Fyrsti harði diskurinn í heiminum, IBM RAMAC 305, kom út árið 1956, hélt aðeins 5 MB af gögnum, vó 970 kg og var sambærilegur að stærð og iðnaðarkæliskápur. Nútíma flaggskip fyrirtækja geta státað af getu upp á 20 TB. Ímyndaðu þér: Fyrir 64 árum, til að skrá þetta magn upplýsinga, hefði þurft yfir 4 milljónir RAMAC 305 og stærð gagnaversins sem þarf til að taka á móti þeim hefði verið yfir 9 ferkílómetrar, en í dag er lítill kassi sem vegur um 700 grömm! Á margan hátt náðist þessi ótrúlega aukning á geymsluþéttleika þökk sé endurbótum á segulmagnuðum upptökuaðferðum.
Það er erfitt að trúa því, en grundvallarhönnun harða diska hefur ekki breyst í næstum 40 ár, frá og með 1983: það var þegar fyrsti 3,5 tommu harði diskurinn RO351, þróaður af skoska fyrirtækinu Rodime, leit dagsins ljós. Þetta barn var með tvö segulmagnaðir diskar upp á 10 MB hvor, sem þýðir að það var fær um að geyma tvöfalt meira magn af gögnum en uppfærða 412 tommu ST-5,25 Seagate sem kom út sama ár fyrir IBM 5160 einkatölvur.
Rodime RO351 - fyrsti 3,5 tommu harði diskurinn í heiminum
Þrátt fyrir nýjungar og fyrirferðarlitla stærð reyndist RO351 næstum gagnslaus þegar hann kom út, og allar frekari tilraunir Rodime til að ná fótfestu á harða diskamarkaðnum mistókust, sem er ástæðan fyrir því að árið 1991 var fyrirtækið þvingað til. að hætta starfsemi sinni, selja nánast allar núverandi eignir og fækka starfsfólki í lágmarki. Hins vegar var Rodime ekki ætlað að verða gjaldþrota: fljótlega fóru stærstu framleiðendur harða diska að hafa samband við hann og vildu kaupa leyfi til að nota formþáttinn sem Skotar hafa einkaleyfi á. Eins og er, er 3,5 tommur almennt viðurkenndur staðall fyrir framleiðslu á bæði harðdiska fyrir neytendur og diska í fyrirtækjaflokki.
Með tilkomu tauganeta, Deep Learning og Internet of Things (IoT), fór magn gagna sem mannkynið skapaði að vaxa veldishraða. Samkvæmt áætlunum greiningarstofunnar IDC mun fyrir árið 2025 magn upplýsinga sem bæði fólk sjálft og tækin í kringum okkur búa til 175 zettabæta (1 Zbyte = 1021 bæti) og það þrátt fyrir að árið 2019 hafi þetta numið 45 Zbyte , árið 2016 - 16 Zbytes, og aftur árið 2006, var heildarmagn gagna sem framleitt var yfir alla sjáanlega sögu ekki yfir 0,16 (!) Zbytes. Nútímatækni hjálpar til við að takast á við upplýsingasprenginguna, ekki síst bættar aðferðir við gagnaskráningu.
LMR, PMR, CMR og TDMR: Hver er munurinn?
Meginreglan um rekstur harða diska er frekar einföld. Þunnar málmplötur húðaðar með lagi af ferromagnetic efni (kristallað efni sem getur haldist segulmagnað jafnvel þegar það verður ekki fyrir ytra segulsviði við hitastig undir Curie punktinum) hreyfast miðað við skrifhausinn á miklum hraða (5400 snúninga á mínútu eða meira). Þegar rafstraumur er settur á skrifhausinn myndast til skiptis segulsvið sem breytir stefnu segulvektors sviða (stætt svæði efnis) ferromagnetsins. Gagnalestur á sér stað annað hvort vegna rafsegulörvunar (hreyfing léna miðað við skynjarann veldur útliti rafstraums til skiptis í þeim síðarnefnda), eða vegna risastórs segulviðnámsáhrifa (undir áhrifum segulsviðs, rafviðnám skynjarans breytist), eins og er útfært í nútíma drifum. Hvert lén kóðar einn bita af upplýsingum og tekur rökrétt gildi "0" eða "1" eftir stefnu segulvæðingarvigursins.
Í langan tíma notuðu harðir diskar Longitudinal Magnetic Recording (LMR) aðferðina, þar sem segulvektor léns lá í plani segulplötunnar. Þrátt fyrir tiltölulega einfaldleika útfærslu hafði þessi tækni verulegan galla: til að sigrast á þvingun (umskipti segulmagnaðir agna yfir í eitt léns ástand) varð að skilja eftir glæsilegt biðminni (svokallað verndarrými) á milli brautirnar. Fyrir vikið var hámarksupptökuþéttleiki sem náðist í lok þessarar tækni aðeins 150 Gbit/tommu2.
Árið 2010 var LMR nánast alveg skipt út fyrir PMR (Perpendicular Magnetic Recording). Helsti munurinn á þessari tækni og lengdar segulmagnaðir upptökur er að segulstefnuvigur hvers léns er staðsettur í 90° horni við yfirborð segulplötunnar, sem hefur dregið verulega úr bilinu á milli laga.
Vegna þessa var gagnaupptökuþéttleiki aukinn verulega (allt að 1 Tbit/in2 í nútíma tækjum), án þess að fórna hraðaeiginleikum og áreiðanleika harða diska. Eins og er er hornrétt segulmagnaðir upptökur ráðandi á markaðnum og þess vegna er hún einnig oft kölluð CMR (hefðbundin segulupptaka). Á sama tíma þarftu að skilja að það er nákvæmlega enginn munur á PMR og CMR - það er bara önnur útgáfa af nafninu.
Þegar þú rannsakar tæknilega eiginleika nútíma harða diska gætirðu líka rekist á dularfullu skammstöfunina TDMR. Einkum er þessi tækni notuð af drifum í fyrirtækjaflokki . Frá eðlisfræðilegu sjónarhorni er TDMR (sem stendur fyrir Two Dimensional Magnetic Recording) ekkert frábrugðinn venjulegum PMR: eins og áður erum við að fást við brautir sem ekki skerast, en lénin eru hornrétt á plan segulmagnsins. plötur. Munurinn á tækni liggur í nálguninni við lestur upplýsinga.
Í blokkinni af segulhöfuðum harða diska sem eru búnir til með TDMR tækni, hefur hver skrifhaus tvo lesskynjara sem lesa samtímis gögn frá hverju lagi sem farið er yfir. Þessi offramboð gerir HDD stjórnandi kleift að sía rafsegulsuð á áhrifaríkan hátt, útlit hans stafar af intertrack interference (ITI).
Að leysa ITI vandamálið veitir tvo afar mikilvæga kosti:
- að draga úr hávaðastuðlinum gerir þér kleift að auka upptökuþéttleikann með því að minnka fjarlægðina á milli laga, sem gefur heildargetu allt að 10% samanborið við hefðbundna PMR;
- Ásamt RVS tækni og þriggja staða örstýringartæki, þolir TDMR á áhrifaríkan hátt snúnings titring af völdum harða diska, sem hjálpar til við að ná stöðugum frammistöðu jafnvel við krefjandi notkunaraðstæður.
Hvað er SMR og með hverju er það borðað?
Stærð rithaussins er um það bil 1,7 sinnum stærri miðað við stærð lesskynjarans. Svo glæsilegan mun er hægt að útskýra á einfaldan hátt: ef upptökueiningin er gerð enn smækkari mun styrkur segulsviðsins sem hún getur myndað ekki nægja til að segulmagna lén járnsegullagsins, sem þýðir að gögnin munu einfaldlega ekki geymt. Ef um lesskynjara er að ræða kemur þetta vandamál ekki upp. Þar að auki: smæðing þess gerir það mögulegt að draga enn frekar úr áhrifum ofangreinds ITI á upplýsingalestur.
Þessi staðreynd var grundvöllur Shingled Magnetic Recording (SMR). Við skulum reikna út hvernig það virkar. Þegar hefðbundinn PMR er notaður færist skrifhausinn miðað við hvert fyrra lag um fjarlægð sem er jafn breidd þess + breidd verndarrýmisins.
Þegar flísalagða segulmagnaðir upptökuaðferðin er notuð færist rithausinn aðeins fram á við hluta af breidd sinni, þannig að hvert fyrra lag er skrifað yfir að hluta til af því næsta: segulbrautirnar skarast hvert annað eins og þakplötur. Þessi nálgun gerir þér kleift að auka upptökuþéttleikann enn frekar, sem gefur allt að 10% aukningu á afkastagetu, án þess að hafa áhrif á lestrarferlið. Dæmi er - Heimsins fyrstu 3.5 tommu 20 TB drif með SATA/SAS tengi, útlit þeirra var gert mögulegt þökk sé nýju segulmagnaðir upptökutækni. Þannig gerir umskiptin yfir í SMR diska þér kleift að auka þéttleika gagnageymslu í sömu rekki með lágmarkskostnaði við uppfærslu upplýsingatækniinnviða.
Þrátt fyrir svo verulegt forskot hefur SMR líka augljósan galla. Þar sem segullögin skarast hvert annað, mun uppfærsla gagna krefjast þess að endurskrifa ekki aðeins nauðsynleg brot, heldur einnig öll síðari lög innan segulmagnaðs fatsins, en rúmmál þeirra getur farið yfir 2 terabæt, sem getur leitt til alvarlegrar lækkunar á frammistöðu.
Þetta vandamál er hægt að leysa með því að sameina ákveðinn fjölda laga í aðskilda hópa sem kallast svæði. Þrátt fyrir að þessi aðferð við að skipuleggja gagnageymslu dragi nokkuð úr heildargetu HDD (þar sem nauðsynlegt er að viðhalda nægilegu bili á milli svæða til að koma í veg fyrir að lag frá aðliggjandi hópum sé skrifað yfir), getur það flýtt verulega fyrir uppfærslu gagna, þar sem nú aðeins takmarkaður fjöldi laga tekur þátt í því.
Flísa segulupptaka felur í sér nokkra útfærslumöguleika:
- Drive stjórnað SMR
Helsti kostur þess er að það er engin þörf á að breyta hýsingarhugbúnaði og/eða vélbúnaði, þar sem HDD stjórnandi tekur stjórn á gagnaupptökuferlinu. Hægt er að tengja slíka drif við hvaða kerfi sem er sem hefur tilskilið viðmót (SATA eða SAS), eftir það verður drifið strax tilbúið til notkunar.
Ókosturinn við þessa nálgun er að frammistöðustig eru breytileg, sem gerir Drive Managed SMR óhentugt fyrir fyrirtækjaforrit þar sem stöðugur árangur kerfisins er mikilvægur. Hins vegar skila slíkum drifum vel í atburðarásum sem leyfa nægan tíma til að sundrunga bakgrunnsgögnum á sér stað. Til dæmis, DMSMR drif , fínstillt til notkunar sem hluti af litlum 8-flóa NAS, mun vera frábært val fyrir geymslu- eða öryggisafritunarkerfi sem krefst langtímageymslu afrita.
- Gestgjafi Stýrður SMR
Host Managed SMR er valinn flísalagður upptökuútfærsla til notkunar í fyrirtækisumhverfi. Í þessu tilviki er hýsilkerfið sjálft ábyrgt fyrir stjórnun gagnaflæðis og lestrar/skrifunaraðgerða, með því að nota í þessum tilgangi ATA (Zoned Device ATA Command Set, ZAC) og SCSI (Zoned Block Commands, ZBC) viðmótsviðbætur þróaðar af INCITS T10 og T13 nefndir .
Þegar HMSMR er notað er allri tiltækri geymslurými drifsins skipt í tvenns konar svæði: Hefðbundin svæði, sem eru notuð til að geyma lýsigögn og handahófskennda upptöku (í meginatriðum hlutverki skyndiminni), og Sequential Write Required Zones, sem taka upp stór hluti af heildar getu harða disksins þar sem gögn eru skrifuð í röð. Gögn sem ekki eru í röð eru geymd á skyndiminni svæði, þaðan sem hægt er að flytja þau yfir á viðeigandi raðskrifsvæði. Þetta tryggir að allir líkamlegir geirar séu skrifaðir í röð í geislalaga átt og séu aðeins endurskrifaðir eftir hringlaga flutning, sem leiðir til stöðugrar og fyrirsjáanlegrar kerfisframmistöðu. Á sama tíma styðja HMSMR drif handahófskenndar lesskipanir á sama hátt og drif sem nota venjulega PMR.
Host Managed SMR er útfært á harða diska í fyrirtækjaflokki .
Línan inniheldur afkastagetu SATA og SAS drif sem eru hönnuð til notkunar í of stórum gagnaverum. Stuðningur við Host Managed SMR stækkar verulega notkunarsvið slíkra harða diska: auk öryggisafritunarkerfa eru þeir fullkomnir fyrir skýgeymslu, CDN eða streymiskerfi. Mikil getu harða diska gerir þér kleift að auka geymsluþéttleika verulega (í sömu rekkum) með lágmarks uppfærslukostnaði og lítilli orkunotkun (ekki meira en 0,29 vött á hvert terabæt af geymdum upplýsingum) og hitaleiðni (að meðaltali 5 °C lægri en hliðstæður) - draga enn frekar úr rekstrarkostnaði vegna viðhalds gagnavera.
Eini gallinn við HMSMR er hversu flókið innleiðingin er. Málið er að í dag getur ekkert stýrikerfi eða forrit virkað með svona drif úr kassanum, þess vegna þarf alvarlegar breytingar á hugbúnaðarstokknum til að aðlaga upplýsingatækniinnviðina. Í fyrsta lagi snertir þetta að sjálfsögðu stýrikerfið sjálft, sem við aðstæður nútíma gagnavera sem nota fjölkjarna og multi-socket netþjóna er frekar léttvægt verkefni. Þú getur lært meira um valkosti til að innleiða Host Managed SMR stuðning á sérhæfðri auðlind , tileinkað málefni svæðisbundinnar gagnageymslu. Upplýsingarnar sem safnað er hér munu hjálpa þér að meta bráðabirgðatölu hversu reiðubúin upplýsingatækniinnviðir þínir eru til að flytja yfir á svæðisgeymslukerfi.
- Host Aware SMR (Host Aware SMR)
Host Aware SMR-virk tæki sameina þægindi og sveigjanleika Drive Managed SMR við háan skrifhraða Host Managed SMR. Þessir drif eru afturábak samhæfðir við eldri geymslukerfi og geta starfað án beinnar stjórnunar frá gestgjafanum, en í þessu tilfelli, eins og með DMSMR drif, verður árangur þeirra ófyrirsjáanlegur.
Eins og Host Managed SMR notar Host Aware SMR tvenns konar svæði: Hefðbundin svæði fyrir handahófskennd skrif og Sequential Write Preferred Zones. Hið síðarnefnda, öfugt við raðbundin skrifþörf svæði sem nefnd eru hér að ofan, eru sjálfkrafa færð í flokk venjulegra ef þau byrja að skrá gögn úr röð.
Hýsingarmeðvituð útfærsla SMR veitir innri aðferð til að endurheimta eftir ósamræmi skrif. Gögn sem ekki eru í röð eru skrifuð á skyndiminni svæði, þaðan sem diskurinn getur flutt upplýsingarnar á raðskrifsvæðið eftir að allar nauðsynlegar blokkir hafa borist. Diskurinn notar óbeina töflu til að stjórna ritun í ólagi og afbroti í bakgrunni. Hins vegar, ef fyrirtækisforrit krefjast fyrirsjáanlegs og bjartsýnis frammistöðu, er þetta samt aðeins hægt að ná ef gestgjafinn tekur fulla stjórn á öllu gagnaflæði og upptökusvæðum.
Heimild: www.habr.com