Disku i parë në botë, IBM RAMAC 305, i lancuar në vitin 1956, kishte kapacitet prej vetëm 5 MB, peshonte 970 kg dhe kishte përmasa krahasuese me një frigorifer industrial. Sot, liderët e korporatave mund të mburren me kapacitet deri në 20 TB. Mendojini: 64 vjet më parë, për të ruajtur një sasi të tillë informacioni, do të nevojiteshin më shumë se 4 milion RAMAC 305, dhe sipërfaqja e qendrës së të dhënave të nevojshme për t'i akomoduar ata do të kalonte 9 kilometra katrorë, ndërsa sot për këtë do të mjaftonte një kuti e vogël me peshë rreth 700 gram! Pjesërisht, kjo rritje e jashtëzakonshme në densitetin e ruajtjes është arritur përmes përmirësimit të metodave të regjistrimit magnetik.
Është e vështirë të besosh, por koncepti bazë i disqeve të forta nuk ka ndryshuar për gati 40 vjet, duke filluar nga viti 1983: pikërisht atëherë erdhi në jetë disku i parë 3.5-inç RO351, i zhvilluar nga kompania skoceze Rodime. Ky vogëlush kishte dy pllaka magnetike me nga 10 MB secila, domethënë ishte në gjendje të ruante dyfishin e të dhënave në krahasim me ST-412 të përditësuar, i cili ishte 5.25-inç, i lëshuar nga Seagate në të njëjtin vit për kompjuterët personalë IBM 5160.
Rodime RO351 — disku i parë në botë 3.5-inç
Megjithëse ishte inovativ dhe kompakt, në momentin e lançimit RO351 doli të ishte praktikisht i panevojshëm, dhe të gjitha përpjekjet e mëtejshme të Rodime për t'u vendosur në tregun e hard disqeve dështuan, çka e detyroi kompaninë të ndalonte aktivitetin e saj në vitin 1991, duke shitur pothuajse të gjitha asetet dhe duke e zvogëluar stafin deri në minimum. Megjithatë, Rodime nuk u fatkeqësua për t'u deklaruar në falimentim: shumë shpejt, filluan të kërkonin licencën për të përdorur formati të patentuar nga skocezët prodhuesit më të mëdhenj të hard disqeve. Aktualisht, 3.5 inç është standardi i pranuar për prodhimin e HDD-ve dhe ruajtësve të klasës korporative.
Me ndodhin avancimet në rrjetin nervor, Deep Learning dhe Internetin e Dingeve (IoT), sasia e të dhënave të krijuara nga njerëzimi ka filluar të rritet në mënyrë eksponenciale. Sipas vlerësimeve të agjencisë analitike IDC, deri në vitin 2025 sasia e informacionit të gjeneruar si nga njerëzit ashtu edhe nga pajisjet rreth nesh do të arrijë 175 zettabajt (1 ZB = 10^21 byte), ndërkohë që në vitin 2019 kjo ishte 45 ZB, në vitin 2016 – 16 ZB, dhe në vitin 2006, sasia totale e të dhënave të prodhuara për të gjithë historinë e njohur nuk e kalonte 0,16 (!) ZB. Teknologjitë e avancuara, duke përfshirë metodat e përmirësuara të regjistrimit të të dhënave, ndihmojnë për të përballuar këtë shpërthim informacioni.
LMR, PMR, CMR dhe TDMR: çfarë e dallon?
Principi i funksionimit të disqeve të fortë është mjaft i thjeshtë. Plakat e holla metalike, të mbuluara me një shtresë materiale ferromagnetike (një substancë kristalike që mund të ruajë magnetizimin edhe në mungesë të fushës magnetike të jashtme në temperatura më të ulta se pika Curie) lëvizin në lidhje me bllokun e kokave të shkrimit me një shpejtësi të madhe (5400 rrotullime në minutë ose më shumë). Kur aplikohet një rrymë elektrike në kokën e shkrimit, krijohet një fushë magnetike e alternuar, e cila ndryshon drejtimin e vektorit të magnetizimit të domainëve (zona diskrete të substancës) të ferromagnetit. Leximi i të dhënave ndodh ose përmes fenomenit të induksionit elektromagnetik (lëvizja e domainëve në lidhje me sensorin shkakton krijimin e një rryme elektrike të alternuar në këtë të fundit), ose përmes efektit gjigand magnetorrezistiv (në ndikimin e fushës magnetike, ndryshohet qëndrushmëria elektrike e sensorit), siç realizohet në ruajtësit modernë. Çdo domain 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 forta përdornin metodën e regjistrimit magnetik longitudinal (Longitudinal Magnetic Recording, LMR), ku vektori i magnetizmit të domainëve kishte një plan në sipërfaqen e pllakës magnetike. Megjithëse kjo teknologji ishte relativisht e thjeshtë për t'u zbatuar, ajo kishte një disavantazh të rëndësishëm: për të luftuar koercivitetin (kalimi i grimcave magnetike në një gjendje një-domaini), duhej të mbeteshin zona të konsiderueshme buffer (të ashtuquajturat guard space — hapësira mbrojtëse) midis shenjave. Si pasojë, densiteti maksimal i regjistrimit që u arrit në fund të kësaj teknologjie ishte vetëm 150 Gbit/dërrasë².
Në vitin 2010, LMR u zëvendësua praktikisht plotësisht nga PMR (Perpendicular Magnetic Recording — regjistrimi magnetik perpendicular). Dallimi kryesor i kësaj teknologjie nga regjistrimi magnetik longitudinal është se vektori i orientimit magnetik të çdo domaini është në një kënd prej 90° me sipërfaqen e pllakës magnetike, e cila lejon një reduktim të konsiderueshëm të intervaleve midis shenjave.
Kështu, densiteti i regjistrimit të të dhënave është rritur ndjeshëm (deri në 1 Tbit/dm² në pajisjet moderne), pa kompromise në karakteristikat e shpejtësisë dhe besueshmërisë së diskëve të fortë. Aktualisht, regjistrimi magnetik periferik është dominues në treg, ndaj shpesh quhet edhe CMR (Conventional Magnetic Recording — regjistrimi magnetik konvencional). Duhet kuptuar se nuk ka asnjë ndryshim real midis PMR dhe CMR — është thjesht një variant tjetër emri.
Duke studiuar specifikat teknike të disqeve të fortë modernë, mund të hasni në abbreviaturën misterioze TDMR. Konkrëtësisht, kjo teknologji përdoret nga ruajtësit e klasës korporative. . Nga pikëpamja fizike, TDMR (që do të thotë Two Dimensional Magnetic Recording — regjistrimi magnetik dy dimensional) nuk ndryshon nga PMR që njohim: si më parë, kemi të bëjmë me pista që nuk përputhen, me domenet që orientohen perpendikular ndaj planeve magnetike. Dallimi midis teknologjive qëndron në qasjen ndaj leximit të të dhënave.
Në bllokun e kokave magnetike të hard diskëve, të krijuar me teknologjinë TDMR, për çdo kokë shkrimi ka dy sensorë lexues, të cilët kryejnë leximin e dhënave nga çdo gjurmë të kaluar njëkohësisht. Kjo tepërsi i mundëson kontrollorit HDD të filtrojë në mënyrë efektive zhurmat elektromagnetike, të cilat shkaktohen nga ndërhyrja ndërmjet gjurmëve (Intertrack Interference, ITI).
Zgjidhja e problemit me ITI ofron dy përfitime tepër të rëndësishme:
- reduktimi i koeficientit të interferencës lejon rritjen e densitetit të regjistrimit përmes zvogëlimit të distancës midis gjurmëve, duke siguruar një përfitim në kapacitetin e përgjithshëm deri në 10% krahasuar me PMR të zakonshëm;
- në përputhje me teknologjinë RVS dhe mikroaktorin me tre pozita, TDMR mundëson përballjen efektive me vibracionin rotativ, të shkaktuar nga puna e hard diskëve, çka ndihmon në arritjen e një niveli të qëndrueshëm të performancës edhe në kushtet më të vështira të punës.
Çfarë është SMR dhe me çfarë merret?
Dimensionet e kokës së shkrimit janë rreth 1.7 herë më të mëdha krahasuar me dimensionet e sensorit lexues. Kjo diferencë e konsiderueshme shpjegohet mjaft thjeshtë: nëse moduli shkrues do të bëhej edhe më fisnik, forcat e fushës magnetike që ai do të ishte në gjendje të gjeneronte do të ishin të pamjaftueshme për magnetizimin e domaineve të shtresës ferromagnetike, dhe si rezultat, të dhënat thjesht nuk do të ruhej. Në rastin e sensorit lexues, një problem i tillë nuk lind. Më tepër, miniaturizimi i tij lejon të zvogëlohet edhe më tej ndikimi i përmendur më parë të ITI në procesin e leximit të informacionit.
Ky fakt është thelbësor për regjistrimin magnetik të pllakave (Shingled Magnetic Recording, SMR). Le të kuptojmë si funksionon. Kur përdoret PMR tradicional, koka e shkrimit lëviz në krahasim me çdo shteg të mëparshëm në një distancë të barabartë me gjerësinë e saj + gjerësinë e hapësirës mbrojtëse (guard space).
Duke përdorimit të metodës së regjistrimit me pllaka, kokë shkruese zhvendoset përpara vetëm në një pjesë të gjerësisë së saj, kështu që çdo gjurmë e mëparshme përfundon duke u regjistruar pjesalisht nga e ardhmja: gjurmët magnetike mbivendosen si pllakat e çatisë. Ky qasje lejon një rritje të densitetit të regjistrimit, duke siguruar një fitim të kapacitetit deri në 10%, pa ndikuar procesin e leximit. Si shembull mund të përmendim — disqet e para në botë 3.5-inch me kapacitet prej 20 TB me interface SATA/SAS, shfaqja e të cilave u bë e mundur pikërisht falë teknologjisë së re të regjistrimit magnetik. Kësisoj, kalimi në disqe SMR lejon rritjen e densitetit të ruajtjes së të dhënave në të njëjtat raftë me investime minimale për modernizimin e Infrastrukturës IT.
Megjithëse ka një avantazh të tillë të rëndësishëm, SMR ka edhe një disavantazh të dukshëm. Duke qenë se shtresat magnetike mbivendosen, gjatë përditësimit të të dhënave, kërkohet që të shkenkohen jo vetëm fragmenti i kërkuar, por edhe të gjitha pistat pas tij brenda pllakës magnetike, e cila mund të kalojë 2 terabajt, gjë që e rrezikon ndjeshëm performancën.
Zgjidhja e kësaj problemi ndihmohet nga grumbullimi i një numri të caktuar pistash në grupe të veçanta, të quajtura zona. Edhe pse ky qasje në organizimin e ruajtjes së të dhënave paksa e ul kapacitetin total të HDD (pavarësisht se midis zonave duhet të mbahen hapësira mjaft të mëdha, për të parandaluar rishkërkimin e pistave nga grupet fqinjë), kjo ndihmon për të përshpejtuar ndjeshëm procesin e përditësimit, pasi tani përfshihen vetëm disa pista të kufizuara.
Regjistrimi magnetik i çatisë parashikon disa variante implementimi:
- Drive Managed SMR (SMR, menaxhuar nga disku)
Pjesa kryesore e kësaj teknologjie është se nuk ka nevojë për të modifikuar softuerin dhe/apo harduerin e hostit, pasi kontrolluesi i HDD merr përsipër menaxhimin e procesit të regjistrimit të të dhënave. Këto disqe mund të lidhen me çdo sistem që ka interfisin e nevojshëm (SATA ose SAS), pas së cilës ruajtësi do të jetë menjëherë gati për përdorim.
Disavantazhi i këtij qasjeje është variabiliteti i nivelit të performancës, për shkak të të cilit Drive Managed SMR është e papërshtatshme për aplikacionet sipërfaqësore, ku konsistenca e shpejtësisë së sistemit është një parametër kritik. Sidoqoftë, këto disqe tregojnë rezultate të mira në skenarë që ofrojnë kohë të mjaftueshme për kryerjen e defragmentimit të sfondit të të dhënave. Për shembull, DMSMR-ruajtësit , të optimizuar për t'u përdorur në sisteme të vogla NAS me 8 hapësira, do të jenë një zgjedhje e shkëlqyer për një sistem arkivimi ose kopjimi, që parashikon ruajtjen afatgjatë të kopjeve rezervë.
- Host Managed SMR (SMR, e menaxhuar nga hosti)
Host Managed SMR — zgjidhja më e preferuar për implementimin e regjistrimit në pllaka për përdorim në mjedise të korporatave. Në këtë rast, menaxhimi i fluksve të të dhënave dhe operacioneve të leximit/shkrimit besohet sistemit të hostit vetë, i cili angazhon për këto qëllime zgjerimet e interfecit ATA (Zoned Device ATA Command Set, ZAC) dhe SCSI (Zoned Block Commands, ZBC), të zhvilluara nga komitetet INCITS T10 dhe T13.
Me përdorimin e HMSMR, kapaciteti i disponueshëm i diskut ndahet në zona të dy llojeve: Conventional Zones (zonat konvencionale), të cilat përdoren për ruajtjen e metadata dhe regjistrimeve të rastësishme (në thelb, funksionojnë si një cache), dhe Sequential Write Required Zones (zonat e shkwritejes së sekuencës), të cilat zënë pjesën më të madhe të kapacitetit të përgjithshëm të hard diskut, ku të dhënat shkruhen në mënyrë strikte në mënyrë sekuenciale. Të dhënat e paorganizuar ruhen në zonën e caching, nga ku mund të transferohen në zonën përkatëse të shkwritejes së sekuencës. Kjo bën që të gjitha sektorët fizikë të shkruhen në mënyrë sekuenciale në drejtim radial dhe të riprogramohen vetëm pas një transferimi ciklik, çka siguron performancë të qëndrueshme dhe të parashikueshme të sistemit. Në të njëjtën kohë, disqet HMSMR mbështesin komandat e leximit të rastësishëm, njësoj si njësitë që përdorin PMR standard.
Host Managed SMR është implementuar në disqe hardi të klasës enterprise .
Linija përfshin disqe SATA dhe SAS me kapacitet të lartë, të orientuar për përdorim në qendrat e të dhënave të hiper-shkallëzuara. Mbështetje për Host Managed SMR zgjeron ndjeshëm gamën e aplikimeve të këtyre disqeve: përveç sistemeve të kopjimit, ato janë të përshtatshme për ruajtje në cloud, CDN ose platforma transmetimi. Kapaciteti i lartë i disqeve të forta lejon rritjen e densitetit të ruajtjes (në të njëjtat raftime) me shpenzime minimale për përmirësim, ndërsa konsumimi i ulët i energjisë (maksimumi 0,29 W për çdo terabajt të dhënash të ruajtura) dhe shpërndarja e nxehtësisë (në mesatare 5 °C më e ulët se homologët) e redukton gjithashtu shpenzimin operativ për mirëmbajtjen e DC.
Këtu ndodhet një pengesë e vetme e HMSMR-it, e cila është kompleksiteti relativ i implementimit. Problemi është se, deri më sot, asnjë sistem operativ ose aplikacion nuk arrin të punojë me këto lloje ruajtësish "nga kutia", gjë që kërkon ndryshime të mëdha në stack-un e softuerit për të adaptuar infrastrukturën IT. Kjo ndikon kryesisht në sistemin operativ, që në kushte moderne të Qendrave të të Dhënave, që përdorin servera me shumë bërthama dhe shumë sokete, është një detyrë mjaft komplekse. Më shumë informacion mbi opsionet për mbështetje të Host Managed SMR mund të gjendet në burimin e specializuar , dedikuar çështjeve të ruajtjes zonale të të dhënave. Informacioni e mbledhur këtu do t'ju ndihmojë të vlerësoni paraprakisht gatishmërinë e infrastrukturës suaj IT për kalimin në sistemet zonale të ruajtjes.
- Host Aware SMR (SMR, e mbështetur nga hosti)
Disqet me mbështetje për Host Aware SMR kombinon lehtësinë dhe fleksibilitetin e Drive Managed SMR me shpejtësinë e lartë të shkrimit të Host Managed SMR. Këto disqe janë prapë të pajtueshme me sistemet e vjetra të ruajtjes dhe mund të funksionojnë pa mbikëqyrje të drejtpërdrejtë nga hosti, megjithatë, në këtë rast, ashtu siç ndodh me disqet DMSMR, performanca e tyre bëhet e paqartë.
Të ngjashme me Host Managed SMR, Host Aware SMR përdor dy lloje zonash: Conventional Zones për shkrime të rastësishme dhe Sequential Write Preferred Zones (zonat e preferuara për shkrime sequenciale). Këto të fundit, ndryshe nga Zonat Sequential Write Required të përmendura më sipër, automatikisht kalojnë në kategorinë e zakonshme në rast se fillon të bëhet shkrim i çrregullt të dhënash në to.
Implementimi i SMR me mbështetje për hostin parashikon mekanizma të brendshëm rikuperimi nga regjistrimi i pavendosur. Të dhënat e paorganizuar regjistrohen në zonat e caching, nga ku disku mund të transfertë informacionin në zonën e regjistrimit të organizuar, pasi të jenë marrë të gjitha blloqet e nevojshme. Për të menaxhuar regjistrimin e paorganizuar dhe defragmentimin e prapaskenës, disku përdor një tabelë të adresave të tërthorta. Megjithatë, nëse aplikacionet korporative kërkojnë një performancë të parashikueshme dhe të optimizuar, kjo mund të arrihet vetëm kur hosti merr përsipër menaxhimin e plotë të të gjitha rrjedhave të të dhënave dhe zonave të regjistrimit.
Burimi: habr.com
