305 жылы шығарылған әлемдегі алғашқы қатты дискі IBM RAMAC 1956 небәрі 5 МБ деректерден тұратын, салмағы 970 кг және көлемі жағынан өнеркәсіптік тоңазытқышпен салыстыруға болатын. Қазіргі заманғы корпоративтік флагмандықтар қазірдің өзінде 20 ТБ сыйымдылығымен мақтана алады. Елестетіп көріңізші: 64 жыл бұрын мұндай көлемдегі ақпаратты жазу үшін 4 миллионнан астам RAMAC 305 қажет еді, ал оларды орналастыру үшін қажетті деректер орталығының көлемі 9 шаршы шақырымнан асатын еді, ал бүгінгі күні шағын салмағы шамамен 700 грамм қорап! Көптеген жолдармен сақтау тығыздығының бұл керемет өсуіне магниттік жазу әдістерін жетілдіру арқасында қол жеткізілді.
Сену қиын, бірақ 40 жылдан бері қатты дискілердің дизайны 1983 жылдай дерлік өзгерген жоқ: дәл сол кезде шотландиялық Rodime компаниясы жасаған RO3,5 351 дюймдік қатты дискі жарық көрді. Бұл нәресте әрқайсысы 10 МБ болатын екі магниттік пластинаны алды, яғни ол IBM 412 дербес компьютерлері үшін сол жылы Seagate шығарған жаңартылған 5,25 дюймдік ST-5160 деректерінен екі есе көп деректерді сақтай алды.
Rodime RO351 - әлемдегі алғашқы 3,5 дюймдік қатты диск
Жаңашылдығы мен ықшам өлшеміне қарамастан, RO351 шығарылымы кезінде ешкімге дерлік қажет болмады, және Родименің қатты дискілер нарығында орын алу үшін жасаған барлық әрекеттері сәтсіз аяқталды, сондықтан компания жұмысын тоқтатуға мәжбүр болды. 1991 жылы барлық дерлік бар активтерді сатып, мемлекетті минимумға дейін қысқартты. Алайда, Родиме банкротқа ұшырамады: көп ұзамай ең ірі қатты диск өндірушілері шотландтар патенттеген форма факторын пайдалану лицензиясын алғысы келіп, оған жүгіне бастады. 3,5 дюйм енді тұтынушы мен кәсіпорынның қатты дискілері үшін салалық стандарт болып табылады.
Нейрондық желілер, Deep Learning және Интернет заттарының (IoT) пайда болуымен адамзат жасаған деректер көлемі көшкін сияқты өсе бастады. IDC аналитикалық агенттігінің бағалауы бойынша, 2025 жылға қарай адамдардың өзі де, айналамыздағы құрылғылар да өндіретін ақпарат көлемі 175 зеттабайтқа жетеді (1 Збайт = 1021 байт), бұл 2019 жылы 45 болғанына қарамастан. Збайт, 2016 жылы – 16 Збайт, ал сонау 2006 жылы барлық болжамды тарихта өндірілген деректердің жалпы көлемі 0,16 (!) Збайттан аспады. Заманауи технологиялар ақпараттық жарылыспен күресуге көмектеседі, олардың ішінде жақсартылған деректерді жазу әдістері соңғысы емес.
LMR, PMR, CMR және TDMR: айырмашылығы неде?
Қатты дискілердің жұмыс принципі өте қарапайым. Ферромагниттік материал қабатымен қапталған жұқа металл пластиналар (Кюри нүктесінен төмен температурада сыртқы магнит өрісі болмаған жағдайда да магниттелген күйінде қала алатын кристалды зат) жоғары жылдамдықпен (5400 айн/мин немесе Көбірек). Жазу басына электр тогы әсер еткенде айнымалы магнит өрісі пайда болады, ол ферромагнетиктің домендерінің (заттың дискретті аймақтарының) магниттелу векторының бағытын өзгертеді. Мәліметтерді оқу электромагниттік индукция құбылысына байланысты (сенсорға қатысты домендердің қозғалысы соңғысында айнымалы электр тогының пайда болуын тудырады) немесе үлкен магниторезистивті әсерге байланысты (датчиктің электр кедергісі өзгереді) магнит өрісінің әсері), қазіргі заманғы сақтау құрылғыларында жүзеге асырылады. Әрбір домен магниттелу векторының бағытына байланысты «0» немесе «1» логикалық мәнін ала отырып, ақпараттың бір битін кодтайды.
Ұзақ уақыт бойы қатты дискілер бойлық магниттік жазу (LMR) әдісін қолданды, онда домен магниттелу векторы магниттік пластинаның жазықтығында орналасады. Салыстырмалы түрде іске асырудың қарапайымдылығына қарамастан, бұл технологияның айтарлықтай кемшілігі болды: коэрцивтілікті жеңу үшін (магниттік бөлшектердің бір домендік күйге ауысуы) әсерлі буферлік аймақты (қорғау кеңістігі деп аталатын) қалдыру керек болды. тректер. Нәтижесінде, осы технологияның соңында қол жеткізілген максималды жазу тығыздығы тек 150 Гб/д2 болды.
2010 жылы LMR толығымен дерлік PMR (Perpendicular Magnetic Recording - перпендикуляр магниттік жазба) ауыстырылды. Бұл технологияның бойлық магниттік жазудан басты айырмашылығы әрбір доменнің магниттік бағыттау векторы магниттік пластинаның бетіне 90° бұрышта орналасады, бұл жолдар арасындағы алшақтықты айтарлықтай азайтуға мүмкіндік берді.
Осының арқасында деректерді жазу тығыздығы қатты дискілердің жылдамдық сипаттамалары мен сенімділігін жоғалтпай, айтарлықтай ұлғайтылды (қазіргі құрылғыларда 1 Тбит / дюймге дейін). Қазіргі уақытта перпендикуляр магниттік жазба нарықта басым болып табылады, сондықтан оны CMR (Conventional Magnetic Recording - әдеттегі магниттік жазба) деп те атайды. Сонымен қатар, PMR мен CMR арасында мүлдем айырмашылық жоқ екенін түсіну керек - бұл атаудың басқа нұсқасы ғана.
Заманауи қатты дискілердің техникалық сипаттамаларын қараған кезде, сіз TDMR құпия аббревиатурасын кездестіре аласыз. Атап айтқанда, бұл технологияны кәсіпорын класындағы дискілер пайдаланады . Физика тұрғысынан TDMR (бұл екі өлшемді магниттік жазба - екі өлшемді магниттік жазбаны білдіреді) әдеттегі PMR-ден еш айырмашылығы жоқ: бұрынғыдай, біз қиылыспайтын жолдармен айналысамыз, оларда перпендикуляр бағытталған домендер. магниттік пластиналар жазықтығына. Технологиялар арасындағы айырмашылық ақпаратты оқуға деген көзқараста.
TDMR технологиясын қолдану арқылы жасалған қатты дискілердің магниттік бастары блогында әрбір жазу басының екі оқу сенсоры бар, олар бір уақытта әрбір өткен жолдан деректерді оқиды. Бұл артықшылық HDD контроллеріне Intertrack кедергісі (ITI) әсерінен туындаған электромагниттік шуды тиімді сүзуге мүмкіндік береді.
ITI проблемасын шешу екі маңызды артықшылық береді:
- шу коэффициентінің төмендеуі әдеттегі PMR-мен салыстырғанда жалпы сыйымдылықтың 10%-ға дейін өсімін қамтамасыз ететін жолдар арасындағы қашықтықты азайту арқылы жазу тығыздығын арттыруға мүмкіндік береді;
- RVS технологиясымен және үш позициялы микро жетекпен біріктірілген TDMR қатты дискілер тудыратын айналмалы дірілге тиімді қарсы тұрады, тіпті ең талап етілетін орталарда да тұрақты өнімділік деңгейіне қол жеткізуге көмектеседі.
SMR дегеніміз не және оны немен жейді?
Жазу басының өлшемдері оқу сенсорының өлшемдерінен шамамен 1,7 есе үлкен. Мұндай әсерлі айырмашылық өте қарапайым түсіндіріледі: егер жазу модулі одан да миниатюралық жасалса, ол жасай алатын магнит өрісінің күші ферромагниттік қабаттың домендерін магниттеу үшін жеткіліксіз болады, бұл деректер жай ғана емес екенін білдіреді. сақталады. Оқу сенсоры жағдайында бұл мәселе туындамайды. Сонымен қатар, оның миниатюризациясы ақпаратты оқу процесіне жоғарыда аталған ITI әсерін одан әрі азайтуға мүмкіндік береді.
Бұл факт плиткалы магниттік жазбаның негізін құрады (Shingled Magnetic Recording, SMR). Оның қалай жұмыс істейтінін түсінейік. Дәстүрлі PMR пайдалану кезінде жазу басы әрбір алдыңғы жолға қатысты оның еніне + қорғаныс кеңістігінің еніне (қорғау кеңістігі) тең қашықтыққа жылжытылады.
Магниттік жазудың плиткалы әдісін пайдаланған кезде жазу басы өзінің енінің бір бөлігін ғана алға жылжытады, сондықтан әрбір алдыңғы жол ішінара келесі жолға жазылады: магнитті жолдар шатыр тақтайшалары сияқты бір-бірін жабады. Бұл тәсіл оқу процесіне әсер етпей, сыйымдылықты 10% дейін арттыра отырып, жазу тығыздығын одан әрі арттыруға мүмкіндік береді. Мысалы — SATA/SAS интерфейсі бар әлемдегі алғашқы 3.5 дюймдік 20 ТБ дискілері, оның пайда болуы жаңа магниттік жазу технологиясының арқасында мүмкін болды. Осылайша, SMR дискілеріне көшу АТ-инфрақұрылымын жаңарту үшін ең аз шығынмен бірдей сөрелерде деректерді сақтаудың тығыздығын арттыруға мүмкіндік береді.
Осындай маңызды артықшылыққа қарамастан, SMR-дің айқын кемшілігі бар. Магниттік жолдар бір-бірімен қабаттасатындықтан, деректерді жаңарту кезінде қажетті фрагментті ғана емес, сонымен қатар магниттік пластинаның ішіндегі барлық кейінгі жолдарды қайта жазу қажет болады, оның көлемі 2 терабайттан асуы мүмкін, бұл айтарлықтай құлдырауға әкелуі мүмкін. орындауда.
Белгілі бір жолдарды аймақтар деп аталатын бөлек топтарға біріктіру бұл мәселені шешуге көмектеседі. Деректерді сақтауға бұл тәсіл қатты дискінің жалпы сыйымдылығын біршама төмендетсе де (көрші топтардан тректердің қайта жазылуын болдырмау үшін аймақтар арасында жеткілікті бос орындар болуы керек), бұл деректерді жаңарту процесін айтарлықтай жылдамдатуы мүмкін, өйткені қазір тректердің шектеулі саны ғана. оған қатысу.
Тақталы магниттік жазу бірнеше іске асыру нұсқаларын қамтиды:
- Drive Managed SMR (Drive Managed SMR)
Оның басты артықшылығы - хосттың бағдарламалық жасақтамасын және/немесе аппараттық құралдарын өзгертудің қажеті жоқ, өйткені HDD контроллері деректерді жазу процедурасын басқаруды өз қолына алады. Мұндай дискілерді қажетті интерфейсі (SATA немесе SAS) бар кез келген жүйеге қосуға болады, содан кейін диск дереу пайдалануға дайын болады.
Бұл тәсілдің кемшілігі өнімділіктің өзгермелілігі болып табылады, ол Drive Managed SMR жүйесін жүйе өнімділігінің тұрақтылығы маңызды болып табылатын кәсіпорын қолданбалары үшін жарамсыз етеді. Дегенмен, мұндай дискілер фондық деректерді дефрагментациялауды аяқтауға жеткілікті уақыт беретін сценарийлерде жақсы жұмыс істейді. Мәселен, мысалы, DMSMR дискілері Шағын 8 ұялы NAS жүйесінде пайдалану үшін оңтайландырылған, бұл ұзақ мерзімді сақтық көшірме сақтауды қажет ететін мұрағаттау немесе сақтық көшірме жүйесі үшін тамаша таңдау.
- Host Managed SMR (Host Managed SMR)
Хост басқарылатын SMR - кәсіпорынның пайдалануына арналған ең таңдаулы тақтаны іске асыру. Бұл жағдайда хост жүйесінің өзі осы мақсаттарда әзірлеген ATA (Zoned Device ATA Command Set, ZAC) және SCSI (Zoned Block Commands, ZBC) интерфейстерінің кеңейтімдерін пайдалана отырып, деректер ағындарын және оқу/жазу операцияларын басқаруға жауапты. INCITS T10 және T13 комитеттері.
HMSMR пайдаланған кезде, барлық қолжетімді сақтау сыйымдылығы аймақтардың екі түріне бөлінеді: метадеректер мен еркін жазбаларды сақтау үшін пайдаланылатын кәдімгі аймақтар (тұрақты аймақтар) (шын мәнінде кэш рөлін атқарады) және ретті жазудың талап етілетін аймақтары (тізбекті жазу аймақтары), олар қатты дискінің жалпы сыйымдылығының үлкен бөлігін алады, онда деректер қатаң дәйекті түрде жазылады. Реттелмеген деректер кэш аймағында сақталады, содан кейін оны сәйкес жүйелі жазу аймағына тасымалдауға болады. Осыған байланысты барлық физикалық секторлар радиалды бағытта дәйекті түрде жазылады және тұрақты және болжамды жүйе өнімділігіне қол жеткізуге мүмкіндік беретін орамнан кейін ғана қайта жазылады. Сонымен қатар, HMSMR дискілері стандартты PMR пайдаланатын дискілерге ұқсас кездейсоқ оқу пәрмендерін қолдайды.
Кәсіпорын деңгейіндегі қатты дискілерде іске асырылған хост басқарылатын SMR .
Бұл желіге гипер масштабты деректер орталықтарында пайдалануға арналған жоғары сыйымдылықты SATA және SAS дискілері кіреді. Host Managed SMR қолдауы мұндай қатты дискілердің ауқымын айтарлықтай кеңейтеді: сақтық көшірме жүйелерінен басқа, олар бұлтты сақтау, CDN немесе ағындық платформалар үшін өте қолайлы. Қатты дискілердің жоғары сыйымдылығы жаңартуға ең аз шығындармен және төмен қуат тұтынумен (сақталған ақпараттың терабайтына 0,29 Вт-тан аз) және жылуды бөлумен (орташа алғанда 5 ° C төмен) сақтау тығыздығын (бірдей сөрелерде) айтарлықтай арттыруға мүмкіндік береді. аналогтар) — деректер орталығына қызмет көрсетудің операциялық шығындарын одан әрі азайту.
HMSMR жалғыз кемшілігі - іске асырудың салыстырмалы күрделілігі. Мәселе мынада, бүгінгі күні бірде-бір операциялық жүйе немесе қолданба мұндай дискілермен қораптан тыс жұмыс істей алмайды, сондықтан АТ-инфрақұрылымын бейімдеу үшін бағдарламалық жасақтама стекіне үлкен өзгерістер қажет. Ең алдымен, бұл, әрине, ОЖ-ның өзіне қатысты, ол қазіргі заманғы деректер орталықтары жағдайында көп ядролы және көп розеткалы серверлерді пайдалану өте маңызды емес міндет болып табылады. Арнайы ресурста Хосттың басқарылатын SMR қолдауын іске асыру опциялары туралы көбірек біле аласыз. мәліметтерді аймақтық сақтау мәселелеріне арналған. Мұнда жиналған ақпарат аймақтық сақтау жүйелеріне көшу үшін АТ-инфрақұрылымыңыздың дайындығын алдын ала бағалауға көмектеседі.
- Host Aware SMR (хост қолдайтын SMR)
Host Aware SMR қосылған құрылғылар Drive Managed SMR ыңғайлылығы мен икемділігін Host Managed SMR жылдам жазу жылдамдығымен біріктіреді. Мұндай дискілер ескі сақтау жүйелерімен кері үйлесімді және хосттың тікелей бақылауынсыз жұмыс істей алады, бірақ бұл жағдайда, DMSMR дискілері сияқты, олардың өнімділігі болжау мүмкін емес болады.
Хост басқарылатын SMR сияқты, Host Aware SMR аймақтардың екі түрін пайдаланады: Кездейсоқ жазулар үшін әдеттегі аймақтар және ретті жазу үшін артықшылықты аймақтар (тізбекті жазу үшін қолайлы аймақтар). Соңғысы, жоғарыда аталған Тізбекті жазудың талап етілетін аймақтарынан айырмашылығы, егер олар деректерді ретсіз жаза бастаса, автоматты түрде қарапайымдар санатына ауыстырылады.
SMR-дің хост-хабарлама енгізуі сәйкес келмейтін жазулардан қалпына келтірудің ішкі механизмдерін қамтамасыз етеді. Кездейсоқ деректер кэш аймағына жазылады, ол жерден диск барлық қажетті блоктарды алғаннан кейін ақпаратты дәйекті жазу аймағына тасымалдай алады. Диск ретсіз жазуларды және фондық дефрагментацияны басқару үшін жанама кестені пайдаланады. Дегенмен, кәсіпорын қолданбалары үшін болжамды және оңтайландырылған өнімділік қажет болса, бұған хост барлық деректер ағындары мен жазу аймақтарын толық бақылауға алған кезде ғана қол жеткізуге болады.
Ақпарат көзі: www.habr.com