305an kaleratu zen IBM RAMAC 1956 munduko lehen disko gogorrak 5 MBko datu baino ez zituen, eta 970 kg pisatzen zuen eta hozkailu industrial baten parekoa zen. Enpresa enblematiko modernoek dagoeneko 20 TB-ko edukiera izan dezakete. Imajinatu: duela 64 urte, informazio-kopuru hori erregistratzeko, 4 milioi RAMAC 305 baino gehiago beharko lirateke, eta horiek hartzeko behar den datu-zentroaren tamaina 9 kilometro koadrotik gorakoa izango zen, gaur egun, berriz, txiki batek. 700 gramo inguruko kutxa! Modu askotan, biltegiratze-dentsitatearen handitze ikaragarri hau grabazio magnetikoko metodoen hobekuntzari esker lortu da.
Zaila da sinestea, baina funtsean disko gogorren diseinua ez da aldatu ia 40 urtez, 1983az geroztik: orduan ikusi zuen argia Eskoziako Rodime enpresak garatutako 3,5 hazbeteko RO351 lehen disko gogorrak. Haur honek 10 MB-ko bi plaka magnetiko jaso zituen, hau da, Seagate-k urte berean IBM 412 ordenagailu pertsonaletarako kaleratu zuen 5,25 hazbeteko ST-5160 eguneratua baino datu bikoitza jaso ahal izan zuen.
Rodime RO351 - munduko lehen 3,5 hazbeteko disko gogorra
Berrikuntza eta tamaina trinkoa izan arren, RO351 kaleratu zen unean, ia inork ez zuen behar izan, eta Rodimek disko gogorren merkatuan sartzeko saiakera gehiago porrot egin zuen, horregatik konpainiak operazioa uztera behartu zuen. 1991n, lehendik zeuden aktibo ia guztiak saldu eta egoera gutxienera murriztuz. Hala ere, Rodimek ez zuen porrot egiteko xederik: laster disko gogor fabrikatzaile handienak harengana jotzen hasi ziren, eskoziarrek patentatutako forma-faktorea erabiltzeko lizentzia eskuratu nahi zutelarik. 3,5" da gaur egun industriako estandarra bai kontsumitzaileentzako bai enpresetako HDDetarako.
Sare neuronalak, Deep Learning eta Gauzen Internet (IoT) agerpenarekin, gizakiak sortutako datu-bolumena elur-jausi baten moduan hazten hasi da. IDC agentzia analitikoaren kalkuluen arabera, 2025erako bai pertsonek bai gure inguruko gailuek sortutako informazio kopurua 175 zettabyteraino iritsiko da (1 Zbyte = 1021 byte), eta hori 2019an 45ekoa izan arren. Zbytes, 2016an - 16 Zbyte, eta 2006an, aurreikus daitekeen historia osoan ekoitzitako datu kopuru osoa ez zen 0,16 (!) Zbyte baino gehiago izan. Teknologia modernoek informazioaren eztandari aurre egiten laguntzen dute, eta horien artean datuak grabatzeko metodo hobetuak ez dira azkenak.
LMR, PMR, CMR eta TDMR: zein da aldea?
Disko gogorren funtzionamendu printzipioa nahiko erraza da. Material ferromagnetikozko geruza batez estalitako metalezko plaka meheak (Kurie puntutik beherako tenperaturan kanpoko eremu magnetikorik izan ezean ere magnetizatuta egon daitekeen substantzia kristalinoa) abiadura handian (5400 rpm edo 0 bira/min). gehiago). Idazteko buruari korronte elektrikoa aplikatzen zaionean, eremu magnetiko alterno bat sortzen da, eta horrek ferroimanaren domeinuen (materia-eskualde diskretuak) magnetizazio-bektorearen norabidea aldatzen du. Datuen irakurketa indukzio elektromagnetikoaren fenomenoagatik gertatzen da (sentsorearekiko domeinuen mugimenduak azken honetan korronte elektriko alternoa agertzea eragiten du), edo magnetoresistibo efektu erraldoiagatik (sentsorearen erresistentzia elektrikoa aldatzen da. eremu magnetikoaren eragina), biltegiratze-gailu modernoetan ezartzen den bezala. Domeinu bakoitzak informazio bit bat kodetzen du, magnetizazio bektorearen norabidearen arabera "1" edo "XNUMX" balio logikoa hartuz.
Denbora luzez, disko gogorrek Grabaketa Magnetikoa Longitudinal (LMR) metodoa erabili zuten, non domeinuaren magnetizazio-bektorea plaka magnetikoaren planoan zegoen. Inplementatzeko erraztasun erlatiboa izan arren, teknologia honek eragozpen nabarmen bat zuen: koertzibitatea gainditzeko (partikula magnetikoen trantsizioa domeinu bakarreko egoerara), buffer gune ikusgarria (guardespazio deritzona) artean utzi behar zen. pistak. Ondorioz, teknologia honen amaieran lortu zen grabazio-dentsitate maximoa 150 Gb/in2 baino ez zen.
2010ean, LMR PMR (Grabaketa Magnetiko Perpendikularra - grabazio magnetiko perpendikularra) ordezkatu zuen ia erabat. Teknologia honen eta luzetarako grabazio magnetikoaren arteko desberdintasun nagusia da domeinu bakoitzaren zuzenbide magnetikoaren bektorea plaka magnetikoaren gainazaletik 90Β°-ko angeluan kokatzen dela, eta horri esker pisten arteko tartea nabarmen murriztea posible da.
Hori dela eta, datuak grabatzeko dentsitatea nabarmen handitu da (gailu modernoetan 1 Tbit / inch2 arte), disko gogorren abiadura ezaugarriak eta fidagarritasuna uko egin gabe. Gaur egun, grabazio magnetiko perpendikularra da nagusi merkatuan, eta horregatik sarritan CMR (Grabaketa Magnetikoa Konbentzionala - grabazio magnetiko konbentzionala) ere deitzen zaio. Aldi berean, ulertu behar da ez dagoela inolako alderik PMR eta CMRren artean - hau izenaren bertsio ezberdina da.
Disko gogor modernoen zehaztapenak aztertzean, TDMR laburdura kriptikoa ere topa dezakezu. Bereziki, teknologia hau enpresa mailako unitateek erabiltzen dute . Fisikaren ikuspuntutik, TDMR (bi dimentsioko grabaketa magnetikoa izendatzen duena - bi dimentsioko grabaketa magnetikoa) ez da ohiko PMRtik desberdina: lehen bezala, gurutzatzen ez diren pistekin ari gara, perpendikular orientatuta dauden domeinuekin. plaka magnetikoen planora. Teknologien arteko aldea informazioa irakurtzeko ikuspegian dago.
TDMR teknologia erabiliz sortutako disko gogorren buru magnetikoen blokean, grabazio buru bakoitzak bi irakurtzeko sentsore ditu, aldi berean, gainditutako pista bakoitzeko datuak irakurtzen dituztenak. Erredundantzia horri esker, HDD kontrolagailuak Intertrack Interferentziak (ITI) eragindako zarata elektromagnetikoa eraginkortasunez iragazten du.
ITIrekin arazoa konpontzeak bi onura oso garrantzitsu eskaintzen ditu:
- zarata-faktorearen murrizketak grabazioaren dentsitatea handitzea ahalbidetzen du pisten arteko distantzia murriztuz, ahalmen osoaren %10eko irabazia emanez ohiko PMRarekin alderatuta;
- RVS teknologiarekin eta hiru posizioko mikro eragingailu batekin konbinatuta, TDMRk modu eraginkorrean aurre egiten dio disko gogorrek eragindako biraketaren bibrazioari, ingurune zorrotzenetan ere errendimendu maila koherenteak lortzen laguntzen baitu.
Zer da SMR eta zerekin jaten da?
Idazteko buruaren neurriak irakurtzeko sentsorearen neurriak baino 1,7 aldiz handiagoak dira. Hain diferentzia ikusgarria nahiko erraz azaltzen da: grabazio-modulua are miniaturalagoa bada, sor dezakeen eremu magnetikoaren indarra ez da nahikoa izango geruza ferromagnetikoko domeinuak magnetizatzeko, eta horrek esan nahi du datuak ez direla besterik gabe. gordeta egon. Irakurketa sentsore baten kasuan, arazo hau ez da sortzen. Gainera, bere miniaturizazioari esker, lehen aipatutako ITIk informazioa irakurtzeko prozesuan duen eragina gehiago murriztea ahalbidetzen du.
Gertaera hori lauzako grabazio magnetikoaren oinarria izan zen (Shingled Magnetic Recording, SMR). Uler dezagun nola funtzionatzen duen. PMR tradizionala erabiltzean, idazketa-burua aurreko pista bakoitzarekin alderatuta mugitzen da bere zabaleraren + babes-espazioaren zabaleraren (guarda-espazioa) berdina den distantzia batean.
Grabazio magnetikoaren teila-metodoa erabiltzean, grabazio-buruak bere zabaleraren zati bat baino ez du aurrera egiten, eta, beraz, aurreko pista bakoitza partzialki gainidazten da hurrengoarekin: pista magnetikoak elkarren gainjartzen dira teilatuak bezala. Ikuspegi honek grabazio-dentsitatea are gehiago handitzea ahalbidetzen du, %10erainoko ahalmen-irabazpena emanez, irakurketa-prozesuan eragin gabe. Adibide bat da β SATA/SAS interfazea duten 3.5 hazbeteko 20 TBko munduko lehen unitateak, eta horien itxura grabazio magnetikoko teknologia berriari esker posible izan da. Horrela, SMR diskoetarako trantsizioak datuen biltegiratze-dentsitatea handitzeko aukera ematen du bastidore berdinetan kostu minimoarekin IT azpiegitura berritzeko.
Abantaila nabarmena izan arren, SMR-k desabantaila nabaria du. Pista magnetikoak bata bestearen gainjartzen direnez, datuak eguneratzean, beharrezkoa izango da beharrezkoa den zatia ez ezik, plato magnetikoaren barruan ondorengo pista guztiak ere berridatzi beharko dira, zeinaren bolumena 2 terabyte baino gehiagokoa izan daiteke, beherakada larria duena. errendimenduan.
Pista kopuru jakin bat zona izeneko talde bereizietan konbinatzeak arazo hau konpontzen laguntzen du. Datuak biltegiratzeko ikuspegi honek HDDaren ahalmen orokorra zertxobait murrizten badu ere (zonen artean hutsune nahikoak mantendu behar baitira ondoko taldeen pistak gainidaztea saihesteko), horrek datuen eguneratze prozesua nabarmen bizkortu dezake, orain pista kopuru mugatu bat baino ez baita. bertan parte hartu.
Grabazio magnetiko lauzak hainbat ezarpen-aukera ditu:
- Drive Managed SMR (Drive Managed SMR)
Bere abantaila nagusia da ez dagoela ostalariaren softwarea eta/edo hardwarea aldatu beharrik, HDD kontrolatzaileak bere gain hartzen baitu datuak grabatzeko prozeduraren kontrola. Horrelako unitateak behar den interfazea duen edozein sistematara konekta daitezke (SATA edo SAS), eta ondoren unitatea berehala erabiltzeko prest egongo da.
Ikuspegi honen desabantaila errendimenduaren aldakortasuna da, eta horrek Drive Managed SMR desegokia bihurtzen du sistemaren errendimenduaren koherentzia funtsezkoa den enpresa-aplikazioetarako. Hala ere, disko horiek ondo funtzionatzen dute atzeko planoko datuen desfragmentazioa amaitzeko denbora nahikoa ematen duten eszenatokietan. Beraz, adibidez, DMSMR diskoak 8 badiako NAS txikietan erabiltzeko optimizatuta, aukera bikaina da epe luzerako babeskopiak biltegiratzea behar duen artxibatze- edo babeskopia-sistema baterako.
- Host Managed SMR (Host Managed SMR)
Host Managed SMR enpresen erabilerarako lauzarik hobesten den inplementazioa da. Kasu honetan, ostalari-sistema bera arduratzen da datu-fluxuak eta irakurketa/idazketa eragiketak kudeatzeaz, helburu horietarako ATA (Zoned Device ATA Command Set, ZAC) eta SCSI (Zoned Block Commands, ZBC) interfazeen luzapenak erabiliz. INCITS T10 eta T13 batzordeak .
HMSMR erabiltzean, erabilgarri dagoen biltegiratze-ahalmen osoa bi zona motatan banatzen da: Eremu konbentzionalak (zona arruntak), metadatuak eta grabazio arbitrarioak gordetzeko erabiltzen direnak (hain zuzen ere, cache baten papera betetzen dute) eta Idazketa sekuentzial behar diren eremuak. (idazketa sekuentzialeko eremuak), disko gogorraren ahalmen osoaren zati handi bat hartzen dutenak, eta horietan datuak zorrozki sekuentzialki erregistratzen dira. Ordenatu gabeko datuak cache-eremuan gordetzen dira, eta, ondoren, dagokion idazketa-zona sekuentzialera transferi daitezke. Hori dela eta, sektore fisiko guztiak sekuentzialki idazten dira norabide erradialean eta gainidazten dira itzulbiratu baten ondoren soilik, eta horrek sistemaren errendimendu egonkorra eta aurreikusgarria lortzeko aukera ematen du. Aldi berean, HMSMR unitateek PMR estandarra erabiltzen duten unitateen antzeko ausazko irakurketa komandoak onartzen dituzte.
Host Managed SMR enpresa mailako disko gogorretan ezarrita .
Lineak gaitasun handiko SATA eta SAS unitateak barne hartzen ditu hiperskala datu-zentroetan erabiltzeko diseinatuta. Host Managed SMR-ren laguntzak nabarmen zabaltzen du disko gogor horien esparrua: babeskopia sistemez gain, hodeiko biltegiratze, CDN edo streaming plataformetarako ezin hobeak dira. Disko gogorren edukiera handiak biltegiratze-dentsitatea nabarmen handitzeko aukera ematen du (rack berdinetan) berritze-kostu minimoekin, eta energia-kontsumo txikiarekin (biltegiratutako informazioaren terabyte bakoitzeko 0,29 watt baino gutxiago) eta bero xahutzea (batez beste 5 Β°C baino gutxiagorekin). analogikoak) - datu-zentroa mantentzeko kostu operatiboak are gehiago murrizten ditu.
HMSMRren desabantaila bakarra ezarpenaren konplexutasun konparatiboa da. Kontua da gaur egun sistema eragile edo aplikazio bakar batek ezin duela funtzionatu horrelako unitateekin, eta horregatik software pilan aldaketa handiak behar dira IT azpiegitura egokitzeko. Lehenik eta behin, hau, noski, OS berari dagokio, eta datu-zentro modernoen baldintzetan nukleo anitzeko eta socket anitzeko zerbitzariak erabiltzen dituztenak ez-nahiko zeregina da. Host Managed SMR-rako laguntza ezartzeko aukerei buruz gehiago ikas dezakezu baliabide espezializatu batean. zonakako datuak biltegiratzeko gaiei eskainia. Hemen bildutako informazioak zure IT azpiegiturak zonaldeko biltegiratze sistemetara trantsiziorako prest dauden aldez aurretik ebaluatzen lagunduko dizu.
- Host Aware SMR (ostalariak onartzen duen SMR)
Host Aware SMR gaitutako gailuek Drive Managed SMR-ren erosotasuna eta malgutasuna konbinatzen dituzte Host Managed SMR-ren grabazio-abiadura azkarrarekin. Unitate horiek atzerantz bateragarriak dira biltegiratze-sistemekin eta ostalariaren kontrol zuzenik gabe funtziona dezakete, baina kasu honetan, DMSMR unitateekin gertatzen den bezala, haien errendimendua ezusteko bihurtzen da.
Host Managed SMR bezala, Host Aware SMR-k bi zona mota erabiltzen ditu: ausazko idazketarako ohiko eremuak eta sekuentzial idazketa hobetsitako eremuak (grabazio sekuentzialetarako hobetsitako eremuak). Azken hauek, goian aipatutako Idazketa Beharrezko Eremu Sekuentzialekin ez bezala, automatikoki ohikoen kategoriara pasatzen dira datuak ordenarik gabe idazten hasten badira.
Ostalariaren jakitun den SMRren inplementazioak barne-mekanismoak eskaintzen ditu idazketa inkoherenteetatik berreskuratzeko. Ausazko datuak cache eremuan idazten dira, eta bertatik diskoak informazio sekuentzialeko idazketa eremura transferi dezake beharrezko bloke guztiak jaso ondoren. Unitateak zeharkako taula bat erabiltzen du ordenaren idazketak eta atzeko planoko desfragmentazioa kudeatzeko. Hala ere, enpresa-aplikazioetarako errendimendu aurreikusgarria eta optimizatua behar bada, ostalariak datu-fluxu eta idazketa-eremu guztien kontrol osoa hartzen duenean bakarrik lor daiteke.
Iturria: www.habr.com