PasaulÄ pirmais cietais disks IBM RAMAC 305, kas tika izlaists 1956. gadÄ, saturÄja tikai 5 MB datu, svÄra 970 kg un pÄc izmÄra bija salÄ«dzinÄms ar rÅ«pniecisko ledusskapi. MÅ«sdienu korporatÄ«vie flagmaÅi var lepoties ar jaudu jau 20 TB. IedomÄjieties: pirms 64 gadiem, lai ierakstÄ«tu Å”Ädu informÄcijas apjomu, bÅ«tu nepiecieÅ”ami vairÄk nekÄ 4 miljoni RAMAC 305, un to izvietoÅ”anai nepiecieÅ”amÄ datu centra izmÄrs bÅ«tu pÄrsniedzis 9 kvadrÄtkilometrus, savukÄrt mÅ«sdienÄs kaste sver aptuveni 700 gramus! Daudzos veidos Å”is neticamais uzglabÄÅ”anas blÄ«vuma pieaugums ir panÄkts, pateicoties magnÄtiskÄs ierakstÄ«Å”anas metožu uzlaboÅ”anai.
GrÅ«ti noticÄt, taÄu bÅ«tÄ«bÄ cieto disku dizains nav mainÄ«jies gandrÄ«z 40 gadus, kopÅ” 1983. gada: tieÅ”i tad gaismu ieraudzÄ«ja pirmais 3,5 collu cietais disks RO351, ko izstrÄdÄja skotu kompÄnija Rodime. Å is mazulis saÅÄma divas magnÄtiskÄs plÄksnes pa 10 MB katra, tas ir, tajÄ varÄja ievietot divreiz vairÄk datu nekÄ atjauninÄtajÄ 412 collu ST-5,25, ko Seagate tajÄ paÅ”Ä gadÄ izlaida IBM 5160 personÄlajiem datoriem.
Rodime RO351 - pasaulÄ pirmais 3,5 collu cietais disks
Neskatoties uz novatoriskumu un kompakto izmÄru, RO351 izlaiÅ”anas laikÄ tas gandrÄ«z nevienam nebija vajadzÄ«gs, un visi turpmÄkie Rodime mÄÄ£inÄjumi nostiprinÄties cieto disku tirgÅ« cieta neveiksmi, tÄpÄc uzÅÄmums bija spiests pÄrtraukt darbÄ«bu. 1991. gadÄ, pÄrdodot gandrÄ«z visus esoÅ”os aktÄ«vus un samazinot stÄvokli lÄ«dz minimumam. TomÄr Rodimei nebija lemts bankrotÄt: drÄ«z pie viÅas sÄka vÄrsties lielÄkie cieto disku ražotÄji, vÄloties iegÅ«t licenci skotu patentÄtÄ formas faktora izmantoÅ”anai. 3,5" tagad ir nozares standarts gan patÄrÄtÄju, gan uzÅÄmumu HDD.
LÄ«dz ar neironu tÄ«klu, dziļÄs mÄcÄ«Å”anÄs un lietu interneta (IoT) parÄdÄ«Å”anos cilvÄces radÄ«to datu apjoms ir sÄcis augt kÄ lavÄ«na. PÄc analÄ«tiskÄs aÄ£entÅ«ras IDC aplÄsÄm, lÄ«dz 2025. gadam gan paÅ”u cilvÄku, gan apkÄrtÄjo ierÄ«Äu Ä£enerÄtÄs informÄcijas apjoms sasniegs 175 zetabaitus (1 Zbaits = 1021 baits), un tas neskatoties uz to, ka 2019. gadÄ tas bija 45 Zbaiti, 2016. gadÄ - 16 Zbaiti, un vÄl 2006. gadÄ kopÄjais saražoto datu apjoms visÄ paredzamajÄ vÄsturÄ nepÄrsniedza 0,16 (!) Zbaitus. MÅ«sdienu tehnoloÄ£ijas palÄ«dz tikt galÄ ar informÄcijas sprÄdzienu, starp kurÄm uzlabotÄs datu ierakstÄ«Å”anas metodes nav pÄdÄjÄs.
LMR, PMR, CMR un TDMR: kÄda ir atŔķirÄ«ba?
Cieto disku darbÄ«bas princips ir diezgan vienkÄrÅ”s. PlÄnas metÄla plÄksnes, kas pÄrklÄtas ar feromagnÄtiska materiÄla slÄni (kristÄliska viela, kas var palikt magnetizÄta pat tad, ja nav ÄrÄja magnÄtiskÄ lauka temperatÅ«rÄ, kas zemÄka par KirÄ« punktu), pÄrvietojas attiecÄ«bÄ pret ierakstÄ«Å”anas galviÅu bloku lielÄ ÄtrumÄ (5400 apgr./min. vairÄk). Kad rakstÄ«Å”anas galviÅai tiek pievadÄ«ta elektriskÄ strÄva, rodas mainÄ«gs magnÄtiskais lauks, kas maina feromagnÄta domÄnu (matÄrijas diskrÄto reÄ£ionu) magnetizÄcijas vektora virzienu. Datu nolasÄ«Å”ana notiek vai nu elektromagnÄtiskÄs indukcijas fenomena dÄļ (domÄnu kustÄ«ba attiecÄ«bÄ pret sensoru izraisa tajÄ mainÄ«gas elektriskÄs strÄvas raÅ”anos), vai arÄ« milzu magnetorezistÄ«vÄ efekta dÄļ (sensora elektriskÄ pretestÄ«ba mainÄs zem sensora). magnÄtiskÄ lauka ietekme), kÄ tas ir ieviests mÅ«sdienu datu glabÄÅ”anas ierÄ«cÄs. Katrs domÄns kodÄ vienu informÄcijas bitu, Åemot loÄ£isko vÄrtÄ«bu "0" vai "1" atkarÄ«bÄ no magnetizÄcijas vektora virziena.
Ilgu laiku cietie diski izmantoja garenvirziena magnÄtiskÄs ierakstÄ«Å”anas (LMR) metodi, kurÄ domÄna magnetizÄcijas vektors atradÄs magnÄtiskÄs plÄksnes plaknÄ. Neraugoties uz relatÄ«vo ievieÅ”anas vieglumu, Å”ai tehnoloÄ£ijai bija bÅ«tisks trÅ«kums: lai pÄrvarÄtu koercivitÄti (magnÄtisko daļiÅu pÄreju uz viena domÄna stÄvokli), starp tÄm bija jÄatstÄj iespaidÄ«ga buferzona (tÄ sauktÄ aizsargtelpa). dziesmas. RezultÄtÄ maksimÄlais ierakstÄ«Å”anas blÄ«vums, kas tika sasniegts Ŕīs tehnoloÄ£ijas beigÄs, bija tikai 150 Gb/in2.
2010. gadÄ LMR gandrÄ«z pilnÄ«bÄ nomainÄ«ja PMR (Perpendicular Magnetic Recording ā perpendicular Magnetic Recording). GalvenÄ atŔķirÄ«ba starp Å”o tehnoloÄ£iju un garenisko magnÄtisko ierakstu ir tÄda, ka katra domÄna magnÄtiskÄs virzÄ«bas vektors atrodas 90Ā° leÅÄ·Ä« pret magnÄtiskÄs plÄksnes virsmu, kas ļÄva bÅ«tiski samazinÄt atstarpi starp sliežu ceļiem.
Pateicoties tam, ir ievÄrojami palielinÄts datu ierakstÄ«Å”anas blÄ«vums (lÄ«dz 1 Tbit / collas2 mÅ«sdienu ierÄ«cÄs), vienlaikus nezaudÄjot cieto disku Ätruma Ä«paŔības un uzticamÄ«bu. Å obrÄ«d tirgÅ« dominÄ perpendikulÄrais magnÄtiskais ieraksts, tÄpÄc to mÄdz dÄvÄt arÄ« par CMR (Conventional Magnetic Recording ā konvencionÄlais magnÄtiskais ieraksts). TajÄ paÅ”Ä laikÄ ir jÄsaprot, ka starp PMR un CMR nav absolÅ«ti nekÄdas atŔķirÄ«bas - Ŕī ir tikai cita nosaukuma versija.
AplÅ«kojot mÅ«sdienu cieto disku specifikÄcijas, jÅ«s varat saskarties arÄ« ar noslÄpumainu saÄ«sinÄjumu TDMR. Jo Ä«paÅ”i Å”o tehnoloÄ£iju izmanto uzÅÄmuma klases diskdziÅi
Cieto disku magnÄtisko galviÅu blokÄ, kas izveidots, izmantojot TDMR tehnoloÄ£iju, katrai ierakstÄ«Å”anas galviÅai ir divi nolasÄ«Å”anas sensori, kas vienlaikus nolasa datus no katra garÄm celiÅa. Å Ä« dublÄÅ”ana ļauj HDD kontrollerim efektÄ«vi filtrÄt elektromagnÄtiskos trokÅ”Åus, ko izraisa Intertrack Interference (ITI).
ProblÄmas risinÄÅ”ana ar ITI sniedz divas ÄrkÄrtÄ«gi svarÄ«gas priekÅ”rocÄ«bas:
- trokÅ”Åu faktora samazinÄÅ”ana ļauj palielinÄt ieraksta blÄ«vumu, samazinot attÄlumu starp celiÅiem, nodroÅ”inot kopÄjÄs kapacitÄtes pieaugumu lÄ«dz 10% salÄ«dzinÄjumÄ ar parasto PMR;
- ApvienojumÄ ar RVS tehnoloÄ£iju un trÄ«s pozÄ«ciju mikro izpildmehÄnismu, TDMR efektÄ«vi pretojas rotÄcijas vibrÄcijÄm, ko rada cietie diski, palÄ«dzot sasniegt nemainÄ«gu veiktspÄjas lÄ«meni pat visprasÄ«gÄkajÄ vidÄ.
Kas ir SMR un ar ko to Äd?
RakstÄ«Å”anas galviÅas izmÄri ir aptuveni 1,7 reizes lielÄki par lasÄ«Å”anas sensora izmÄriem. Å Äda iespaidÄ«ga atŔķirÄ«ba ir izskaidrojama pavisam vienkÄrÅ”i: ja ierakstÄ«Å”anas modulis tiks padarÄ«ts vÄl miniatÅ«rÄks, tÄ radÄ«tÄ magnÄtiskÄ lauka stiprums nebÅ«s pietiekams, lai magnetizÄtu feromagnÄtiskÄ slÄÅa domÄnus, kas nozÄ«mÄ, ka dati vienkÄrÅ”i netiks. jÄuzglabÄ. LasÄ«Å”anas sensora gadÄ«jumÄ Å”Ä« problÄma nerodas. TurklÄt tÄ miniaturizÄcija ļauj vÄl vairÄk samazinÄt iepriekÅ” minÄtÄ ITI ietekmi uz informÄcijas lasÄ«Å”anas procesu.
Å is fakts veidoja flīžu magnÄtiskÄ ieraksta (Shingled Magnetic Recording, SMR) pamatu. SapratÄ«sim, kÄ tas darbojas. Izmantojot tradicionÄlo PMR, rakstÄ«Å”anas galviÅa tiek nobÄ«dÄ«ta attiecÄ«bÄ pret katru iepriekÅ”Äjo celiÅu par attÄlumu, kas vienÄds ar tÄs platumu + aizsargtelpas (aizsardzÄ«bas telpas) platumu.
Izmantojot magnÄtiskÄ ieraksta dakstiÅu metodi, ierakstÄ«Å”anas galviÅa virzÄs uz priekÅ”u tikai daļu no tÄs platuma, tÄpÄc katrs iepriekÅ”Äjais celiÅÅ” tiek daļÄji pÄrrakstÄ«ts ar nÄkamo: magnÄtiskie celiÅi pÄrklÄjas viens ar otru kÄ jumta dakstiÅi. Å Ä« pieeja ļauj vÄl vairÄk palielinÄt ierakstÄ«Å”anas blÄ«vumu, nodroÅ”inot jaudas pieaugumu lÄ«dz 10%, vienlaikus neietekmÄjot nolasÄ«Å”anas procesu. PiemÄrs ir
Neskatoties uz tik ievÄrojamu priekÅ”rocÄ«bu, SMR ir acÄ«mredzams trÅ«kums. TÄ kÄ magnÄtiskie celiÅi pÄrklÄjas viens ar otru, atjauninot datus, magnÄtiskajÄ Å”Ä·Ä«vÄ« bÅ«s jÄpÄrraksta ne tikai nepiecieÅ”amais fragments, bet arÄ« visi nÄkamie celiÅi, kuru apjoms var pÄrsniegt 2 terabaitus, kas ir pilns ar nopietnu kritumu. izpildÄ«jumÄ.
Noteikta skaita celiÅu apvienoÅ”ana atseviŔķÄs grupÄs, ko sauc par zonÄm, palÄ«dz atrisinÄt Å”o problÄmu. Lai gan Å”Äda pieeja datu glabÄÅ”anai nedaudz samazina kopÄjo HDD ietilpÄ«bu (jo ir jÄsaglabÄ pietiekami daudz atstarpes starp zonÄm, lai novÄrstu blakus grupu ierakstu pÄrrakstÄ«Å”anu), tas var ievÄrojami paÄtrinÄt datu atjauninÄÅ”anas procesu, jo tagad tikai ierobežots celiÅu skaits tajÄ piedalÄ«ties.
Flīžu magnÄtiskÄ ierakstÄ«Å”ana ietver vairÄkas ievieÅ”anas iespÄjas:
- Diska pÄrvaldÄ«ts SMR (Drive Managed SMR)
TÄs galvenÄ priekÅ”rocÄ«ba ir tÄ, ka nav nepiecieÅ”ams modificÄt resursdatora programmatÅ«ru un/vai aparatÅ«ru, jo HDD kontrolleris pÄrÅem datu ierakstÄ«Å”anas procedÅ«ras kontroli. Å Ädus diskus var pieslÄgt jebkurai sistÄmai, kurai ir nepiecieÅ”amais interfeiss (SATA vai SAS), pÄc kura disks bÅ«s uzreiz gatavs lietoÅ”anai.
Å Ä«s pieejas trÅ«kums ir veiktspÄjas mainÄ«gums, kas padara Drive Managed SMR nepiemÄrotu uzÅÄmuma lietojumprogrammÄm, kur sistÄmas veiktspÄjas konsekvence ir kritiska. TomÄr Å”Ädi diski darbojas labi scenÄrijos, kas nodroÅ”ina pietiekamu laiku fona datu defragmentÄÅ”anas pabeigÅ”anai. TÄ, piemÄram, DMSMR diskdziÅi
- Host Managed SMR (Host Managed SMR)
Host Managed SMR ir vispiemÄrotÄkÄ flÄ«zes ievieÅ”ana uzÅÄmuma lietoÅ”anai. Å ajÄ gadÄ«jumÄ resursdatora sistÄma pati ir atbildÄ«ga par datu plÅ«smu pÄrvaldÄ«bu un lasÄ«Å”anas/rakstÄ«Å”anas operÄcijÄm, Å”im nolÅ«kam izmantojot ATA (Zoned Device ATA Command Set, ZAC) un SCSI (Zoned Block Commands, ZBC) saskarÅu paplaÅ”inÄjumus, ko izstrÄdÄjusi kompÄnija. INCITS T10 un T13 komitejas.
Izmantojot HMSMR, visa pieejamÄ krÄtuves ietilpÄ«ba tiek sadalÄ«ta divu veidu zonÄs: parastÄs zonas (parastÄs zonas), kuras tiek izmantotas metadatu un patvaļīgas ierakstÄ«Å”anas glabÄÅ”anai (patiesÄ«bÄ tÄs spÄlÄ keÅ”atmiÅas lomu), un secÄ«gÄs rakstÄ«Å”anas zonas. (secÄ«gÄs rakstÄ«Å”anas zonas), kas aizÅem lielu daļu no kopÄjÄs cietÄ diska ietilpÄ«bas, kurÄs dati tiek ierakstÄ«ti stingri secÄ«gi. NesakÄrtoti dati tiek glabÄti keÅ”atmiÅas apgabalÄ, no kurienes tos pÄc tam var pÄrsÅ«tÄ«t uz atbilstoÅ”o secÄ«gÄs rakstÄ«Å”anas zonu. SakarÄ ar to visi fiziskie sektori tiek rakstÄ«ti secÄ«gi radiÄlÄ virzienÄ un tiek pÄrrakstÄ«ti tikai pÄc aptÄ«Å”anas, kas ļauj sasniegt stabilu un paredzamu sistÄmas darbÄ«bu. TajÄ paÅ”Ä laikÄ HMSMR diskdziÅi atbalsta nejauÅ”as lasÄ«Å”anas komandas, kas ir lÄ«dzÄ«gas diskdziÅiem, kas izmanto standarta PMR.
Host Managed SMR, kas ieviests uzÅÄmuma klases cietajos diskos
LÄ«nijÄ ir iekļauti lielas ietilpÄ«bas SATA un SAS diskdziÅi, kas paredzÄti izmantoÅ”anai hipermÄroga datu centros. Host Managed SMR atbalsts ievÄrojami paplaÅ”ina Å”Ädu cieto disku darbÄ«bas jomu: papildus rezerves sistÄmÄm tie ir lieliski piemÄroti mÄkoÅkrÄtuvei, CDN vai straumÄÅ”anas platformÄm. Cieto disku lielÄ ietilpÄ«ba ļauj ievÄrojami palielinÄt uzglabÄÅ”anas blÄ«vumu (vienos paÅ”os plauktos) ar minimÄlÄm jauninÄÅ”anas izmaksÄm un zemu enerÄ£ijas patÄriÅu (mazÄk nekÄ 0,29 vati uz terabaitu saglabÄtÄs informÄcijas) un siltuma izkliedi (vidÄji par 5 Ā° C zemÄks nekÄ analogi) ā vÄl vairÄk samazina datu centra uzturÄÅ”anas izmaksas.
VienÄ«gais HMSMR trÅ«kums ir salÄ«dzinoÅ”Ä ievieÅ”anas sarežģītÄ«ba. Lieta tÄda, ka mÅ«sdienÄs ar Å”Ädiem diskdziÅiem no kastes nevar strÄdÄt neviena operÄtÄjsistÄma vai lietojumprogramma, tÄpÄc IT infrastruktÅ«ras pielÄgoÅ”anai nepiecieÅ”amas lielas izmaiÅas programmatÅ«ras stekÄ. PirmkÄrt, tas, protams, attiecas uz paÅ”u OS, kas mÅ«sdienu datu centru apstÄkļos, kuros izmanto daudzkodolu un daudzligzdu serverus, ir diezgan nenozÄ«mÄ«gs uzdevums. Varat uzzinÄt vairÄk par resursdatora pÄrvaldÄ«tÄ SMR atbalsta ievieÅ”anas iespÄjÄm specializÄtÄ resursÄ.
- Host Aware SMR (SMR atbalsta saimniekdators)
Host Aware SMR iespÄjotÄs ierÄ«ces apvieno Drive Managed SMR ÄrtÄ«bas un elastÄ«bu ar Host Managed SMR Ätro ierakstÄ«Å”anas Ätrumu. Å Ädi diskdziÅi ir atpakaļsaderÄ«gi ar mantotajÄm uzglabÄÅ”anas sistÄmÄm un var darboties bez tieÅ”as vadÄ«bas no resursdatora, taÄu Å”ajÄ gadÄ«jumÄ, tÄpat kÄ ar DMSMR diskdziÅiem, to veiktspÄja kļūst neparedzama.
TÄpat kÄ Host Managed SMR, Host Aware SMR izmanto divu veidu zonas: parastÄs zonas nejauÅ”ai rakstÄ«Å”anai un Sequential Write Preferred Zones (zonas, kas ieteicamas secÄ«gai ierakstÄ«Å”anai). PÄdÄjÄs, atŔķirÄ«bÄ no iepriekÅ” minÄtajÄm secÄ«gÄs rakstÄ«Å”anas obligÄtajÄm zonÄm, tiek automÄtiski pÄrceltas uz parasto kategoriju, ja tÄs sÄk rakstÄ«t datus nesakÄrtotÄ veidÄ.
SMR resursdatora ievieÅ”ana nodroÅ”ina iekÅ”Äjos mehÄnismus, lai atgÅ«tu no nekonsekventiem rakstiem. NejauÅ”i dati tiek ierakstÄ«ti keÅ”atmiÅas zonÄ, no kuras disks var pÄrsÅ«tÄ«t informÄciju uz secÄ«gÄs rakstÄ«Å”anas zonu pÄc visu nepiecieÅ”amo bloku saÅemÅ”anas. Disks izmanto netieÅ”o tabulu, lai pÄrvaldÄ«tu secÄ«bas rakstÄ«Å”anu un fona defragmentÄÅ”anu. TomÄr, ja uzÅÄmuma lietojumprogrammÄm ir nepiecieÅ”ama paredzama un optimizÄta veiktspÄja, to joprojÄm var sasniegt tikai tad, ja resursdators pilnÄ«bÄ pÄrÅem visas datu plÅ«smas un rakstÄ«Å”anas zonas.
Avots: www.habr.com