Hard disku i parë në botë, IBM RAMAC 305, i cili u lëshua në vitin 1956, përmbante vetëm 5 MB të dhëna dhe peshonte 970 kg dhe ishte i krahasueshëm në madhësi me një frigorifer industrial. Anijet moderne të korporatave mund të mburren me një kapacitet prej 20 TB. Vetëm imagjinoni: 64 vjet më parë, për të regjistruar këtë sasi informacioni, do të duheshin më shumë se 4 milionë RAMAC 305, dhe madhësia e qendrës së të dhënave të nevojshme për t'i akomoduar ato, do të kishte kaluar 9 kilometra katrorë, ndërsa sot një i vogël kuti me peshë rreth 700 gram! Në shumë mënyra, kjo rritje e pabesueshme e densitetit të ruajtjes është arritur falë përmirësimit të metodave të regjistrimit magnetik.
Është e vështirë të besohet, por në thelb dizajni i disqeve të ngurtë nuk ka ndryshuar për gati 40 vjet, që nga viti 1983: ishte atëherë që pa dritë hard disku i parë 3,5 inç RO351, i zhvilluar nga kompania skoceze Rodime. Ky foshnjë mori dy pllaka magnetike me nga 10 MB secila, domethënë ishte në gjendje të mbante dy herë më shumë të dhëna sesa ST-412 i përditësuar 5,25 inç, i lëshuar nga Seagate në të njëjtin vit për kompjuterët personalë IBM 5160.
Rodime RO351 - hard disku i parë 3,5 inç në botë
Megjithë inovacionin dhe madhësinë kompakte, në kohën e lëshimit të RO351, pothuajse askush nuk kishte nevojë për të, dhe të gjitha përpjekjet e mëtejshme të Rodime për të fituar një terren në tregun e hard disqeve dështuan, kjo është arsyeja pse kompania u detyrua të ndërpresë operacionet në vitin 1991, duke shitur pothuajse të gjitha asetet ekzistuese dhe duke ulur gjendjen në minimum. Sidoqoftë, Rodime nuk ishte e destinuar të falimentonte: së shpejti prodhuesit më të mëdhenj të hard diskeve filluan t'i drejtoheshin asaj, duke dashur të merrnin një licencë për të përdorur faktorin e formës të patentuar nga skocezët. 3,5" është tani standardi i industrisë për HDD-të e konsumatorit dhe të ndërmarrjeve.
Me ardhjen e rrjeteve nervore, Deep Learning dhe Internet of Things (IoT), vëllimi i të dhënave të krijuara nga njerëzimi ka filluar të rritet si një ortek. Sipas vlerësimeve të agjencisë analitike IDC, deri në vitin 2025 sasia e informacionit të gjeneruar nga vetë njerëzit dhe pajisjet përreth nesh do të arrijë në 175 zetabajt (1 Zbyte = 1021 bajt), dhe kjo pavarësisht se në vitin 2019 ishte 45. Zbytes, në 2016 - 16 Zbytes, dhe përsëri në 2006, sasia totale e të dhënave të prodhuara në të gjithë historinë e parashikueshme nuk i kalonte 0,16 (!) Zbytes. Teknologjitë moderne ndihmojnë për të përballuar shpërthimin e informacionit, ndër të cilat metodat e përmirësuara të regjistrimit të të dhënave nuk janë të fundit.
LMR, PMR, CMR dhe TDMR: cili është ndryshimi?
Parimi i funksionimit të disqeve të ngurtë është mjaft i thjeshtë. Pllakat e holla metalike të veshura me një shtresë materiali ferromagnetik (një substancë kristalore që mund të mbetet e magnetizuar edhe në mungesë të një fushe magnetike të jashtme në një temperaturë nën pikën Curie) lëvizin në lidhje me bllokun e kokave të regjistrimit me shpejtësi të lartë (5400 rpm ose më shumë). Kur një rrymë elektrike aplikohet në kokën e shkrimit, lind një fushë magnetike alternative, e cila ndryshon drejtimin e vektorit të magnetizimit të domeneve (rajoneve diskrete të materies) të ferromagnetit. Leximi i të dhënave ndodh ose për shkak të fenomenit të induksionit elektromagnetik (lëvizja e domeneve në lidhje me sensorin shkakton shfaqjen e një rryme elektrike alternative në këtë të fundit), ose për shkak të efektit gjigant magnetorezistues (rezistenca elektrike e sensorit ndryshon nën ndikimi i një fushe magnetike), siç zbatohet në pajisjet moderne të ruajtjes. Çdo domen kodon një bit informacioni, duke marrë vlerën logjike "0" ose "1" në varësi të drejtimit të vektorit të magnetizimit.
Për një kohë të gjatë, disqet e ngurtë përdorën metodën e regjistrimit magnetik gjatësor (LMR), në të cilën vektori i magnetizimit të domenit shtrihej në rrafshin e pjatës magnetike. Megjithë lehtësinë relative të zbatimit, kjo teknologji kishte një pengesë domethënëse: për të kapërcyer shtrëngimin (kalimi i grimcave magnetike në një gjendje me një domen të vetëm), një zonë mbresëlënëse tampon (e ashtuquajtura hapësirë roje) duhej të lihej midis gjurmët. Si rezultat, dendësia maksimale e regjistrimit që u arrit në fund të kësaj teknologjie ishte vetëm 150 Gb/in2.
Në vitin 2010, LMR u zëvendësua pothuajse plotësisht nga PMR (Perpendicular Magnetic Recording - pingul magnetic recording). Dallimi kryesor i kësaj teknologjie nga regjistrimi magnetik gjatësor është se vektori i drejtimit magnetik të çdo domeni ndodhet në një kënd prej 90 ° në sipërfaqen e pllakës magnetike, gjë që bëri të mundur reduktimin e ndjeshëm të hendekut midis gjurmëve.
Për shkak të kësaj, densiteti i regjistrimit të të dhënave është rritur ndjeshëm (deri në 1 Tbit / inç2 në pajisjet moderne), duke mos sakrifikuar karakteristikat e shpejtësisë dhe besueshmërinë e disqeve të ngurtë. Aktualisht, regjistrimi magnetik pingul është mbizotërues në treg, për këtë arsye shpesh quhet edhe CMR (Conventional Magnetic Recording - konvencional magnetik regjistrim). Në të njëjtën kohë, duhet kuptuar se nuk ka absolutisht asnjë ndryshim midis PMR dhe CMR - ky është vetëm një version i ndryshëm i emrit.
Kur shikoni specifikimet e disqeve moderne të ngurtë, mund të hasni edhe në shkurtesën e fshehtë TDMR. Në veçanti, kjo teknologji përdoret nga disqet e klasës së ndërmarrjes . Nga pikëpamja e fizikës, TDMR (që nënkupton regjistrimin magnetik dy dimensional - regjistrim magnetik dydimensional) nuk ndryshon nga PMR-ja e zakonshme: si më parë, kemi të bëjmë me pista jo të kryqëzuara, domene në të cilat janë të orientuara pingul. në rrafshin e pllakave magnetike. Dallimi midis teknologjive qëndron në qasjen ndaj leximit të informacionit.
Në bllokun e kokave magnetike të disqeve të ngurtë të krijuar duke përdorur teknologjinë TDMR, secila kokë regjistrimi ka dy sensorë leximi që lexojnë njëkohësisht të dhënat nga çdo pjesë e kaluar. Kjo tepricë lejon që kontrolluesi i HDD të filtrojë në mënyrë efektive zhurmën elektromagnetike të shkaktuar nga Ndërhyrja Intertrack (ITI).
Zgjidhja e problemit me ITI ofron dy përfitime jashtëzakonisht të rëndësishme:
- ulja e faktorit të zhurmës lejon rritjen e densitetit të regjistrimit duke zvogëluar distancën midis gjurmëve, duke siguruar një fitim në kapacitetin total deri në 10% në krahasim me PMR konvencionale;
- I kombinuar me teknologjinë RVS dhe një mikro-aktivizues me tre pozicione, TDMR i reziston efektivisht dridhjeve rrotulluese të shkaktuara nga disqet e ngurtë, duke ndihmuar në arritjen e niveleve të qëndrueshme të performancës edhe në mjediset më të kërkuara.
Çfarë është SMR dhe me çfarë hahet?
Dimensionet e kokës së shkrimit janë rreth 1,7 herë më të mëdha se dimensionet e sensorit të leximit. Një ndryshim kaq mbresëlënës shpjegohet mjaft thjesht: nëse moduli i regjistrimit bëhet edhe më në miniaturë, forca e fushës magnetike që mund të gjenerojë nuk do të jetë e mjaftueshme për të magnetizuar domenet e shtresës ferromagnetike, që do të thotë se të dhënat thjesht nuk do të të ruhen. Në rastin e një sensori leximi, ky problem nuk lind. Për më tepër, miniaturizimi i tij bën të mundur reduktimin e mëtejshëm të ndikimit të ITI të përmendur më sipër në procesin e leximit të informacionit.
Ky fakt formoi bazën e regjistrimit magnetik me pllaka (Shingled Magnetic Recording, SMR). Le të kuptojmë se si funksionon. Kur përdorni PMR tradicionale, koka e shkrimit lëviz në lidhje me çdo gjurmë të mëparshme me një distancë të barabartë me gjerësinë e saj + gjerësinë e hapësirës mbrojtëse (hapësira mbrojtëse).
Kur përdorni metodën e regjistrimit magnetik me pllaka, koka e regjistrimit lëviz përpara vetëm një pjesë të gjerësisë së saj, kështu që çdo pjesë e mëparshme mbishkruhet pjesërisht nga tjetra: gjurmët magnetike mbivendosen njëra me tjetrën si pllakat e çatisë. Kjo qasje bën të mundur rritjen e mëtejshme të densitetit të regjistrimit, duke siguruar një rritje të kapacitetit deri në 10%, duke mos ndikuar në procesin e leximit. Një shembull është — Disqet e parë në botë 3.5 inç 20 TB me ndërfaqe SATA/SAS, shfaqja e të cilave u bë e mundur falë teknologjisë së re të regjistrimit magnetik. Kështu, kalimi në disqe SMR ju lejon të rritni densitetin e ruajtjes së të dhënave në të njëjtat rafte me kosto minimale për përmirësimin e infrastrukturës së IT.
Pavarësisht nga një avantazh kaq i rëndësishëm, SMR ka një disavantazh të dukshëm. Meqenëse gjurmët magnetike mbivendosen me njëra-tjetrën, gjatë azhurnimit të të dhënave, do të jetë e nevojshme të rishkruhet jo vetëm fragmenti i kërkuar, por edhe të gjitha gjurmët pasuese brenda pjatës magnetike, vëllimi i të cilave mund të kalojë 2 terabajt, gjë që është e mbushur me një rënie serioze. në performancë.
Kombinimi i një numri të caktuar gjurmësh në grupe të veçanta të quajtura zona ndihmon për të zgjidhur këtë problem. Megjithëse kjo qasje për ruajtjen e të dhënave redukton disi kapacitetin e përgjithshëm të HDD-së (pasi duhet të mbahen boshllëqe të mjaftueshme midis zonave për të parandaluar mbishkrimin e gjurmëve nga grupet fqinje), kjo mund të përshpejtojë ndjeshëm procesin e përditësimit të të dhënave, pasi tani vetëm një numër i kufizuar gjurmësh marrin pjesë në të.
Regjistrimi magnetik me pllaka përfshin disa opsione zbatimi:
- SMR e menaxhuar me Drive (SMR e menaxhuar me diskun)
Avantazhi i tij kryesor është se nuk ka nevojë të modifikohet softueri dhe/ose hardueri i hostit, pasi kontrolluesi i HDD merr përsipër kontrollin e procedurës së regjistrimit të të dhënave. Disqet e tillë mund të lidhen me çdo sistem që ka ndërfaqen e kërkuar (SATA ose SAS), pas së cilës disku do të jetë menjëherë gati për përdorim.
Disavantazhi i kësaj qasjeje është ndryshueshmëria e performancës, gjë që e bën SMR të menaxhuar me Drive të papërshtatshëm për aplikacionet e ndërmarrjeve ku qëndrueshmëria e performancës së sistemit është kritike. Sidoqoftë, disqe të tillë funksionojnë mirë në skenarë që lejojnë kohë të mjaftueshme për të përfunduar defragmentimin e të dhënave në sfond. Kështu, për shembull, disqet DMSMR I optimizuar për përdorim në NAS të vogla me 8 gji, është një zgjedhje e shkëlqyer për një sistem arkivimi ose rezervë që kërkon ruajtje afatgjatë të rezervës.
- SMR e menaxhuar nga hosti (SMR e menaxhuar nga hosti)
Host Managed SMR është implementimi më i preferuar i pllakës për përdorim në ndërmarrje. Në këtë rast, vetë sistemi pritës është përgjegjës për menaxhimin e rrjedhave të të dhënave dhe operacionet e leximit/shkrimit, duke përdorur për këto qëllime zgjerimet e ndërfaqeve ATA (Zoned Device ATA Command Set, ZAC) dhe SCSI (Zoned Block Commands, ZBC) të zhvilluara nga komitetet INCITS T10 dhe T13 .
Kur përdorni HMSMR, i gjithë kapaciteti i disponueshëm i ruajtjes ndahet në dy lloje zonash: Zonat konvencionale (zona të rregullta), të cilat përdoren për të ruajtur metadata dhe regjistrime arbitrare (në fakt, luajnë rolin e një cache) dhe Zonat e kërkuara të shkrimit të njëpasnjëshëm. (zonat sekuenciale të shkrimit), të cilat zënë një pjesë të madhe të kapacitetit të përgjithshëm të hard diskut, në të cilin të dhënat regjistrohen në mënyrë strikte në mënyrë sekuenciale. Të dhënat e pa renditura ruhen në zonën e memories së memories, prej nga mund të transferohen në zonën përkatëse sekuenciale të shkrimit. Për shkak të kësaj, të gjithë sektorët fizikë shkruhen në mënyrë sekuenciale në drejtimin radial dhe mbishkruhen vetëm pas një mbështjelljeje, e cila ju lejon të arrini performancë të qëndrueshme dhe të parashikueshme të sistemit. Në të njëjtën kohë, disqet HMSMR mbështesin komandat e leximit të rastësishëm të ngjashëm me disqet që përdorin PMR standarde.
Host Managed SMR i implementuar në hard disqet e klasës së ndërmarrjes .
Linja përfshin disqet SATA dhe SAS me kapacitet të lartë të krijuar për t'u përdorur në qendrat e të dhënave në shkallë të lartë. Mbështetja për Host Managed SMR zgjeron ndjeshëm fushën e disqeve të tilla të ngurta: përveç sistemeve rezervë, ato janë perfekte për ruajtjen e cloud, CDN ose platformat e transmetimit. Kapaciteti i lartë i disqeve të ngurtë ju lejon të rritni ndjeshëm densitetin e ruajtjes (në të njëjtat rafte) me kosto minimale të azhurnimit dhe konsum të ulët të energjisë (më pak se 0,29 vat për terabajt të informacionit të ruajtur) dhe shpërndarje të nxehtësisë (mesatarisht 5 ° C më pak se analoge) — zvogëloni më tej kostot operative të mirëmbajtjes së qendrës së të dhënave.
Disavantazhi i vetëm i HMSMR është kompleksiteti krahasues i zbatimit. Puna është se sot asnjë sistem operativ ose aplikacion i vetëm nuk mund të punojë me disqe të tillë jashtë kutisë, prandaj kërkohen ndryshime të mëdha në grumbullin e softuerit për të përshtatur infrastrukturën e IT. Para së gjithash, kjo ka të bëjë, natyrisht, me vetë OS, i cili në kushtet e qendrave moderne të të dhënave që përdorin serverë me shumë bërthama dhe me shumë fole është një detyrë mjaft jo e parëndësishme. Mund të mësoni më shumë rreth opsioneve për zbatimin e mbështetjes për SMR të menaxhuar me host në një burim të specializuar. kushtuar çështjeve të ruajtjes zonale të të dhënave. Informacioni i mbledhur këtu do t'ju ndihmojë të vlerësoni paraprakisht gatishmërinë e infrastrukturës suaj të IT për kalimin në sistemet e ruajtjes së zonave.
- Host Aware SMR (SMR i mbështetur nga hosti)
Pajisjet e aktivizuara me Host Aware SMR kombinojnë komoditetin dhe fleksibilitetin e SMR të menaxhuar nga Drive me shpejtësinë e shpejtë të regjistrimit të SMR të menaxhuar me host. Disqet e tillë janë të pajtueshëm me sistemet e ruajtjes së vjetër dhe mund të funksionojnë pa kontroll të drejtpërdrejtë nga hosti, por në këtë rast, si me disqet DMSMR, performanca e tyre bëhet e paparashikueshme.
Ashtu si SMR e menaxhuar nga hosti, SMR i vetëdijshëm për hostin përdor dy lloje zonash: Zonat konvencionale për shkrime të rastësishme dhe Zonat e preferuara të shkrimit të njëpasnjëshëm (zonat e preferuara për regjistrimin vijues). Këto të fundit, në ndryshim nga zonat e kërkuara të shkrimit të njëpasnjëshëm të përmendura më sipër, transferohen automatikisht në kategorinë e atyre të zakonshme nëse fillojnë të shkruajnë të dhëna në mënyrë të parregullt.
Zbatimi i ndërgjegjshëm i hostit i SMR ofron mekanizma të brendshëm për t'u rikuperuar nga shkrimet e paqëndrueshme. Të dhënat e rastësishme shkruhen në zonën e memories, nga ku disku mund të transferojë informacion në zonën e shkrimit sekuencial pasi të jenë marrë të gjitha blloqet e nevojshme. Disku përdor një tabelë indirekte për të menaxhuar shkrimet e renditura dhe defragmentimin e sfondit. Megjithatë, nëse kërkohet një performancë e parashikueshme dhe e optimizuar për aplikacionet e ndërmarrjeve, kjo mund të arrihet vetëm kur hosti merr kontrollin e plotë të të gjitha flukseve të të dhënave dhe zonave të shkrimit.
Burimi: www.habr.com