Дүйнөдөгү биринчи катуу диск, 305-жылы чыгарылган IBM RAMAC 1956, болгону 5 МБ маалыматка ээ болгон, салмагы 970 кг болгон жана көлөмү боюнча өнөр жай муздаткычы менен салыштырууга болот. Заманбап корпоративдик флагмандыктар 20 ТБ кубаттуулугу менен мактана алат. Элестетиңиз: 64 жыл мурун, мынчалык көлөмдөгү маалыматты жазуу үчүн 4 миллиондон ашык RAMAC 305 талап кылынмак жана аларды жайгаштыруу үчүн талап кылынган маалымат борборунун көлөмү 9 чарчы километрден ашмак, ал эми бүгүнкү күндө кичинекей кутучанын салмагы болжол менен 700 грамм! Көп жагынан алганда, сактоо тыгыздыгынын бул укмуштуудай өсүшү магниттик жазуу ыкмаларын жакшыртуунун аркасында жетишилди.
Буга ишенүү кыйын, бирок катуу дисктердин фундаменталдык дизайны 40-жылдан баштап дээрлик 1983 жыл бою өзгөргөн жок: Шотландиялык Rodime компаниясы тарабынан иштелип чыккан биринчи 3,5 дюймдук RO351 катуу диск ошондо жарык көргөн. Бул баланын ар бири 10 МБ болгон эки магниттик пластина болгон, башкача айтканда, ал IBM 412 персоналдык компьютерлери үчүн ошол эле жылы чыгарылган жаңыртылган 5,25 дюймдук ST-5160 Seagateден эки эсе көп маалыматты сактоого жөндөмдүү болгон.
Rodime RO351 - дүйнөдөгү биринчи 3,5 дюймдук катуу диск
Өзүнүн инновацияларына жана компакт өлчөмүнө карабастан, RO351 чыгарылган учурда эч ким үчүн эч нерсеге жарамсыз болуп чыкты жана Родимдин катуу диск рыногунда орун алуу аракети ишке ашпай калды, ошондуктан 1991-жылы компания аргасыз болгон. иш-аракетин токтотуу, дээрлик бардык активдерди сатып жиберуу жана штатты минимумга чейин кыскартуу. Бирок, Родиме банкрот боло турган эмес: көп өтпөй эң ири катуу диск өндүрүүчүлөр шотландиялыктар тарабынан патенттелген форма факторун колдонууга лицензия сатып алууну каалагандар менен байланыша башташты. Азыркы учурда, 3,5 дюйм керектөө HDD жана ишкана классындагы дисктерди өндүрүү үчүн жалпы кабыл алынган стандарт болуп саналат.
Нейрондук тармактардын, Deep Learning жана нерселердин Интернетинин (IoT) пайда болушу менен адамзат жараткан маалыматтардын көлөмү экспоненциалдуу түрдө өсө баштады. IDC аналитикалык агенттигинин эсептөөлөрүнө ылайык, 2025-жылга карата адамдардын өздөрү да, бизди курчап турган түзүлүштөр да чыгарган маалыматтын көлөмү 175 зеттабайтка (1 Збайт = 1021 байт) жетет жана бул 2019-жылы 45 Збайтты түзгөнүнө карабастан. , 2016-жылы - 16 Збайт, ал эми кайра 2006-жылы, бүткүл байкалуучу тарыхта өндүрүлгөн маалыматтардын жалпы көлөмү 0,16 (!) Збайттан ашкан эмес. Заманбап технологиялар маалыматтын жарылуусуна туруштук берүүгө жардам берет, алардын ичинен маалыматтарды жазуунун жакшыртылган ыкмалары.
LMR, PMR, CMR жана TDMR: Кандай айырма бар?
Катуу дисктердин иштөө принциби абдан жөнөкөй. Ферромагниттик материалдын катмары менен капталган жука металл плиталар (Кюри чекитинен төмөн температурада тышкы магнит талаасынын таасири тийбесе да магниттелген бойдон кала турган кристаллдык зат) жазуу баштыкчасына салыштырмалуу жогорку ылдамдыкта (мүнөтүнө 5400 айлануу же көбүрөөк). Жазуу башына электр тогу берилгенде өзгөрмө магнит талаасы пайда болот, ал ферромагнетиктин домендеринин (заттын дискреттик аймактарынын) магниттелүү векторунун багытын өзгөртөт. Маалыматтарды окуу же электромагниттик индукция кубулушуна байланыштуу (сенсорго салыштырмалуу домендердин кыймылы экинчисинде өзгөрмө электр тогунун пайда болушун шарттайт) же гиганттык магниторезистивдүү эффекттин (магниттик талаанын таасири астында электрдик сенсордун каршылыгы өзгөрөт), заманбап дисктерде колдонулгандай. Ар бир домен магниттештирүү векторунун багытына жараша "0" же "1" логикалык маанисин алып, бир бит маалыматты коддойт.
Узак убакыт бою катуу дисктер Узунуна магниттик жазуу (LMR) ыкмасын колдонушкан, мында домендин магниттештирүү вектору магниттик плитанын тегиздигинде жатты. Ишке ашыруунун салыштырмалуу жөнөкөйлүгүнө карабастан, бул технологиянын олуттуу кемчилиги бар эле: коэрцивдүүлүктү (магниттик бөлүкчөлөрдүн бир домендик абалга өтүшү) жеңүү үчүн, алардын ортосунда таасирдүү буфердик зонаны (коргоочу мейкиндик деп аталган) калтыруу керек болчу. тректер. Натыйжада, бул технологиянын аягында жетишилген максималдуу жазуу тыгыздыгы болгону 150 Гбит/дюйм2 болгон.
2010-жылы LMR дээрлик толугу менен PMR (перпендикулярдык магниттик жазуу) менен алмаштырылган. Бул технологиянын узунунан магниттик жазуудан негизги айырмасы – ар бир домендин магнит багытынын вектору магниттик плитанын бетине 90° бурчта жайгашкан, бул тректердин ортосундагы ажырымды бир топ кыскарткан.
Ушундан улам, катуу дисктердин ылдамдык мүнөздөмөлөрүн жана ишенимдүүлүгүн жоготпостон, маалыматтарды жазуу тыгыздыгы (заманбап түзүлүштөрдө 1 Тбит/д2га чейин) кыйла жогорулады. Азыркы учурда, перпендикулярдык магниттик жазуу рынокто үстөмдүк кылат, ошондуктан аны көбүнчө CMR (Кадимки магниттик жазуу) деп аташат. Ошол эле учурда, сиз PMR жана CMR ортосунда такыр айырма жок экенин түшүнүү керек - бул жөн гана аталыштын башка версиясы.
Заманбап катуу дисктердин техникалык мүнөздөмөлөрүн изилдеп жатып, сиз TDMR сырдуу аббревиатурасын да жолуктура аласыз. Атап айтканда, бул технология ишкана классындагы дисктер тарабынан колдонулат . Физика көз карашынан алганда, TDMR (эки өлчөмдүү магниттик жазууну билдирет) кадимки PMRден эч кандай айырмасы жок: мурункудай эле, биз кесилишкен эмес тректер менен алектенебиз, алардын домендери магниттик тегиздикке перпендикуляр багытталган. плиталар. Технологиялардын айырмасы маалыматты окууга болгон мамиледе.
TDMR технологиясын колдонуу менен түзүлгөн катуу дисктердин магниттик баштарынын блогунда ар бир жазуу башына бир эле учурда өткөн ар бир тректен маалыматтарды окуган эки окуу сенсору бар. Бул ашыкча HDD контроллерине электромагниттик ызы-чууларды эффективдүү чыпкалоого мүмкүндүк берет, анын көрүнүшү трак аралык интерференция (ITI) менен шартталган.
ITI көйгөйүн чечүү эки өтө маанилүү артыкчылыктарды берет:
- ызы-чуу факторун азайтуу кадимки PMRге салыштырмалуу 10% га чейин жалпы сыйымдуулуктун өсүшүн камсыз кылуу менен тректердин ортосундагы аралыкты кыскартуу аркылуу жазуу тыгыздыгын жогорулатууга мүмкүндүк берет;
- RVS технологиясы жана үч позициялуу микроактуатор менен айкалышып, TDMR катуу дисктерден келип чыккан айлануу титирөөсүнө натыйжалуу каршы турат жана эң татаал иштөө шарттарында да ырааттуу көрсөткүчтөргө жетишүүгө жардам берет.
SMR деген эмне жана аны эмне менен жейт?
Жазуучу баштын өлчөмү окуу сенсорунун өлчөмүнө салыштырмалуу болжол менен 1,7 эсе чоң. Мындай таасирдүү айырманы жөнөкөй эле түшүндүрүүгө болот: эгер жаздыруу модулу ого бетер миниатюралык жасалса, анда ал генерациялай турган магнит талаасынын күчү ферромагниттик катмардын домендерин магниттештирүү үчүн жетишсиз болот, бул маалыматтар жөн гана сакталбайт. Окуу сенсорунун учурда бул көйгөй пайда болбойт. Мындан тышкары: анын миниатюризациясы жогоруда аталган ITIнин маалыматты окуу процессине тийгизген таасирин андан ары азайтууга мүмкүндүк берет.
Бул чындык Shingled Magnetic Recording (SMR) негизин түзгөн. Келгиле, анын кантип иштээрин карап көрөлү. Салттуу PMRди колдонууда жазуу башы мурунку ар бир трекке салыштырмалуу анын туурасы + коргоочу мейкиндиктин туурасына барабар аралыкка жылдырылат.
Төшөлгөн магниттик жазуу ыкмасын колдонууда жазуу башы өзүнүн кеңдигинин бир бөлүгүн гана алдыга жылдырат, ошондуктан ар бир мурунку трек жарым-жартылай кийинкисинин үстүнөн жазылат: магниттик тректер чатыр плиткасы сыяктуу бири-бирин капташат. Бул ыкма окуу процессине таасир этпестен, 10% га чейин кубаттуулукту камсыз кылуу менен жазуу тыгыздыгын андан ары жогорулатууга мүмкүндүк берет. Мисал болуп саналат - SATA/SAS интерфейси бар дүйнөдөгү биринчи 3.5 дюймдук 20 ТБ дисктери, анын пайда болушу жаңы магниттик жазуу технологиясынын аркасында мүмкүн болгон. Ошентип, SMR дисктерине өтүү IT инфраструктурасын жаңыртуу үчүн минималдуу чыгымдар менен бир эле стеллаждарда маалыматтарды сактоонун тыгыздыгын жогорулатууга мүмкүндүк берет.
Мындай олуттуу артыкчылыкка карабастан, SMR да ачык кемчилиги бар. Магниттик тректер бири-бирин кайталагандыктан, маалыматтарды жаңыртуу үчүн талап кылынган фрагментти гана эмес, магниттик табактын ичиндеги бардык кийинки тректерди кайра жазуу талап кылынат, анын көлөмү 2 терабайттан ашат, бул аткаруунун олуттуу төмөндөшүнө алып келиши мүмкүн.
Бул көйгөйдү белгилүү бир сандагы тректерди зоналар деп аталган өзүнчө топторго бириктирүү аркылуу чечсе болот. Маалыматтарды сактоону уюштурууга мындай мамиле HDDнин жалпы сыйымдуулугун бир аз төмөндөтсө да (анткени, чектеш топтордун тректеринин кайра жазылышына жол бербөө үчүн зоналар ортосунда жетишерлик боштуктарды сактоо керек), ал азыртан бери маалыматтарды жаңыртуу процессин кыйла тездетет. ага чектелген сандагы тректер гана тартылган.
Мозаика магниттик жазуу бир нече ишке ашыруу параметрлерин камтыйт:
- Drive башкарылган SMR
Анын негизги артыкчылыгы - бул хосттун программалык камсыздоосун жана/же аппараттык камсыздоосун өзгөртүүнүн кереги жок, анткени HDD контроллери маалыматтарды жазуу процедурасын көзөмөлдөйт. Мындай дисктерди керектүү интерфейси бар (SATA же SAS) каалаган системага туташтырууга болот, андан кийин диск дароо колдонууга даяр болот.
Бул ыкманын кемчилиги - аткаруу деңгээли ар кандай болуп, Drive Managed SMR тутумдун ырааттуу иштеши маанилүү болгон ишкана колдонмолору үчүн жараксыз кылат. Бирок, мындай дисктер фондук маалыматтарды дефрагментациялоо үчүн жетиштүү убакыт берген сценарийлерде жакшы иштешет. Мисалы, DMSMR дисктери , кичинекей 8 булуңдуу NASтын бир бөлүгү катары колдонуу үчүн оптималдаштырылган, резервдик көчүрмөлөрдү узак мөөнөттүү сактоону талап кылган архивдөө же резервдик система үчүн эң сонун тандоо болот.
- Хост башкарылган SMR
Host Managed SMR - бул ишкана чөйрөсүндө колдонуу үчүн тандалган плиткалуу жазуу ишке ашыруу. Бул учурда, хост системасы өзү INCITS тарабынан иштелип чыккан ATA (Zoned Device ATA Command Set, ZAC) жана SCSI (Zoned Block Commands, ZBC) интерфейсинин кеңейтүүлөрүн колдонуп, маалымат агымдарын жана окуу/жазуу операцияларын башкаруу үчүн жооптуу. T10 жана T13 комитеттери.
HMSMR колдонууда дисктин бардык жеткиликтүү сактоо сыйымдуулугу зонанын эки түрүнө бөлүнөт: метаберилиштерди жана кокус жазууларды сактоо үчүн колдонулган кадимки зоналар (негизинен кэштин ролун ойнойт) жана ырааттуу жазуу талап кылынган зоналар, алар ээлейт. катуу дисктин жалпы сыйымдуулугунун чоң бөлүгү, анда маалыматтар ырааттуу түрдө жазылган. Тартиптен тышкаркы маалыматтар кэш аймагында сакталат, андан кийин алар тиешелүү ырааттуу жазуу аймагына өткөрүлүп берилиши мүмкүн. Бул бардык физикалык секторлордун радиалдык багытта ырааттуу түрдө жазылышын жана циклдик которуудан кийин гана кайра жазылышын камсыздайт, натыйжада системанын туруктуу жана болжолдуу иштеши пайда болот. Ошол эле учурда, HMSMR дисктери стандарттык PMR колдонгон дисктер сыяктуу эле туш келди окуу буйруктарын колдойт.
Host Managed SMR ишкана классындагы катуу дисктерде ишке ашырылат .
Линия гипер масштабдуу маалымат борборлорунда колдонуу үчүн иштелип чыккан жогорку сыйымдуулуктагы SATA жана SAS дисктерин камтыйт. Host Managed SMR үчүн колдоо мындай катуу дисктердин колдонуу чөйрөсүн кыйла кеңейтет: резервдик системалардан тышкары, алар булуттагы сактоо, CDN же агымдык платформалар үчүн идеалдуу. Катуу дисктердин жогорку сыйымдуулугу минималдуу жаңыртуу чыгымдары жана энергияны аз керектөө (сакталган маалыматтын терабайтына 0,29 Вттан көп эмес) жана жылуулукту (орточо эсеп менен 5 °C төмөн) сарптоо менен сактоо тыгыздыгын (ошол эле стеллаждарда) олуттуу жогорулатууга мүмкүндүк берет. аналогдорго караганда) - маалымат борборун тейлөөгө операциялык чыгымдарды андан ары кыскартуу.
HMSMR бир гана кемчилиги ишке ашыруунун салыштырмалуу татаалдыгы болуп саналат. Кеп бүгүнкү күндө мындай дисктер менен эч кандай операциялык система же тиркеме иштей албайт, ошондуктан IT инфраструктурасын адаптациялоо үчүн программалык стекке олуттуу өзгөртүүлөрдү киргизүү талап кылынат. Биринчиден, бул, албетте, ОСтун өзүнө тиешелүү, ал заманбап маалымат борборлорунун шарттарында көп ядролуу жана көп розеткалуу серверлерди колдонуу анча маанилүү эмес иш болуп саналат. Сиз адистештирилген ресурста Host Managed SMR колдоосун ишке ашыруу жолдору жөнүндө көбүрөөк биле аласыз , зоналык маалыматтарды сактоо маселелерине арналган. Бул жерде чогултулган маалымат сиздин IT инфраструктураңыздын зоналык сактоо тутумдарына өткөрүүгө даярдыгын алдын ала баалоого жардам берет.
- Host Aware SMR (Host Aware SMR)
Host Aware SMR иштетилген түзмөктөр Drive Managed SMRнин ыңгайлуулугун жана ийкемдүүлүгүн Host Managed SMRнин жогорку жазуу ылдамдыгы менен айкалыштырат. Бул дисктер эски сактоо тутумдары менен артка шайкеш келет жана хост тарабынан түздөн-түз көзөмөлсүз иштей алат, бирок бул учурда, DMSMR дисктериндей эле, алардын иштеши күтүүсүз болуп калат.
Хост башкарган SMR сыяктуу эле, Host Aware SMR да зонанын эки түрүн колдонот: кокус жазуу үчүн кадимки зоналар жана ырааттуу жазуу үчүн артыкчылыктуу зоналар. Акыркысы, жогоруда айтылган ырааттуу жазуу талап кылынган зоналардан айырмаланып, эгерде алар ырааттуу түрдө маалыматтарды жаза баштаса, автоматтык түрдө кадимки категорияга которулат.
SMRди кабыл алуучу ишке ашыруу шайкеш келбеген жазуулардан калыбына келтирүү үчүн ички механизмдерди камсыз кылат. Тартиптен тышкаркы маалыматтар кэш аймактарына жазылат, ал жерден диск бардык керектүү блокторду кабыл алгандан кийин ырааттуу жазуу аймагына маалыматты өткөрө алат. Жазуу тартибин жана фон дефрагментациясын башкаруу үчүн диск кыйыр таблицаны колдонот. Бирок, эгерде ишкана тиркемелери болжолдуу жана оптималдаштырылган аткарууну талап кылса, бул хост бардык маалымат агымдарын жана жазуу зоналарын толук көзөмөлгө алса гана жетишүүгө болот.
Source: www.habr.com