konzentrieren sich nur auf die Überprüfung der WD Red-Laufwerke auf DM-SMR-Technologie, und für SMR-Laufwerke anderer Hersteller sind zusätzliche Untersuchungen erforderlich.

Derzeit sind Probleme mit ZFS für mindestens die WD Red 4TB WD40EFAX-Laufwerke mit der Firmware 82.00A82 nachgewiesen und in Tests reproduziert worden, und treten auf. es kommt zu einem Ausfall unter hoher Schreiblast, beispielsweise während der Rekonstruktion des Speicherpools nach Hinzufügen eines neuen Laufwerks (Resilvering). Es wird davon ausgegangen, dass das Problem auch bei anderen WD Red-Modellen mit derselben Firmware auftritt. Bei Auftreten des Problems beginnt die Festplatte, den Fehlercode IDNF (Sektor-ID nicht gefunden) zurückzugeben und wird unbrauchbar, was in ZFS als Festplattenausfall behandelt wird und zu einem Datenverlust auf der Festplatte führen kann. Bei einem Ausfall mehrerer Festplatten können Daten im vdev oder Pool verloren gehen. Es wird festgestellt, dass die erwähnten Ausfälle relativ selten auftreten — von etwa tausend verkauften FreeNAS Mini-Systemen, die mit problematischen Festplatten ausgestattet waren, trat das Problem unter Arbeitsbedingungen nur einmal auf.

Quelle: opennet.ru