Hard drive pisanan ing donya, IBM RAMAC 305, sing dirilis ing taun 1956, mung ngemot 5 MB data, lan bobote 970 kg lan ukurane bisa dibandhingake karo kulkas industri. Kapal penggedhe perusahaan modern wis bisa ngegungake kapasitas 20 TB. Bayangake wae: 64 taun kepungkur, kanggo ngrekam jumlah informasi kasebut, bakal njupuk luwih saka 4 yuta RAMAC 305, lan ukuran pusat data sing dibutuhake kanggo nampung dheweke, bakal ngluwihi 9 kilometer persegi, nalika saiki cilik. kothak bobot watara 700 gram! Kanthi pirang-pirang cara, paningkatan kapadhetan panyimpenan sing luar biasa iki wis diraih amarga perbaikan metode rekaman magnetik.
Iku hard kanggo pracaya, nanging dhasar desain hard drive wis ora diganti kanggo meh 40 taun, wiwit 1983: iku banjur pisanan 3,5-inch hard drive RO351, dikembangaké dening perusahaan Scottish Rodime, weruh cahya. Bayi iki nampa rong piring Magnetik saben 10 MB, yaiku, bisa nampung data kaping pindho tinimbang ST-412 sing dianyari 5,25 inci, dirilis dening Seagate ing taun sing padha kanggo komputer pribadi IBM 5160.
Rodime RO351 - hard drive 3,5-inch pisanan ing donya
Senadyan innovativeness lan ukuran kompak, ing wektu release saka RO351, meh ora ana siji needed, lan kabeh usaha luwih dening Rodime kanggo gain foothold ing pasar hard drive gagal, kang perusahaan iki dipeksa kanggo mandek operasi. ing 1991, wis didol meh kabeh aset ana lan ngurangi negara kanggo minimal. Nanging, Rodime ora pinesthi bangkrut: rauh produsen hard drive paling gedhé wiwit nguripake kanggo dheweke, pengin ndarbeni lisensi kanggo nggunakake faktor wangun paten Skotlandia. 3,5" saiki dadi standar industri kanggo HDD konsumen lan perusahaan.
Kanthi tekane jaringan saraf, Deep Learning lan Internet of Things (IoT), volume data sing digawe dening manungsa wiwit tuwuh kaya longsor. Miturut prakiraan agensi analitik IDC, ing taun 2025, jumlah informasi sing diasilake dening wong lan piranti ing saubengé bakal tekan 175 zettabyte (1 Zbyte = 1021 bait), lan iki sanajan ing 2019 ana 45. Zbytes, ing 2016 - 16 Zbytes, lan maneh ing 2006, jumlah total data sing diprodhuksi ing kabeh sajarah foreseeable ora ngluwihi 0,16 (!) Zbytes. Teknologi modern mbantu ngatasi jeblugan informasi, ing antarane cara ngrekam data sing luwih apik ora dadi sing pungkasan.
LMR, PMR, CMR lan TDMR: apa bedane?
Prinsip operasi hard drive cukup prasaja. Piring logam tipis sing dilapisi lapisan bahan ferromagnetik (zat kristal sing bisa tetep magnetisasi sanajan ora ana medan magnet eksternal ing suhu ing sangisore titik Curie) pindhah relatif menyang blok kepala rekaman kanthi kecepatan dhuwur (5400 rpm utawa luwih). Nalika arus listrik ditrapake ing sirah nulis, muncul medan magnet bolak-balik, sing ngganti arah vektor magnetisasi domain (wilayah diskrit materi) saka ferromagnet. Pembacaan data kedadeyan amarga fenomena induksi elektromagnetik (gerakan domain relatif marang sensor nyebabake kedadeyan arus listrik bolak-balik ing sing terakhir), utawa amarga efek magnetoresistif raksasa (resistansi listrik sensor diganti ing ngisor pengaruh medan magnet), kaya sing ditindakake ing piranti panyimpenan modern. Saben domain ngodhe informasi siji dicokot, njupuk nilai logis "0" utawa "1" gumantung ing arah saka vektor magnetization.
Kanggo wektu sing suwe, hard drive nggunakake metode Rekaman Magnetik Longitudinal (LMR), ing ngendi vektor magnetisasi domain dumunung ing bidang platter magnetik. Senadyan gampang implementasine, teknologi iki nduweni kekurangan sing signifikan: kanggo ngatasi koersivitas (transisi partikel magnetik menyang negara domain siji), zona penyangga sing nyengsemake (sing diarani ruang jaga) kudu ditinggalake ing antarane. trek. Akibaté, Kapadhetan rekaman maksimum sing digayuh ing mburi teknologi iki mung 150 Gb/in2.
Ing taun 2010, LMR meh diganti PMR (Perpendicular Magnetic Recording - perpendicular magnetic recording). Bentenane utama antarane teknologi iki lan rekaman magnetik longitudinal yaiku vektor directivity magnetik saben domain dumunung ing sudut 90 ° menyang permukaan piring magnetik, sing ndadekake bisa nyuda jarak antarane trek kanthi signifikan.
Amarga iki, Kapadhetan ngrekam data wis tambah Ngartekno (nganti 1 Tbit / inch2 ing piranti modern), nalika ora ngorbanake karakteristik kacepetan lan linuwih saka hard drive. Saiki, rekaman magnetik jejeg minangka sing dominan ing pasar, mula uga asring diarani CMR (Rekam Magnetik Konvensional - rekaman magnetik konvensional). Ing wektu sing padha, siji kudu ngerti manawa ora ana bedane antarane PMR lan CMR - iki mung versi jeneng sing beda.
Nalika ndeleng spesifikasi hard drive modern, sampeyan uga bisa nemokake singkatan cryptic TDMR. Utamane, teknologi iki digunakake dening drive kelas perusahaan . Saka sudut pandang fisika, TDMR (sing tegese Rekaman Magnetik Rong Dimensi - rekaman magnetik rong dimensi) ora beda karo PMR biasa: kaya sadurunge, kita ngatasi trek sing ora intersecting, domain sing orientasi tegak lurus. menyang bidang saka piring magnetik. Bentenipun antarane teknologi dumunung ing pendekatan kanggo maca informasi.
Ing pemblokiran kepala Magnetik hard drive digawe nggunakake teknologi TDMR, saben sirah rekaman duwe loro sensor maca sing bebarengan maca data saka saben trek liwati. Redundansi iki ngidini pengontrol HDD nyaring swara elektromagnetik kanthi efektif sing disebabake Intertrack Interference (ITI).
Ngatasi masalah karo ITI nyedhiyakake rong keuntungan sing penting banget:
- abang saka faktor gangguan ngidini kanggo nambah Kapadhetan ngrekam dening ngurangi jarak antarane trek, nyediakake gain ing total kapasitas nganti 10% dibandhingake PMR conventional;
- Digabungake karo teknologi RVS lan aktuator mikro telung posisi, TDMR kanthi efektif nolak getaran rotasi sing disebabake dening hard drive, mbantu entuk tingkat kinerja sing konsisten sanajan ing lingkungan sing paling nuntut.
Apa SMR lan apa sing dipangan?
Ukuran sirah nulis kira-kira 1,7 kaping luwih gedhe tinimbang dimensi sensor maca. Bentenipun nyengsemaken kuwi diterangake cukup prasaja: yen modul rekaman digawe malah luwih miniatur, kekuatan saka Magnetik kolom sing bisa generate ora cukup kanggo magnetize domain saka lapisan ferromagnetic, kang tegese data mung ora bakal. disimpen. Ing kasus sensor maca, masalah iki ora muncul. Kajaba iku, miniaturisasi ndadekake bisa nyuda pengaruh ITI sing kasebut ing ndhuwur babagan proses maca informasi.
Kasunyatan iki dadi basis rekaman magnetik ubin (Shingled Magnetic Recording, SMR). Ayo padha ngerti cara kerjane. Nalika nggunakake PMR tradisional, sirah nulis dipindhah relatif kanggo saben trek sadurungé dening kadohan witjaksono kanggo jembaré + jembaré saka papan protèktif (ruang jaga).
Nalika nggunakake cara kothak rekaman Magnetik, sirah ngrekam gerakane maju mung bagean saka jembaré, supaya saben trek sadurungé sebagian ditindih dening sabanjuré: trek Magnetik tumpang tindih kaya gendheng gendheng. Pendekatan iki ndadekake iku bisa kanggo nambah Kapadhetan ngrekam, nyedhiyani gain kapasitas nganti 10%, nalika ora mengaruhi proses maca. Tuladhane yaiku - drive 3.5-inch 20 TB pisanan ing donya kanthi antarmuka SATA / SAS, tampilan sing bisa ditindakake amarga teknologi rekaman magnetik anyar. Mangkono, transisi menyang disk SMR ngidini sampeyan nambah Kapadhetan panyimpenan data ing rak sing padha kanthi biaya minimal kanggo nganyarke infrastruktur IT.
Senadyan kauntungan sing signifikan, SMR nduweni kekurangan sing jelas. Wiwit trek magnetik tumpang tindih, nalika nganyari data, kudu nulis ulang ora mung fragmen sing dibutuhake, nanging uga kabeh trek sakteruse ing piring magnetik, volume sing bisa ngluwihi 2 terabyte, sing kebak karo penurunan serius. ing kinerja.
Nggabungake sawetara trek menyang klompok kapisah disebut zona mbantu kanggo ngatasi masalah iki. Senajan pendekatan iki kanggo panyimpenan data Luwih nyuda kapasitas sakabèhé saka HDD (amarga kesenjangan cukup kudu maintained antarane zona kanggo nyegah overwriting trek saka klompok tetanggan), iki bisa Ngartekno nyepetake proses nganyari data, amarga saiki mung nomer winates saka trek. melu ing.
Rekaman magnetik jubin kalebu sawetara opsi implementasine:
- Drive Managed SMR (Drive Managed SMR)
Kauntungan utamane yaiku ora perlu ngowahi piranti lunak lan / utawa hardware host, amarga pengontrol HDD njupuk kontrol prosedur rekaman data. Drive kasebut bisa disambungake menyang sistem apa wae sing nduweni antarmuka sing dibutuhake (SATA utawa SAS), sawise drive kasebut langsung siap digunakake.
Kerugian saka pendekatan iki yaiku variasi kinerja, sing ndadekake Drive Managed SMR ora cocog kanggo aplikasi perusahaan sing konsistensi kinerja sistem kritis. Nanging, disk kasebut nindakake kanthi apik ing skenario sing ngidini wektu cukup kanggo defragmentasi data latar mburi rampung. Dadi, contone, drive DMSMR Optimized kanggo nggunakake ing cilik 8-bay NAS, iku pilihan banget kanggo sistem arsip utawa serep sing mbutuhake panyimpenan serep long-term.
- Host Managed SMR (Host Managed SMR)
Host Managed SMR minangka implementasi kothak sing paling disenengi kanggo panggunaan perusahaan. Ing kasus iki, sistem host dhewe tanggung jawab kanggo ngatur aliran data lan maca / nulis operasi, nggunakake kanggo tujuan iki ekstensi saka ATA (Zoned Device ATA Command Set, ZAC) lan SCSI (Zoned Block Commands, ZBC) antarmuka sing dikembangake dening komite INCITS T10 lan T13.
Nalika nggunakake HMSMR, kabeh kapasitas panyimpenan sing kasedhiya dipérang dadi rong jinis zona: Zona Konvensional (zona biasa), sing digunakake kanggo nyimpen metadata lan rekaman sewenang-wenang (nyatane, muter peran cache), lan Zona Wajib Tulis Sekuensial. (zona nulis urutan), sing manggoni bagean gedhe saka total kapasitas hard disk, kang data direkam strictly sequentially. Data sing ora diurutake disimpen ing area cache, saka ngendi banjur bisa ditransfer menyang zona nulis urutan sing cocog. Amarga iki, kabeh sektor fisik ditulis sequentially ing arah radial lan ditimpa mung sawise wraparound, sing ngijini sampeyan kanggo entuk kinerja sistem stabil lan katebak. Ing wektu sing padha, drive HMSMR ndhukung perintah maca acak sing padha karo drive sing nggunakake PMR standar.
Host Managed SMR dileksanakake ing hard drive kelas perusahaan .
Baris kasebut kalebu drive SATA lan SAS kapasitas dhuwur sing dirancang kanggo digunakake ing pusat data hyperscale. Dhukungan kanggo Host Managed SMR kanthi signifikan ngembangake ruang lingkup hard drive kasebut: saliyane sistem serep, padha sampurna kanggo panyimpenan maya, CDN utawa platform streaming. Kapasitas hard drive sing dhuwur ngidini sampeyan nambah Kapadhetan panyimpenan kanthi signifikan (ing rak sing padha) kanthi biaya upgrade minimal, lan konsumsi daya sing sithik (kurang saka 0,29 watt saben terabyte informasi sing disimpen) lan boros panas (rata-rata 5 ° C luwih murah tinimbang analog) - luwih nyuda biaya operasi kanggo njaga pusat data.
Siji-sijine kekurangan HMSMR yaiku kompleksitas implementasine. Masalahe saiki ora ana sistem operasi utawa aplikasi sing bisa digunakake karo drive kasebut, mula owah-owahan utama ing tumpukan piranti lunak dibutuhake kanggo adaptasi infrastruktur IT. Kaping pisanan, iki prihatin, mesthi, OS kasebut dhewe, sing ing kahanan pusat data modern nggunakake server multi-inti lan multi-soket minangka tugas sing ora pati penting. Sampeyan bisa sinau luwih lengkap babagan opsi kanggo ngleksanakake dhukungan kanggo Host Managed SMR ing sumber khusus. darmabakti kanggo masalah panyimpenan data zonal. Informasi sing diklumpukake ing kene bakal mbantu sampeyan ngevaluasi kesiapan infrastruktur IT kanggo transisi menyang sistem panyimpenan zona.
- Host Aware SMR (SMR didhukung dening host)
Piranti sing aktif Host Aware SMR nggabungake penak lan keluwesan Drive Managed SMR kanthi kacepetan rekaman cepet saka Host Managed SMR. Drive kasebut kompatibel karo sistem panyimpenan warisan lan bisa digunakake tanpa kontrol langsung saka host, nanging ing kasus iki, kaya drive DMSMR, kinerja dadi ora bisa ditebak.
Kaya Host Managed SMR, Host Aware SMR nggunakake rong jinis zona: Zona Konvensional kanggo nulis acak lan Zona Pilihan Tulis Sekuensial (zona sing disenengi kanggo rekaman urutan). Sing terakhir, beda karo Zona Wajib Tulis Sekuensial sing kasebut ing ndhuwur, kanthi otomatis ditransfer menyang kategori sing biasa yen wiwit nulis data kanthi cara sing ora teratur.
Implementasi host-sadar SMR nyedhiyakake mekanisme internal kanggo pulih saka tulisan sing ora konsisten. Data acak ditulis menyang area cache, saka ngendi disk bisa nransfer informasi menyang zona nulis urutan sawise kabeh pamblokiran sing perlu ditampa. Drive nggunakake tabel indirection kanggo ngatur nulis inorder lan defragmentasi latar mburi. Nanging, yen kinerja sing bisa diramal lan dioptimalake dibutuhake kanggo aplikasi perusahaan, iki isih bisa digayuh mung nalika host ngontrol kabeh aliran data lan nulis zona.
Source: www.habr.com