La unua durdisko de la mondo, la IBM RAMAC 305, kiu estis publikigita en 1956, enhavis nur 5 MB da datenoj, kaj pezis 970 kg kaj estis komparebla en grandeco al industria fridujo. Modernaj kompaniaj flagŝipoj povas fanfaroni kun kapacito de jam 20 TB. Imagu nur: antaŭ 64 jaroj, por registri ĉi tiun kvanton da informoj, necesus pli ol 4 milionoj da RAMAC 305, kaj la grandeco de la datumcentro bezonata por akomodi ilin, estus superinta 9 kvadratajn kilometrojn, dum hodiaŭ malgranda skatolo pezanta ĉirkaŭ 700 gramojn! Multmaniere, ĉi tiu nekredebla pliiĝo de stokado-denseco estis atingita danke al la plibonigo de magnetaj registradmetodoj.
Estas malfacile kredi, sed esence la dezajno de malmolaj diskoj ne ŝanĝiĝis dum preskaŭ 40 jaroj, ekde 1983: ĝuste tiam ekvidis la unua 3,5-cola malmola disko RO351, evoluigita de la skota kompanio Rodime. Ĉi tiu bebo ricevis du magnetajn platojn po 10 MB, tio estas, ĝi povis teni duoble pli da datumoj ol la ĝisdatigita 412-cola ST-5,25, publikigita de Seagate en la sama jaro por la IBM 5160 personaj komputiloj.
Rodime RO351 - la unua 3,5-cola malmola disko en la mondo
Malgraŭ la novigo kaj kompakta grandeco, en la momento de la ĵeto de la RO351, preskaŭ neniu bezonis ĝin, kaj ĉiuj pluaj provoj de Rodime akiri piedtenejon en la merkato de malmola disko malsukcesis, tial la firmao estis devigita ĉesi operaciojn. en 1991, vendinte preskaŭ ĉiujn ekzistantajn aktivaĵojn kaj reduktante ŝtaton al minimumo. Tamen, Rodime ne estis destinita bankroti: baldaŭ la plej grandaj durdiskaj fabrikistoj komencis turni sin al ŝi, dezirante akiri licencon por uzi la formfaktoron patentitan de la skotoj. 3,5" nun estas la industria normo por konsumantaj kaj entreprenaj HDD-oj.
Kun la apero de neŭralaj retoj, Profunda Lernado kaj la Interreto de Aĵoj (IoT), la volumo de datumoj kreitaj de la homaro komencis kreski kiel lavango. Laŭ la taksoj de la analiza agentejo IDC, ĝis 2025 la kvanto de informoj generita de kaj la homoj mem kaj la aparatoj ĉirkaŭ ni atingos 175 zettabajtoj (1 Zbajto = 1021 bajtoj), kaj tio malgraŭ tio, ke en 2019 ĝi estis 45 bajtoj. Zbajtoj, en 2016 - 16 Zbajtoj, kaj reen en 2006, la totala kvanto de datumoj produktitaj en la tuta antaŭvidebla historio ne superis 0,16 (!) Zbajtoj. Modernaj teknologioj helpas alfronti la informan eksplodon, inter kiuj plibonigitaj datumregistraj metodoj ne estas la lastaj.
LMR, PMR, CMR kaj TDMR: kio estas la diferenco?
La principo de funkciado de malmolaj diskoj estas sufiĉe simpla. Maldikaj metalaj platoj kovritaj per tavolo de feromagneta materialo (kristala substanco kiu povas resti magnetigita eĉ en foresto de ekstera kampo ĉe temperaturo sub la punkto Curie) moviĝas relative al la bloko de registradkapoj ĉe alta rapideco (5400 rpm aŭ pli). Kiam elektra kurento estas aplikata al la skribkapo, ekestas alterna magneta kampo, kiu ŝanĝas la direkton de la magnetigvektoro de la domajnoj (diskretaj regionoj de materio) de la feromagneto. Datenlegado okazas aŭ pro la fenomeno de elektromagneta indukto (la movado de domajnoj relative al la sensilo kaŭzas la okazon de alterna elektra kurento en ĉi-lasta), aŭ pro la giganta magnetorezista efiko (la elektra rezisto de la sensilo ŝanĝiĝas sub la sensilo). influo de magneta kampo), kiel estas efektivigita en modernaj stokaj aparatoj. Ĉiu domajno ĉifras unu peceton da informoj, prenante la logikan valoron "0" aŭ "1" depende de la direkto de la magnetigvektoro.
Dum longa tempo, malmolaj diskoj uzis la metodon Longitudinal Magnetic Recording (LMR), en kiu la domajna magnetigvektoro kuŝis en la ebeno de la magneta plado. Malgraŭ la relativa facileco de efektivigo, tiu teknologio havis signifan malavantaĝon: por venki trudiĝon (la transiro de magnetaj partikloj al unu-domajna ŝtato), impona bufrozono (la tielnomita gardspaco) devis esti lasita inter spuroj. Kiel rezulto, la maksimuma registra denseco kiu estis atingita ĉe la fino de ĉi tiu teknologio estis nur 150 Gb/in2.
En 2010, LMR preskaŭ estis tute anstataŭigita per PMR (Perpendicular Magnetic Recording - perpendikulara magneta registrado). La ĉefa diferenco inter ĉi tiu teknologio kaj longituda magneta registrado estas, ke la magneta direktiveca vektoro de ĉiu domajno situas je angulo de 90° al la surfaco de la magneta plato, kio ebligis signife redukti la interspacon inter spuroj.
Pro tio, la denseco de registrado de datumoj signife pliiĝis (ĝis 1 Tbit / colo2 en modernaj aparatoj), dum ne oferante la rapidajn trajtojn kaj fidindecon de malmolaj diskoj. Nuntempe, perpendikulara magneta registrado dominas en la merkato, tial ĝi ankaŭ estas ofte nomata CMR (Conventional Magnetic Recording - konvencia magneta registrado). Samtempe, oni devas kompreni, ke estas absolute neniu diferenco inter PMR kaj CMR - ĉi tio estas nur malsama versio de la nomo.
Kiam vi rigardas la specifojn de modernaj malmolaj diskoj, vi ankaŭ povas renkonti la kriptan mallongigon TDMR. Aparte, ĉi tiu teknologio estas uzata de entrepren-klasaj diskoj . El la vidpunkto de fiziko, TDMR (kiu signifas Two Dimensional Magnetic Recording - dudimensia magneta registrado) ne diferencas de la kutima PMR: kiel antaŭe, ni traktas ne-intersekcantajn trakojn, domajnojn en kiuj estas orientitaj perpendikularaj. al la ebeno de la magnetaj platoj. La diferenco inter teknologioj kuŝas en la aliro al legado de informoj.
En la bloko de magnetaj kapoj de malmolaj diskoj kreitaj per TDMR-teknologio, ĉiu registradkapo havas du legajn sensilojn, kiuj samtempe legas datumojn de ĉiu trako pasita. Ĉi tiu redundo permesas al la HDD-regilo efike filtri elektromagnetan bruon kaŭzitan de Intertrack Interference (ITI).
Solvi la problemon kun ITI provizas du ekstreme gravajn avantaĝojn:
- redukto de la brua faktoro permesas pliigi la registran densecon reduktante la distancon inter trakoj, provizante gajnon en totala kapablo ĝis 10% kompare kun konvencia PMR;
- Kombinita kun RVS-teknologio kaj tri-pozicia mikro-aktuario, TDMR efike rezistas rotacian vibradon kaŭzitan de malmolaj diskoj, helpante atingi konsekvencajn nivelojn de agado eĉ en la plej postulemaj medioj.
Kio estas SMR kaj per kio ĝi estas manĝata?
La dimensioj de la skribkapo estas ĉirkaŭ 1,7 fojojn pli grandaj ol la dimensioj de la legita sensilo. Tia impona diferenco estas klarigita tute simple: se la registra modulo estas farita eĉ pli miniatura, la forto de la magneta kampo, kiun ĝi povas generi, ne sufiĉos por magnetigi la domajnojn de la feromagneta tavolo, kio signifas, ke la datumoj simple ne estos. estu konservita. En la kazo de leganta sensilo, ĉi tiu problemo ne ekestas. Krome, ĝia miniaturigo ebligas plu malpliigi la influon de la supre menciita ITI sur la procezo de legado de informoj.
Ĉi tiu fakto formis la bazon de kahelita magneta registrado (Shingled Magnetic Recording, SMR). Ni komprenu kiel ĝi funkcias. Kiam oni uzas tradician PMR, la skribkapo estas ŝovita rilate al ĉiu antaŭa trako je distanco egala al ĝia larĝo + la larĝo de la protekta spaco (garda spaco).
Kiam oni uzas la kahelitan metodon de magneta registrado, la registra kapo antaŭeniras nur parton de sia larĝo, do ĉiu antaŭa trako estas parte anstataŭita de la sekva: la magnetaj spuroj interkovras unu la alian kiel tegoloj. Ĉi tiu aliro ebligas plu pliigi la registran densecon, provizante kapacitan gajnon de ĝis 10%, dum ne influante la legadon. Ekzemplo estas — la unuaj 3.5-colaj 20 TB-diskoj en la mondo kun interfaco SATA/SAS, kies aspekto ebligis danke al la nova magneta registra teknologio. Tiel, la transiro al SMR-diskoj permesas pliigi la densecon de datumstokado en la samaj rakoj je minimuma kosto por ĝisdatigi la IT-infrastrukturon.
Malgraŭ tia signifa avantaĝo, SMR havas evidentan malavantaĝon. Ĉar la magnetaj spuroj interkovras unu la alian, dum ĝisdatigo de datumoj, estos necese reverki ne nur la bezonatan fragmenton, sed ankaŭ ĉiujn postajn spurojn ene de la magneta plado, kies volumeno povas superi 2 terabajtojn, kiu estas plena de serioza guto. en rendimento.
Kombini certan nombron da trakoj en apartajn grupojn nomitajn zonoj helpas solvi ĉi tiun problemon. Kvankam ĉi tiu aliro al datumstokado iom reduktas la totalan kapaciton de la HDD (ĉar sufiĉaj interspacoj devas esti konservitaj inter zonoj por malhelpi anstataŭi trakojn de najbaraj grupoj), tio povas signife akceli la datuman ĝisdatigprocezon, ĉar nun nur limigita nombro da trakoj. partopreni en ĝi.
Kahelita magneta registrado implikas plurajn efektivigajn elektojn:
- Veturado Administrita SMR (Drive Administrita SMR)
Ĝia ĉefa avantaĝo estas, ke ne necesas modifi la programaron kaj/aŭ aparataron de la gastiganto, ĉar la HDD-regilo transprenas la kontrolon de la datumregistradproceduro. Tiaj diskoj povas esti konektitaj al iu ajn sistemo, kiu havas la bezonatan interfacon (SATA aŭ SAS), post kio la disko tuj estos preta por uzo.
La malavantaĝo de ĉi tiu aliro estas agadoŝanĝebleco, kio igas Drive Managed SMR malracia por entreprenaj aplikoj kie sistema agado-konsistenco estas kritika. Tamen, tiaj diskoj funkcias bone en scenaroj, kiuj permesas sufiĉan tempon por ke fona datummalfragmentado finiĝos. Do, ekzemple, DMSMR stiradoj Optimumigita por uzo en malgranda 8-ruĝa NAS, ĝi estas bonega elekto por arkivado aŭ rezerva sistemo, kiu postulas longdaŭran rezervan stokadon.
- Gastiganto Administrita SMR (Gastiganto Administrita SMR)
Host Managed SMR estas la plej preferata kahela efektivigo por entreprena uzo. En ĉi tiu kazo, la gastiga sistemo mem respondecas pri administrado de datumfluoj kaj operacioj de legado/skribado, uzante por ĉi tiuj celoj la etendaĵojn de la interfacoj ATA (Zoned Device ATA Command Set, ZAC) kaj SCSI (Zoned Block Commands, ZBC) evoluigitaj de la INCITS T10 kaj T13-komitatoj.
Kiam oni uzas HMSMR, la tuta disponebla stoka kapacito estas dividita en du specojn de zonoj: Konvenciaj Zonoj (regulaj zonoj), kiuj estas uzataj por stoki metadatenojn kaj arbitran registradon (fakte, ludas la rolon de kaŝmemoro), kaj Sequential Write Required Zones. (sekvencaj skribzonoj), kiuj okupas grandan parton de la totala kapablo de la malmola disko, en kiu datumoj estas registritaj strikte sinsekve. Neordigitaj datenoj estas stokitaj en la kaŝmemorregiono, de kie ĝi tiam povas esti transdonita al la ekvivalenta sinsekva skribzono. Pro tio, ĉiuj fizikaj sektoroj estas skribitaj sinsekve en la radiala direkto kaj estas anstataŭitaj nur post envolviĝo, kio ebligas al vi atingi stabilan kaj antaŭvideblan sisteman rendimenton. En la sama tempo, HMSMR-diskoj subtenas hazardajn legajn komandojn similajn al veturadoj uzantaj norman PMR.
Host Managed SMR efektivigita en entreprenaj malmolaj diskoj .
La linio inkluzivas alt-kapacitajn SATA kaj SAS-diskojn dizajnitajn por uzo en hiperskalaj datumcentroj. Subteno por Host Managed SMR signife vastigas la amplekson de tiaj malmolaj diskoj: aldone al rezervaj sistemoj, ili estas perfektaj por nuba stokado, CDN aŭ streaming-platformoj. La alta kapablo de malmolaj diskoj permesas signife pliigi stokan densecon (en la samaj rakoj) kun minimumaj ĝisdatigaj kostoj, kaj malalta konsumo de energio (malpli ol 0,29 vatoj por terabajto de stokita informo) kaj varmodissipado (averaĝe 5 °C pli malalta ol analogoj) - plu reduktu la operaciajn kostojn de bontenado de la datumcentro.
La nura malavantaĝo de HMSMR estas la relativa komplekseco de efektivigo. La afero estas, ke hodiaŭ eĉ ne unu operaciumo aŭ aplikaĵo povas funkcii kun tiaj diskoj el la skatolo, tial necesas gravaj ŝanĝoj en la programaro por adapti la IT-infrastrukturon. Antaŭ ĉio, ĉi tio koncernas, kompreneble, la OS mem, kiu en la kondiĉoj de modernaj datumcentroj uzantaj plurkernajn kaj plur-ingajn servilojn estas sufiĉe ne-triviala tasko. Vi povas lerni pli pri ebloj por efektivigi subtenon por Host Managed SMR per speciala rimedo. dediĉita al la temoj de zona datumstokado. La informoj ĉi tie kolektitaj helpos vin antaŭe taksi la pretecon de via IT-infrastrukturo por transiro al zonitaj stoksistemoj.
- Host Aware SMR (SMR subtenata de la gastiganto)
Host Aware SMR-ebligitaj aparatoj kombinas la oportunon kaj flekseblecon de Drive Managed SMR kun la rapida registra rapideco de Host Managed SMR. Tiaj diskoj estas malantaŭen kongruaj kun heredaj stokadsistemoj kaj povas funkcii sen rekta kontrolo de la gastiganto, sed en ĉi tiu kazo, kiel kun DMSMR, ilia efikeco fariĝas neantaŭvidebla.
Kiel Host Managed SMR, Host Aware SMR uzas du specojn de zonoj: Konvenciaj Zonoj por hazardaj skriboj kaj Sequential Write Preferred Zones (zonoj preferitaj por sinsekva registrado). Ĉi-lastaj, kontraste al la Sequential Write Required Zones menciita supre, estas aŭtomate translokigitaj al la kategorio de ordinaraj se ili komencas skribi datumojn en neorda maniero.
La gastigant-konscia efektivigo de SMR disponigas internajn mekanismojn por renormaliĝi post malkonsekvencaj skriboj. Hazardaj datumoj estas skribitaj al la kaŝmemoro, de kie la disko povas transdoni informojn al la sinsekva skribzono post kiam ĉiuj necesaj blokoj estis ricevitaj. La disko uzas nerektan tabelon por administri enordajn skribojn kaj fonan malfragmentadon. Tamen, se antaŭvidebla kaj optimumigita efikeco estas postulata por entreprenaj aplikoj, tio ankoraŭ povas esti atingita nur kiam la gastiganto prenas plenan kontrolon de ĉiuj datumfluoj kaj skribas zonojn.
fonto: www.habr.com