De earste hurde skiif fan 'e wrâld, de IBM RAMAC 305, útbrocht yn 1956, hie mar 5 MB oan gegevens, woech 970 kg en wie yn grutte te fergelykjen mei in yndustriële kuolkast. Moderne bedriuwsflaggeskippen kinne hawwe in kapasiteit fan 20 TB. Stel jo gewoan foar: 64 jier lyn, om dizze hoemannichte ynformaasje op te nimmen, soe mear dan 4 miljoen RAMAC 305 nedich wêze, en de grutte fan it datasintrum dat nedich is om se te behertigjen soe 9 fjouwerkante kilometer wêze soe, wylst hjoed in lyts doaze weaget oer 700g! Op in protte manieren waard dizze ongelooflijke ferheging fan opslachstichtens berikt troch ferbetteringen yn metoaden foar magnetyske opname.
It is min te leauwen, mar it fûnemintele ûntwerp fan hurde skiven is hast 40 jier net feroare, begjinnend yn 1983: doe seach de earste 3,5-inch hurde skiif RO351, ûntwikkele troch it Skotske bedriuw Rodime, it ljocht fan 'e dei. Dizze poppe hie twa magnetyske platters fan elk 10 MB, wat betsjuttet dat it twa kear safolle gegevens koe hâlde as de aktualisearre 412-inch ST-5,25 Seagate itselde jier frijlitten foar IBM 5160 persoanlike kompjûters.
Rodime RO351 - de wrâld syn earste 3,5-inch hurde skiif
Nettsjinsteande syn ynnovaasje en kompakte grutte, yn 'e tiid fan' e frijlitting fan 'e RO351 die bliken foar elkenien praktysk nutteloos te wêzen, en alle fierdere besykjen fan Rodime om in foet te krijen op' e hurde skiifmerk mislearre, wêrtroch't it bedriuw yn 1991 twongen waard om syn aktiviteiten te stopjen, hast alle besteande fermogen te ferkeapjen en personiel oant in minimum te ferminderjen. Rodime wie lykwols net ornearre om fallisemint te gean: al gau begûnen de grutste hurde skiiffabrikanten kontakt mei him te meitsjen, om in lisinsje te keapjen foar it brûken fan de foarmfaktor patintearre troch de Skotten. Op it stuit is 3,5 inch de algemien akseptearre standert foar de produksje fan sawol konsuminte-HDD's as drives fan bedriuwsklasse.
Mei de komst fan neurale netwurken, Deep Learning en it Internet of Things (IoT), begon it folume fan gegevens makke troch it minskdom eksponentieel te groeien. Neffens rûzingen fan it analytysk buro IDC sil yn 2025 de hoemannichte ynformaasje generearre troch sawol minsken sels as de apparaten om ús hinne 175 zettabytes berikke (1 Zbyte = 1021 bytes), en dit nettsjinsteande it feit dat dit yn 2019 45 Zbytes bedroech. , yn 2016 - 16 Zbytes, en werom yn 2006, de totale hoemannichte gegevens produsearre oer de hiele observable skiednis net mear as 0,16 (!) Zbytes. Moderne technologyen helpe om te gean mei de ynformaasje-eksploazje, wêrfan net it minst ferbettere metoaden binne foar gegevensopname.
LMR, PMR, CMR en TDMR: Wat is it ferskil?
It prinsipe fan wurking fan hurde skiven is frij simpel. Tinne metalen platen bedekt mei in laach fan ferromagnetysk materiaal (in kristallijne stof dy't magnetisearre kin bliuwe, sels as se net bleatsteld wurde oan in ekstern magnetysk fjild by temperatueren ûnder it Curie-punt) bewege relatyf oan 'e skriuwkop-ienheid op hege snelheid (5400 revolúsjes per minuut of mear). As in elektryske stroom oanlein wurdt op 'e skriuwkop, ûntstiet in wikseljend magnetysk fjild, dat de rjochting feroaret fan 'e magnetisaasjevektor fan 'e domeinen (diskrete gebieten fan matearje) fan 'e ferromagneet. Gegevenslêzen komt of troch it ferskynsel fan elektromagnetyske ynduksje (de beweging fan domeinen relatyf oan de sensor soarget foar it ferskinen fan in wikselstroom yn de lêste), of troch in gigantysk magnetoresistyf effekt (ûnder ynfloed fan in magnetysk fjild de elektryske wjerstân fan 'e sensor feroarings), lykas ymplementearre yn moderne driuwfearren. Elk domein kodearret ien bytsje ynformaasje, en nimt de logyske wearde "0" of "1" ôfhinklik fan 'e rjochting fan' e magnetisaasjevektor.
Foar in lange tiid brûkt hurde skiven de Longitudinal Magnetic Recording (LMR) metoade, wêrby't de domein magnetisaasje vector lei yn it fleantúch fan de magnetyske plaat. Nettsjinsteande de relative ienfâld fan ymplemintaasje, dizze technology hie in wichtige neidiel: om te oerwinnen coercivity (de oergong fan magnetyske dieltsjes yn ien-domein steat), moast in yndrukwekkende buffer sône (de saneamde wachtromte) ferlitten tusken de spoaren. As gefolch, de maksimale opname tichtens dat waard berikt oan 'e ein fan dizze technology wie mar 150 Gbit / inch2.
Yn 2010 waard LMR hast folslein ferfongen troch PMR (Perpendicular Magnetic Recording). It wichtichste ferskil tusken dizze technology en longitudinale magnetyske opname is dat de magnetyske rjochtingsvektor fan elk domein leit yn in hoeke fan 90 ° nei it oerflak fan 'e magnetyske plaat, wat de gap tusken spoaren signifikant hat fermindere.
Hjirtroch waard de tichtens fan gegevensopname signifikant ferhege (oant 1 Tbit/in2 yn moderne apparaten), sûnder de snelheidskaaimerken en betrouberens fan hurde skiven op te offerjen. Op it stuit dominearret perpendicular magnetic opname de merk, dat is wêrom it wurdt ek faak neamd CMR (Conventional Magnetic Recording). Tagelyk moatte jo begripe dat d'r absoluut gjin ferskil is tusken PMR en CMR - it is gewoan in oare ferzje fan 'e namme.
Wylst jo de technyske skaaimerken fan moderne hurde skiven studearje, kinne jo ek de mysterieuze ôfkoarting TDMR tsjinkomme. Benammen dizze technology wurdt brûkt troch bedriuwsklasse driuwfearren . Ut in natuerkunde eachpunt, TDMR (dat stiet foar Two Dimensional Magnetic Recording) is net oars as de gewoane PMR: lykas foarhinne, wy hawwe te krijen mei net-kruisjende spoaren, de domeinen dy't oriïntearre loodrecht op it fleantúch fan 'e magnetyske boarden. It ferskil tusken technologyen leit yn 'e oanpak fan it lêzen fan ynformaasje.
Yn it blok fan magnetyske koppen fan hurde skiven makke mei TDMR technology, hat elke skriuwkop twa lêssensors dy't tagelyk gegevens lêze fan elke trochjûne spoar. Dizze redundânsje lit de HDD-controller elektromagnetysk lûd effektyf filterje, wêrfan it uterlik wurdt feroarsake troch intertrack-ynterferinsje (ITI).
It oplossen fan it ITI-probleem biedt twa ekstreem wichtige foardielen:
- it ferminderjen fan de lûdsfaktor kinne jo fergrutsje de opname tichtens troch it ferminderjen fan de ôfstân tusken spoaren, it bieden fan in winst yn totale kapasiteit fan maksimaal 10% yn ferliking mei konvinsjonele PMR;
- Kombinearre mei RVS technology en in trije-posysje microactuator, TDMR effektyf wjerstean rotational trilling feroarsake troch hurde skiven, helpt te berikken konsekwint nivo fan prestaasje sels yn de meast útdaagjende wurking omstannichheden.
Wat is SMR en wêrmei wurdt it iten?
De grutte fan 'e skriuwkop is sawat 1,7 kear grutter yn ferliking mei de grutte fan' e lêssensor. Sa'n yndrukwekkende ferskil kin frij ienfâldich ferklearre wurde: as de opnamemodule noch mear miniatuer makke wurdt, sil de sterkte fan it magnetyske fjild dat it kin generearje net genôch wêze om de domeinen fan 'e ferromagnetyske laach te magnetisearjen, wat betsjut dat de gegevens gewoanwei sille net opslein wurde. Yn it gefal fan in lêssensor komt dit probleem net foar. Boppedat: syn miniaturisaasje makket it mooglik om de ynfloed fan de boppeneamde ITI op it ynformaasjelêsproses fierder te ferminderjen.
Dit feit foarme de basis fan Shingled Magnetic Recording (SMR). Litte wy útfine hoe't it wurket. By it brûken fan in tradisjonele PMR, de skriuwkop wurdt ferskood relatyf oan elke foarige spoar troch in ôfstân gelyk oan syn breedte + de breedte fan de wacht romte.
By it brûken fan de betegele magnetyske opname metoade, beweecht de skriuwkop mar in part fan syn breedte nei foaren, sadat elk foarige spoar foar in part oerskreaun wurdt troch de folgjende: de magnetyske spoaren oerlappe inoar as dakpannen. Dizze oanpak lit jo de opnametichtens fierder ferheegje, in winst yn kapasiteit fan maksimaal 10% leverje, sûnder it lêsproses te beynfloedzjen. In foarbyld is - de earste 3.5-inch 20 TB-skiven fan 'e wrâld mei in SATA / SAS-ynterface, wêrfan it uterlik mooglik makke waard troch de nije magnetyske opnametechnology. Sa, de oergong nei SMR skiven kinne jo te fergrutsjen de tichtheid fan gegevens opslach yn deselde rekken mei minimale kosten foar it opwurdearjen fan de IT-ynfrastruktuer.
Nettsjinsteande sa'n wichtige foardiel hat SMR ek in dúdlike nadeel. Sûnt de magnetyske spoaren inoar oerlappe, sil it bywurkjen fan gegevens net allinich it fereaske fragmint opnij skriuwe, mar ek alle folgjende spoaren binnen de magnetyske platter, wêrfan it folume 2 terabytes kin oerskriuwe, wat kin liede ta in serieuze drop yn prestaasjes.
Dit probleem kin oplost wurde troch in kombinearjen fan in bepaald oantal spoaren yn aparte groepen neamd sônes. Hoewol dizze oanpak foar it organisearjen fan gegevens opslach wat ferminderet de totale kapasiteit fan 'e HDD (om't it nedich is om genôch gatten tusken sônes te behâlden om foar te kommen dat spoaren fan neistlizzende groepen wurde oerskreaun), kin it it proses fan it bywurkjen fan gegevens signifikant fersnelle, sûnt no mar in beheind tal spoaren binne dêrby belutsen.
Magnetyske opname fan tegel omfettet ferskate ymplemintaasjeopsjes:
- Drive Managed SMR
It wichtichste foardiel is dat d'r gjin ferlet is om de hostsoftware en / of hardware te wizigjen, om't de HDD-controller kontrôle nimt oer de proseduere foar gegevensopname. Sokke driuwfearren kinne wurde ferbûn oan elk systeem dat hat de fereaske ynterface (SATA of SAS), wêrnei't it stasjon is fuortendaliks klear foar gebrûk.
It neidiel fan dizze oanpak is dat prestaasjesnivo's fariearje, wêrtroch Drive Managed SMR net geskikt is foar ûndernimmingsapplikaasjes wêr't konsekwinte systeemprestaasjes kritysk binne. Sokke skiven prestearje lykwols goed yn senario's dy't genôch tiid tastean foar defragmentaasje fan eftergrûngegevens. Bygelyks, DMSMR rydt .
- Host Managed SMR
Host Managed SMR is de foarkar ymplemintaasje foar betegele opname foar gebrûk yn in bedriuwsomjouwing. Yn dit gefal is it hostsysteem sels ferantwurdlik foar it behearen fan gegevensstreamen en lês-/skriuwoperaasjes, mei foar dizze doelen de ATA (Zoned Device ATA Command Set, ZAC) en SCSI (Zoned Block Commands, ZBC) ynterface-útwreidings ûntwikkele troch de INCITS T10 en T13 kommisjes.
By it brûken fan HMSMR wurdt de folsleine beskikbere opslachkapasiteit fan it stasjon ferdield yn twa soarten sônes: Konvinsjonele sônes, dy't wurde brûkt om metadata en willekeurige opname op te slaan (yn wêzen spielje de rol fan in cache), en Sequential Write Required Zones, dy't besette in grut part fan de totale hurde skiif kapasiteit wêryn gegevens wurdt skreaun strikt sequentially. Out-of-order gegevens wurde opslein yn in cache-gebiet, wêrfan't se dan kinne wurde oerbrocht nei it passende sekwinsjele skriuwgebiet. Mei tank oan dit, alle fysike sektoaren wurde sequentially skreaun yn 'e radiale rjochting en wurde oerskreaun pas nei in syklysk oerdracht, dat soarget foar stabile en foarsisber systeem prestaasje. Tagelyk stipet HMSMR-skiven willekeurige lêskommando's op deselde wize as skiven dy't standert PMR brûke.
Host Managed SMR wurdt ymplementearre yn bedriuwsklasse hurde skiven .
De line omfettet SATA- en SAS-skiven mei hege kapasiteit ûntworpen foar gebrûk yn hyperscale datasintra. Stipe foar Host Managed SMR wreidet it tapassingsgebiet fan sokke hurde skiven signifikant út: neist backupsystemen binne se perfekt foar wolkopslach, CDN of streamingplatfoarms. De hege kapasiteit fan hurde skiven kinne jo de opslachstichtens (yn deselde rekken) signifikant ferheegje mei minimale upgradekosten, en leech enerzjyferbrûk (net mear as 0,29 watt per terabyte oan opsleine ynformaasje) en waarmteferbrûk (gemiddeld 5 °C leger dan analogen) - fierder ferminderje de bedriuwsfieringskosten foar ûnderhâld fan datasintrum.
It ienige nadeel fan HMSMR is de relative kompleksiteit fan ymplemintaasje. It ding is dat hjoed gjin bestjoeringssysteem of applikaasje kin wurkje mei sokke skiven út 'e doaze, dat is de reden wêrom't serieuze feroarings oan' e softwarestapel nedich binne om de IT-ynfrastruktuer oan te passen. Alderearst giet dit fansels om it OS sels, dat yn 'e betingsten fan moderne datasintra dy't multi-core en multi-socket servers brûke, in nochal net-triviale taak is. Jo kinne mear leare oer opsjes foar it ymplementearjen fan Host Managed SMR-stipe op in spesjalisearre boarne , wijd oan problemen fan sonale gegevens opslach. De ynformaasje sammele hjir sil helpe jo foarriedich beoardielje de reeheid fan jo IT-ynfrastruktuer foar oerdracht nei sône opslach systemen.
- Host Aware SMR (Host Aware SMR)
Host Aware SMR-ynskeakele apparaten kombinearje it gemak en fleksibiliteit fan Drive Managed SMR mei de hege skriuwsnelheden fan Host Managed SMR. Dizze skiven binne efterút kompatibel mei legacy opslachsystemen en kinne operearje sûnder direkte kontrôle fan 'e host, mar yn dit gefal, lykas by DMSMR-skiven, wurde har prestaasjes ûnfoarspelber.
Lykas Host Managed SMR, brûkt Host Aware SMR twa soarten sônes: Konvinsjonele sônes foar willekeurich skriuwen en Sequential Write Preferred Zones. De lêste, yn tsjinstelling ta de hjirboppe neamde Sequential Write Required Zones, wurde automatysk degradearre nei de kategory fan reguliere as se begjinne mei it opnimmen fan gegevens út 'e oarder.
De host-bewuste ymplemintaasje fan SMR leveret ynterne meganismen foar herstel fan inkonsistinte skriuwt. Out-of-oarder gegevens wurde skreaun nei cache gebieten, wêrfan de skiif kin oerdrage de ynformaasje nei it opfolgjende skriuwgebiet neidat alle nedige blokken binne ûntfongen. De skiif brûkt in ynrjochtingstabel om skriuw-out-of-order en eftergrûndefragmentaasje te behearjen. As ûndernimmingsapplikaasjes lykwols foarsisbere en optimalisearre prestaasjes fereaskje, kin dit noch allinich berikt wurde as de host folsleine kontrôle nimt oer alle gegevensstreamen en opnamesônes.
Boarne: www.habr.com