Աշխարհի առաջին կոշտ սկավառակը՝ IBM RAMAC 305-ը, որը թողարկվել է 1956 թվականին, պարունակում էր ընդամենը 5 ՄԲ տվյալ, կշռում էր 970 կգ և իր չափերով համեմատելի էր արդյունաբերական սառնարանի հետ: Ժամանակակից կորպորատիվ ֆլագմանները կարող են պարծենալ 20 ՏԲ հզորությամբ: Պատկերացրեք՝ 64 տարի առաջ այս քանակի տեղեկատվություն գրանցելու համար կպահանջվեր ավելի քան 4 միլիոն RAMAC 305, և տվյալների կենտրոնի չափը, որը պահանջվում է դրանք տեղավորելու համար, կգերազանցեր 9 քառակուսի կիլոմետրը, մինչդեռ այսօր փոքր տուփը կշռում է։ մոտ 700 գրամ! Շատ առումներով պահեստավորման խտության այս անհավատալի աճը ձեռք է բերվել մագնիսական ձայնագրման մեթոդների բարելավման շնորհիվ:
Դժվար է հավատալ, բայց կոշտ սկավառակների հիմնարար դիզայնը չի փոխվել գրեթե 40 տարի՝ սկսած 1983 թվականից. հենց այդ ժամանակ լույս տեսավ շոտլանդական Rodime ընկերության կողմից մշակված առաջին 3,5 դյույմանոց կոշտ սկավառակը RO351: Այս փոքրիկն ուներ երկու մագնիսական ափսե՝ յուրաքանչյուրը 10 ՄԲ-ով, ինչը նշանակում է, որ այն կարող էր պահել երկու անգամ ավելի շատ տվյալներ, քան թարմացված 412 դյույմանոց ST-5,25 Seagate-ը, որը թողարկվել էր նույն տարի IBM 5160 անհատական համակարգիչների համար:
Rodime RO351 - աշխարհում առաջին 3,5 դյույմանոց կոշտ սկավառակը
Չնայած իր նորարարությանը և կոմպակտ չափերին, թողարկման պահին RO351-ը գործնականում անօգուտ էր որևէ մեկի համար, և Rodime-ի հետագա բոլոր փորձերը կոշտ սկավառակների շուկայում տեղ գրավելու ձախողվեցին, ինչի պատճառով ընկերությունը ստիպված եղավ 1991թ. դադարեցնել իր գործունեությունը՝ վաճառելով գրեթե բոլոր առկա ակտիվները և նվազագույնի հասցնելով անձնակազմը։ Այնուամենայնիվ, Ռոդիմին վիճակված չէր սնանկանալ. շուտով կոշտ սկավառակների խոշորագույն արտադրողները սկսեցին կապվել նրա հետ՝ ցանկանալով ձեռք բերել շոտլանդացիների կողմից արտոնագրված ձևի գործոնի օգտագործման լիցենզիա: Ներկայումս 3,5 դյույմը համընդհանուր ընդունված ստանդարտ է ինչպես սպառողական HDD-ների, այնպես էլ ձեռնարկատիրական կարգի կրիչների արտադրության համար:
Նյարդային ցանցերի, Deep Learning-ի և Internet of Things-ի (IoT) ի հայտ գալուց հետո մարդկության կողմից ստեղծված տվյալների ծավալը սկսեց աճել էքսպոնենցիալ: IDC վերլուծական գործակալության գնահատականների համաձայն՝ մինչև 2025 թվականը և՛ մարդկանց, և՛ մեզ շրջապատող սարքերի կողմից գեներացված տեղեկատվության ծավալը կհասնի 175 զետաբայթի (1 Զբայթ = 1021 բայթ), և դա չնայած այն հանգամանքին, որ 2019 թվականին այն կազմել է 45 Զբայթ։ , 2016 թվականին՝ 16 Զբայթ, իսկ դեռևս 2006 թվականին, ամբողջ դիտարկելի պատմության ընթացքում արտադրված տվյալների ընդհանուր քանակը չի գերազանցել 0,16 (!) Զբայթը։ Ժամանակակից տեխնոլոգիաները օգնում են դիմակայել տեղեկատվական պայթյունին, որոնցից ամենակարևորը տվյալների գրանցման կատարելագործված մեթոդներն են:
LMR, PMR, CMR և TDMR. Ո՞րն է տարբերությունը:
Կոշտ սկավառակների շահագործման սկզբունքը բավականին պարզ է. Բարակ մետաղական թիթեղները, որոնք պատված են ֆերոմագնիսական նյութի շերտով (բյուրեղային նյութ, որը կարող է մնալ մագնիսացված, նույնիսկ երբ չի ենթարկվում արտաքին մագնիսական դաշտին Կյուրիի կետից ցածր ջերմաստիճանում) շարժվում են գրման գլխի միավորի համեմատ բարձր արագությամբ (5400 պտույտ րոպեում կամ ավելին): Երբ էլեկտրական հոսանք է կիրառվում գրման գլխի վրա, առաջանում է փոփոխական մագնիսական դաշտ, որը փոխում է ֆերոմագնիսի տիրույթների (նյութի դիսկրետ շրջանների) մագնիսացման վեկտորի ուղղությունը։ Տվյալների ընթերցումը տեղի է ունենում կամ էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի երևույթի պատճառով (տիրույթների շարժումը սենսորի նկատմամբ առաջացնում է փոփոխական էլեկտրական հոսանքի առաջացում վերջինիս մեջ), կամ հսկա մագնիսական դիմադրողական էֆեկտի պատճառով (մագնիսական դաշտի ազդեցության տակ էլեկտրական սենսորի դիմադրությունը փոխվում է), ինչպես իրականացվում է ժամանակակից կրիչներում: Յուրաքանչյուր տիրույթ կոդավորում է տեղեկատվության մեկ բիթ՝ վերցնելով «0» կամ «1» տրամաբանական արժեքը՝ կախված մագնիսացման վեկտորի ուղղությունից։
Երկար ժամանակ կոշտ սկավառակներն օգտագործում էին երկայնական մագնիսական ձայնագրման (LMR) մեթոդը, որի դեպքում տիրույթի մագնիսացման վեկտորը ընկած էր մագնիսական ափսեի հարթությունում։ Չնայած իրականացման հարաբերական պարզությանը, այս տեխնոլոգիան ուներ մի զգալի թերություն. հարկադրանքի հաղթահարման համար (մագնիսական մասնիկների անցումը մեկ տիրույթի վիճակի), պետք է թողնել տպավորիչ բուֆերային գոտի (այսպես կոչված, պահակային տարածք): հետքերը. Արդյունքում ձայնագրման առավելագույն խտությունը, որը ձեռք է բերվել այս տեխնոլոգիայի վերջում, եղել է ընդամենը 150 Գբիթ/դյույմ2:
2010 թվականին LMR-ն գրեթե ամբողջությամբ փոխարինվեց PMR-ով (Perpendicular Magnetic Recording): Այս տեխնոլոգիայի և երկայնական մագնիսական ձայնագրման հիմնական տարբերությունն այն է, որ յուրաքանչյուր տիրույթի մագնիսական ուղղության վեկտորը գտնվում է մագնիսական ափսեի մակերևույթի նկատմամբ 90° անկյան տակ, ինչը զգալիորեն նվազեցրել է հետքերի միջև եղած բացը:
Դրա շնորհիվ տվյալների գրանցման խտությունը զգալիորեն ավելացել է (մինչև 1 Tbit/in2 ժամանակակից սարքերում)՝ չվնասելով կոշտ սկավառակների արագության բնութագրերն ու հուսալիությունը։ Ներկայումս շուկայում գերիշխում է ուղղահայաց մագնիսական ձայնագրությունը, ինչի պատճառով այն հաճախ կոչվում է նաև CMR (պայմանական մագնիսական ձայնագրում): Միևնույն ժամանակ, դուք պետք է հասկանաք, որ բացարձակապես տարբերություն չկա PMR-ի և CMR-ի միջև, դա պարզապես անվան այլ տարբերակ է:
Ժամանակակից կոշտ սկավառակների տեխնիկական բնութագրերն ուսումնասիրելիս կարող եք հանդիպել նաև խորհրդավոր TDMR հապավումը։ Մասնավորապես, այս տեխնոլոգիան օգտագործվում է ձեռնարկության կարգի կրիչներով . Ֆիզիկայի տեսանկյունից TDMR-ը (որը նշանակում է երկչափ մագնիսական ձայնագրություն) ոչնչով չի տարբերվում սովորական PMR-ից. ինչպես նախկինում, մենք գործ ունենք չհատվող ուղիների հետ, որոնց տիրույթները ուղղահայաց են մագնիսականի հարթությանը։ ափսեներ. Տեխնոլոգիաների տարբերությունը կայանում է տեղեկատվության ընթերցման մոտեցման մեջ:
TDMR տեխնոլոգիայի կիրառմամբ ստեղծված կոշտ սկավառակների մագնիսական գլխիկների բլոկում յուրաքանչյուր գրելու գլուխ ունի երկու ընթերցման սենսոր, որոնք միաժամանակ կարդում են տվյալները յուրաքանչյուր անցած ուղուց: Այս ավելորդությունը թույլ է տալիս HDD-ի կարգավորիչին արդյունավետ կերպով զտել էլեկտրամագնիսական աղմուկը, որի տեսքը պայմանավորված է intertrack-ի միջամտությամբ (ITI):
ITI խնդրի լուծումը երկու չափազանց կարևոր առավելություն է տալիս.
- Աղմուկի գործակիցը նվազեցնելը թույլ է տալիս բարձրացնել ձայնագրման խտությունը՝ նվազեցնելով ուղիների միջև հեռավորությունը՝ ապահովելով ընդհանուր հզորության մինչև 10% շահույթ՝ համեմատած սովորական PMR-ի հետ;
- Համակցված RVS տեխնոլոգիայի և երեք դիրքի միկրոակտիվատորի հետ՝ TDMR-ն արդյունավետորեն դիմակայում է կոշտ սկավառակների կողմից առաջացած պտտվող թրթռումներին՝ օգնելով հասնել աշխատանքի կայուն մակարդակի նույնիսկ ամենադժվար աշխատանքային պայմաններում:
Ի՞նչ է SMR-ը և ինչո՞վ է այն ուտվում:
Գրելու գլխի չափը մոտավորապես 1,7 անգամ ավելի մեծ է ընթերցման սենսորի չափից: Նման տպավորիչ տարբերությունը կարելի է բացատրել միանգամայն պարզ. եթե ձայնագրման մոդուլն էլ ավելի մանրանկարչություն արվի, մագնիսական դաշտի ուժը, որը նա կարող է առաջացնել, բավարար չի լինի ֆերոմագնիսական շերտի տիրույթները մագնիսացնելու համար, ինչը նշանակում է, որ տվյալները պարզապես չպահվի. Ընթերցանության սենսորի դեպքում այս խնդիրը չի առաջանում։ Ավելին. դրա մանրանկարչությունը հնարավորություն է տալիս է՛լ ավելի նվազեցնել վերը նշված ITI-ի ազդեցությունը տեղեկատվության ընթերցման գործընթացի վրա:
Այս փաստը հիմք է հանդիսացել Shingled Magnetic Recording (SMR): Եկեք պարզենք, թե ինչպես է այն աշխատում: Ավանդական PMR-ն օգտագործելիս գրման գլուխը տեղափոխվում է յուրաքանչյուր նախորդ ուղու համեմատ՝ իր լայնությանը + պահակային տարածության լայնությանը հավասար հեռավորությամբ:
Սալիկապատված մագնիսական ձայնագրման մեթոդի կիրառման ժամանակ գրման գլուխը առաջ է շարժվում իր լայնության միայն մի մասով, ուստի յուրաքանչյուր նախորդ ուղին մասամբ վերագրվում է հաջորդին. մագնիսական հետքերը համընկնում են միմյանց տանիքի սալիկների նման: Այս մոտեցումը թույլ է տալիս հետագայում ավելացնել ձայնագրման խտությունը՝ ապահովելով մինչև 10% հզորություն՝ չազդելով ընթերցման գործընթացի վրա: Օրինակ է - SATA/SAS ինտերֆեյսով աշխարհում առաջին 3.5 դյույմանոց 20 ՏԲ կրիչները, որոնց տեսքը հնարավոր է դարձել մագնիսական ձայնագրման նոր տեխնոլոգիայի շնորհիվ։ Այսպիսով, SMR սկավառակների անցումը թույլ է տալիս մեծացնել տվյալների պահպանման խտությունը նույն դարակաշարերում՝ նվազագույն ծախսերով ՏՏ ենթակառուցվածքի արդիականացման համար:
Չնայած նման նշանակալի առավելությանը, SMR-ն ունի նաև ակնհայտ թերություն. Քանի որ մագնիսական հետքերը համընկնում են միմյանց, տվյալների թարմացումը կպահանջի վերաշարադրել ոչ միայն պահանջվող հատվածը, այլ նաև մագնիսական սկուտեղի բոլոր հետագա հետքերը, որոնց ծավալը կարող է գերազանցել 2 տերաբայթը, ինչը կարող է հանգեցնել կատարողականի լուրջ անկման:
Այս խնդիրը կարող է լուծվել որոշակի թվով հետքեր միավորելով առանձին խմբերի մեջ, որոնք կոչվում են գոտիներ: Թեև տվյալների պահպանման կազմակերպման այս մոտեցումը փոքր-ինչ նվազեցնում է HDD-ի ընդհանուր հզորությունը (քանի որ անհրաժեշտ է պահպանել գոտիների միջև բավարար բացեր՝ հարակից խմբերի հետքերը չվերագրելու համար), այն կարող է զգալիորեն արագացնել տվյալների թարմացման գործընթացը, քանի որ այժմ: միայն սահմանափակ թվով հետքեր են ներգրավված դրանում:
Սալիկի մագնիսական ձայնագրությունը ներառում է իրականացման մի քանի տարբերակներ.
- Drive կառավարվող SMR
Դրա հիմնական առավելությունն այն է, որ կարիք չկա փոփոխելու հոսթ ծրագրային ապահովումը և/կամ ապարատը, քանի որ HDD կարգավորիչը վերահսկում է տվյալների ձայնագրման գործընթացը: Նման կրիչներ կարելի է միացնել ցանկացած համակարգի, որն ունի անհրաժեշտ ինտերֆեյս (SATA կամ SAS), որից հետո սկավառակն անմիջապես պատրաստ կլինի օգտագործման համար։
Այս մոտեցման թերությունն այն է, որ կատարողականի մակարդակները տարբերվում են, ինչը Drive Managed SMR-ին դարձնում է ոչ պիտանի ձեռնարկության ծրագրերի համար, որտեղ համակարգի հետևողական կատարումը կարևոր է: Այնուամենայնիվ, նման կրիչներ լավ են աշխատում այն սցենարներում, որոնք բավական ժամանակ են տալիս ֆոնային տվյալների ապաֆրագմենտացման համար: Օրինակ, DMSMR կրիչներ , օպտիմիզացված օգտագործման համար որպես փոքր 8-bay NAS-ի մաս, հիանալի ընտրություն կլինի արխիվացման կամ կրկնօրինակման համակարգի համար, որը պահանջում է կրկնօրինակների երկարաժամկետ պահպանում:
- Հոսթի կառավարվող SMR
Host Managed SMR-ը ձեռնարկության միջավայրում օգտագործելու համար սալիկապատված ձայնագրման նախընտրելի իրականացումն է: Այս դեպքում հյուրընկալող համակարգն ինքն է պատասխանատու տվյալների հոսքերի կառավարման և կարդալու/գրելու գործառնությունների համար՝ այդ նպատակների համար օգտագործելով INCITS-ի կողմից մշակված ATA (Zoned Device ATA Command Set, ZAC) և SCSI (Zoned Block Commands, ZBC) ինտերֆեյսի ընդլայնումները: T10 և T13 հանձնաժողովներ.
HMSMR-ն օգտագործելիս սկավառակի ողջ հասանելի պահեստային հզորությունը բաժանվում է երկու տեսակի գոտիների՝ պայմանական գոտիներ, որոնք օգտագործվում են մետատվյալների և պատահական ձայնագրությունների պահպանման համար (հիմնականում քեշի դեր են խաղում), և հաջորդական գրելու պահանջվող գոտիներ, որոնք զբաղեցնում են: կոշտ սկավառակի ընդհանուր հզորության մեծ մասը, որտեղ տվյալները գրվում են խիստ հաջորդականորեն: Անկանոն տվյալները պահվում են քեշի տարածքում, որտեղից այն կարող է տեղափոխվել համապատասխան հաջորդական գրման տարածք: Սա ապահովում է, որ բոլոր ֆիզիկական հատվածները հաջորդաբար գրվեն ճառագայթային ուղղությամբ և վերագրվեն միայն ցիկլային փոխանցումից հետո, ինչը հանգեցնում է համակարգի կայուն և կանխատեսելի աշխատանքին: Միևնույն ժամանակ, HMSMR կրիչներն աջակցում են պատահական ընթերցման հրամաններին այնպես, ինչպես ստանդարտ PMR օգտագործող կրիչները:
Host Managed SMR-ն ներդրված է ձեռնարկության կարգի կոշտ սկավառակներում .
Գիծը ներառում է բարձր հզորությամբ SATA և SAS կրիչներ, որոնք նախատեսված են տվյալների հիպերմասշտաբային կենտրոններում օգտագործելու համար: Host Managed SMR-ի աջակցությունը զգալիորեն ընդլայնում է նման կոշտ սկավառակների կիրառման շրջանակը. բացի պահեստային համակարգերից, դրանք կատարյալ են ամպային պահեստավորման, CDN կամ հոսքային հարթակների համար: Կոշտ սկավառակների մեծ հզորությունը թույլ է տալիս զգալիորեն ավելացնել պահեստավորման խտությունը (նույն դարակաշարերում) արդիականացման նվազագույն ծախսերով և ցածր էներգիայի սպառմամբ (պահված տեղեկատվության մեկ տերաբայթից ոչ ավելի, քան 0,29 Վտ) և ջերմության արտանետմամբ (միջինում 5 °C ցածր): քան անալոգները) - հետագայում նվազեցնել տվյալների կենտրոնի պահպանման գործառնական ծախսերը:
HMSMR-ի միակ թերությունը իրականացման հարաբերական բարդությունն է: Բանն այն է, որ այսօր ոչ մի օպերացիոն համակարգ կամ հավելված չի կարող աշխատել նման դրայվների հետ, ինչի պատճառով ՏՏ ենթակառուցվածքը հարմարեցնելու համար լուրջ փոփոխություններ են պահանջվում ծրագրային փաթեթում։ Առաջին հերթին դա վերաբերում է, իհարկե, հենց ՕՀ-ին, որը ժամանակակից տվյալների կենտրոնների պայմաններում բազմամիջուկ և բազմաբնակարան սերվերներ օգտագործող բավականին ոչ տրիվիալ խնդիր է։ Դուք կարող եք ավելին իմանալ մասնագիտացված ռեսուրսի վրա Host Managed SMR աջակցության իրականացման տարբերակների մասին , նվիրված զոնալ տվյալների պահպանման խնդիրներին։ Այստեղ հավաքված տեղեկատվությունը կօգնի ձեզ նախնական գնահատել ձեր ՏՏ ենթակառուցվածքի պատրաստվածությունը գոտիների պահեստավորման համակարգեր տեղափոխելու համար:
- Host Aware SMR (Host Aware SMR)
Host Aware SMR միացված սարքերը համատեղում են Drive կառավարվող SMR-ի հարմարավետությունն ու ճկունությունը Host Managed SMR-ի գրման բարձր արագության հետ: Այս կրիչները հետամնաց համատեղելի են հին պահեստավորման համակարգերի հետ և կարող են գործել առանց հյուրընկալողի անմիջական հսկողության, սակայն այս դեպքում, ինչպես DMSMR կրիչներով, դրանց կատարումը դառնում է անկանխատեսելի:
Ինչպես Host Managed SMR-ը, Host Aware SMR-ն օգտագործում է երկու տեսակի գոտիներ՝ պայմանական գոտիներ պատահական գրելու համար և հաջորդական գրելու նախընտրելի գոտիներ: Վերջիններս, ի տարբերություն վերը նշված հաջորդական գրելու պահանջվող գոտիների, ավտոմատ կերպով դասվում են սովորականների կատեգորիային, եթե սկսում են անսարք տվյալները գրանցել:
SMR-ի հյուրընկալող ներդրումն ապահովում է անհամապատասխան գրություններից վերականգնման ներքին մեխանիզմներ: Անկանոն տվյալները գրվում են քեշի տարածքներում, որտեղից սկավառակը կարող է տեղեկատվությունը փոխանցել հաջորդական գրման տարածք բոլոր անհրաժեշտ բլոկները ստանալուց հետո: Սկավառակը օգտագործում է անուղղակի աղյուսակ՝ կառավարելու կարգից դուրս գրելը և ֆոնային դեֆրագրումը: Այնուամենայնիվ, եթե ձեռնարկատիրական ծրագրերը պահանջում են կանխատեսելի և օպտիմիզացված կատարողականություն, դա դեռ հնարավոր է հասնել միայն այն դեպքում, եթե հյուրընկալողը լիովին վերահսկի բոլոր տվյալների հոսքերը և ձայնագրման գոտիները:
Source: www.habr.com