Hard drive munggaran di dunya, IBM RAMAC 305, anu dirilis taun 1956, ngan ukur ngandung 5 MB data, sareng beuratna 970 kg sareng ukuranana dibandingkeun sareng kulkas industri. Kapala perusahaan modéren parantos tiasa ngagungkeun kapasitas 20 TB. Bayangkeun waé: 64 sababaraha taun ka pengker, pikeun ngarékam jumlah inpormasi ieu, éta bakal nyandak langkung ti 4 juta RAMAC 305, sareng ukuran pusat data anu dipikabutuh pikeun nampung aranjeunna, bakal langkung seueur 9 kilométer pasagi, sedengkeun ayeuna alit. kotak beuratna kira-kira 700 gram! Ku sababaraha cara, kanaékan luar biasa dina kapadetan panyimpen ieu dihontal berkat perbaikan metode rekaman magnét.
Hésé percanten, tapi dasarna desain hard drive henteu robih ampir 40 taun, ti saprak 1983: teras éta mimitina hard drive 3,5 inci RO351, dikembangkeun ku perusahaan Skotlandia Rodime, ningali cahaya. Orok ieu nampi dua pelat magnét 10 MB unggal, nyaéta, éta tiasa nahan data dua kali langkung seueur tibatan anu diropéa 412 inci ST-5,25, dikaluarkeun ku Seagate dina taun anu sami pikeun komputer pribadi IBM 5160.
Rodime RO351 - hard drive 3,5 inci munggaran di dunya
Najan innovativeness sarta ukuranana kompak, dina waktu sékrési RO351, ampir euweuh nu peryogi eta, sarta sakabeh usaha salajengna ku Rodime pikeun meunangkeun foothold di pasar hard drive gagal, naha nu mangrupa parusahaan kapaksa cease operasi. di 1991, geus dijual ampir kabéh aset aya jeung ngurangan kaayaan ka minimum a. Sanajan kitu, Rodime teu ditakdirkeun bangkrut: geura-giru pabrik hard drive panggedena mimiti giliran dirina, wishing pikeun acquire lisénsi pikeun ngagunakeun faktor formulir dipaténkeun ku Skotlandia. 3,5" ayeuna mangrupikeun standar industri pikeun HDD konsumen sareng perusahaan.
Kalayan munculna jaringan saraf, Deep Learning sareng Internet of Things (IoT), volume data anu diciptakeun ku umat manusa parantos ningkat sapertos longsoran. Numutkeun perkiraan agénsi analitik IDC, ku 2025 jumlah inpormasi anu dihasilkeun ku jalma-jalma sorangan sareng alat-alat di sabudeureun urang bakal ngahontal 175 zettabytes (1 Zbyte = 1021 bait), sareng ieu sanaos kanyataan yén dina 2019 éta 45 Zbytes, dina 2016 - 16 Zbytes, jeung deui 2006, jumlah total data dihasilkeun dina sakabéh sajarah foreseeable teu ngaleuwihan 0,16 (!) Zbytes. Téknologi modéren ngabantosan ngabéréskeun ledakan inpormasi, diantarana metode ngarékam data anu ningkat sanés anu terakhir.
LMR, PMR, CMR sareng TDMR: naon bédana?
Prinsip operasi hard drive cukup basajan. pelat logam ipis coated ku lapisan bahan ferromagnetic (zat kristalin nu bisa tetep magnetized sanajan henteuna médan magnét éksternal dina suhu handap titik Curie) pindah relatif ka blok huluna rekaman dina speed tinggi (5400 rpm atawa). Tambih deui). Nalika arus listrik diterapkeun kana sirah tulisan, timbul médan magnét bolak-balik, anu ngarobih arah véktor magnetisasi domain (wilayah diskrit zat) tina ferromagnet. Pembacaan data lumangsung boh alatan fenomena induksi éléktromagnétik (gerakan domain relatif ka sénsor ngabalukarkeun lumangsungna arus listrik bolak-balik dina dimungkinkeun), atawa alatan éfék magnetoresistive raksasa (résistansi listrik sensor robah dina kaayaan pangaruh médan magnét), sakumaha anu dilaksanakeun dina alat panyimpen modéren. Unggal domain encodes hiji bit informasi, nyokot nilai logis "0" atawa "1" gumantung kana arah véktor magnetization.
Pikeun lila, hard drive ngagunakeun métode Longitudinal Magnetic Recording (LMR), dimana vektor magnetisasi domain perenahna dina pesawat platter magnét. Sanajan betah relatif palaksanaan, téhnologi ieu miboga aral signifikan: guna nungkulan coercivity (transisi partikel magnét kana kaayaan domain tunggal), hiji zone panyangga impressive (nu disebut spasi hansip) kudu ditinggalkeun antara. lagu. Hasilna, kapadetan rékaman maksimum anu dihontal dina ahir téknologi ieu ngan ukur 150 Gb/in2.
Taun 2010, LMR ampir sagemblengna diganti ku PMR (Perpendicular Magnetic Recording - perpendicular magnetic recording). Beda utama téknologi ieu tina rékaman magnét longitudinal nyaéta yén véktor directivity magnét unggal domain perenahna dina sudut 90 ° kana permukaan piring magnét, anu ngamungkinkeun sacara signifikan ngirangan gap antara lagu.
Kusabab ieu, dénsitas ngarékam data parantos ningkat sacara signifikan (dugi ka 1 Tbit / inci2 dina alat modéren), bari henteu ngorbankeun karakteristik kacepetan sareng réliabilitas hard drive. Ayeuna, rékaman magnét jejeg dominan di pasar, naha éta ogé mindeng disebut CMR (Rekam Magnetik Konvensional - rekaman magnét konvensional). Dina waktos anu sami, anjeun kedah ngartos yén henteu aya bédana antara PMR sareng CMR - ieu ngan ukur versi anu béda tina nami.
Nalika ningali spésifikasi hard drive modéren, anjeun ogé tiasa mendakan singketan cryptic TDMR. Khususna, téknologi ieu dianggo ku drive kelas perusahaan . Tina sudut pandang fisika, TDMR (anu nangtung pikeun Rékam Magnétik Dua Diménsi - ngarékam magnét dua diménsi) henteu béda ti PMR biasa: sapertos sateuacana, urang nuju ngurus lagu anu henteu bersilangan, domain anu berorientasi jejeg. kana bidang pelat magnét. Bédana antara téknologi aya dina pendekatan maca inpormasi.
Dina blok sirah magnét tina hard drive dijieun maké téhnologi TDMR, unggal sirah rekaman boga dua sensor bacaan nu sakaligus maca data ti unggal lagu diliwatan. Redundansi ieu ngamungkinkeun pangendali HDD sacara efektif nyaring sora éléktromagnétik anu disababkeun ku Intertrack Interference (ITI).
Ngarengsekeun masalah sareng ITI nyayogikeun dua kauntungan anu penting pisan:
- réduksi tina faktor noise ngamungkinkeun pikeun ngaronjatkeun dénsitas rekaman ku cara ngurangan jarak antara lagu, nyadiakeun gain dina total kapasitas nepi ka 10% dibandingkeun PMR konvensional;
- Digabungkeun sareng téknologi RVS sareng aktuator mikro XNUMX-posisi, TDMR sacara efektif nolak geter rotasi anu disababkeun ku hard drive, ngabantosan pikeun ngahontal tingkat kinerja anu konsisten sanajan dina lingkungan anu paling nungtut.
Naon SMR sareng naon tuangna?
Diménsi sirah tulisan téh ngeunaan 1,7 kali leuwih badag batan dimensi sensor baca. Bedana anu pikaresepeun sapertos dijelaskeun sacara saderhana: upami modul ngarékam didamel langkung miniatur, kakuatan médan magnét anu tiasa dibangkitkeun moal cekap pikeun ngamagnetisasi domain lapisan ferromagnetik, anu hartosna data ngan saukur moal. disimpen. Dina kasus sensor bacaan, masalah ieu teu timbul. Leuwih ti éta, miniaturization na ngamungkinkeun jang meberkeun ngurangan pangaruh ITI disebutkeun di luhur dina prosés maca informasi.
Kanyataan ieu ngawangun dasar rekaman magnét ubin (Shingled Magnetic Recording, SMR). Hayu urang ngartos kumaha gawéna. Lamun maké PMR tradisional, sirah nulis digeser relatif ka unggal lagu saméméhna ku jarak sarua jeung lebar na + rubak spasi pelindung (spasi penjaga).
Nalika nganggo metodeu ubin pikeun ngarékam magnét, sirah ngarékam ngan ukur maju sabagian lebarna, ku kituna unggal lagu saacanna sawaréh ditimpa ku lagu salajengna: jalur magnét silih tumpang tindih sapertos ubin hateup. Pendekatan ieu ngamungkinkeun pikeun ningkatkeun kapadetan rékaman, nyayogikeun kapasitasna dugi ka 10%, bari henteu mangaruhan prosés maca. Contona nyaéta - drive 3.5 inci 20 TB munggaran di dunya kalayan antarmuka SATA / SAS, penampilan anu dimungkinkeun berkat téknologi rekaman magnét énggal. Ku kituna, transisi ka disk SMR ngidinan Anjeun pikeun ngaronjatkeun dénsitas gudang data dina rak sarua kalawan biaya minimal pikeun ngaronjatkeun infrastruktur IT.
Sanajan kitu kaunggulan signifikan, SMR boga kalemahan atra. Kusabab jalur magnét silih tumpang tindih, nalika ngamutahirkeun data, anjeun kedah nyerat deui sanés ngan ukur sempalan anu diperyogikeun, tapi ogé sadaya lagu anu salajengna dina piring magnét, anu volumena tiasa langkung ti 2 terabytes, anu pinuh ku serelek anu serius. dina pagelaran.
Ngagabungkeun sababaraha lagu kana grup misah disebut zona mantuan pikeun ngajawab masalah ieu. Sanajan pendekatan kana neundeun data ieu rada ngurangan kapasitas sakabéh HDD (saprak gap cukup kudu dijaga antara zona pikeun nyegah overwriting lagu ti grup tatangga), ieu bisa nyata nyepetkeun prosés update data, saprak ayeuna ngan jumlah kawates lagu. milu di dinya.
Rekaman magnét ubin ngalibatkeun sababaraha pilihan palaksanaan:
- Drive Managed SMR (Drive Managed SMR)
Kauntungan utama nyaéta yén teu aya anu peryogi ngarobih parangkat lunak sareng / atanapi parangkat lunak host, sabab pengontrol HDD nyandak kadali prosedur ngarékam data. Drive sapertos kitu tiasa dihubungkeun ka sistem naon waé anu ngagaduhan antarmuka anu diperyogikeun (SATA atanapi SAS), saatos éta drive bakal langsung siap dianggo.
Karugian tina pendekatan ieu nyaéta variabilitas kinerja, anu ngajadikeun Drive Managed SMR teu cocog pikeun aplikasi perusahaan dimana konsistensi kinerja sistem penting. Nanging, disk sapertos kitu tiasa dianggo dina skenario anu ngamungkinkeun waktos anu cekap pikeun defragmentasi data latar pikeun réngsé. Janten, contona, drive DMSMR Dioptimalkeun pikeun pamakéan dina leutik 8-bay NAS, éta mangrupa pilihan alus teuing pikeun arsip atawa cadangan sistem anu merlukeun gudang cadangan jangka panjang.
- Host Managed SMR (Host Managed SMR)
Host Managed SMR mangrupikeun palaksanaan ubin anu paling dipikaresep pikeun dianggo perusahaan. Dina hal ieu, sistem host sorangan tanggung jawab pikeun ngatur aliran data sareng operasi maca / nyerat, ngagunakeun pikeun tujuan ieu ekstensi tina ATA (Zoned Device ATA Command Set, ZAC) sareng SCSI (Zoned Block Commands, ZBC) interfaces dikembangkeun ku. panitia INCITS T10 sareng T13.
Nalika nganggo HMSMR, sadaya kapasitas panyimpenan anu sayogi dibagi kana dua jinis zona: Zona Konvensional (zona biasa), anu dianggo pikeun nyimpen metadata sareng ngarékam sawenang-wenang (saleresna, maénkeun peran cache), sareng Zona Diperlukeun Tulis Sequential. (zona nulis sequential), nu nempatan bagian badag tina total kapasitas hard disk, nu data dirékam mastikeun sequentially. Data unordered disimpen di wewengkon cache, ti mana eta lajeng bisa dibikeun ka zone nulis sequential pakait. Kusabab ieu, sadaya séktor fisik ditulis sacara berurutan dina arah radial sareng ditimpa ngan ukur saatos bungkus, anu ngamungkinkeun anjeun ngahontal kinerja sistem anu stabil sareng tiasa diprediksi. Dina waktos anu sami, drive HMSMR ngadukung paréntah baca acak anu sami sareng drive anu nganggo standar PMR.
Host Managed SMR dilaksanakeun dina hard drive kelas perusahaan .
Jalur ieu kalebet drive SATA sareng SAS kapasitas tinggi anu dirancang pikeun dianggo dina pusat data hyperscale. Rojongan pikeun Host Managed SMR sacara signifikan ngalegaan ruang lingkup hard drive sapertos kitu: salian sistem cadangan, aranjeunna sampurna pikeun neundeun awan, CDN atanapi platform streaming. Kapasitas luhur hard drive ngamungkinkeun anjeun sacara signifikan ningkatkeun dénsitas gudang (dina rak anu sami) kalayan biaya pamutahiran minimal, sareng konsumsi kakuatan anu rendah (kirang ti 0,29 watt per terabyte inpormasi anu disimpen) sareng dissipation panas (rata-rata 5 ° C langkung handap tina XNUMX ° C). analogs) - salajengna ngurangan biaya operasi ngajaga puseur data.
Hiji-hijina kalemahan HMSMR nyaéta pajeulitna palaksanaan komparatif. Masalahna nyaéta ayeuna henteu aya sistem operasi atanapi aplikasi anu tiasa dianggo sareng drive sapertos kitu, naha éta parobihan utama dina tumpukan parangkat lunak diperyogikeun pikeun adaptasi infrastruktur IT. Anu mimiti, masalah ieu, tangtosna, OS sorangan, anu dina kaayaan puseur data modern ngagunakeun multi-core na multi-stop kontak server - mangrupakeun tugas rada non-trivial. Anjeun tiasa diajar langkung seueur ngeunaan pilihan pikeun ngalaksanakeun dukungan pikeun Host Managed SMR dina sumber khusus. dedicated ka masalah panyimpen data zonal. Inpormasi anu dikumpulkeun di dieu bakal ngabantosan anjeun pikeun ngira-ngira kesiapan infrastruktur IT anjeun pikeun transisi ka sistem panyimpen zona.
- Host Aware SMR (SMR dirojong ku host)
Alat anu diaktipkeun Host Aware SMR ngagabungkeun genah sareng kalenturan Drive Managed SMR sareng laju ngarékam gancang tina Host Managed SMR. Drive sapertos kitu cocog sareng sistem panyimpen warisan sareng tiasa fungsina tanpa kontrol langsung ti host, tapi dina hal ieu, sapertos drive DMSMR, kinerjana janten teu kaduga.
Sapertos Host Managed SMR, Host Aware SMR nganggo dua jinis zona: Zona Konvensional pikeun nyerat acak sareng Sequential Write Preferred Zones (zona anu dipikaresep pikeun ngarékam sekuensial). Anu terakhir, kontras sareng Sequential Write Required Zones anu disebatkeun di luhur, sacara otomatis dialihkeun kana kategori anu biasa upami aranjeunna mimiti nyerat data dina cara anu henteu teratur.
Palaksanaan host-sadar tina SMR nyadiakeun mékanisme internal cageur tina tulisan inconsistent. Data acak ditulis ka wewengkon cache, ti mana disk bisa mindahkeun informasi ka zone nulis sequential sanggeus sagala blok perlu geus narima. Drive ngagunakeun tabel indirection pikeun ngatur tulisan inorder sareng defragmentasi latar. Sanajan kitu, lamun kinerja diprediksi tur dioptimalkeun diperlukeun pikeun aplikasi perusahaan, ieu masih ngan bisa dihontal nalika host nyokot kadali pinuh sadaya aliran data jeung nulis zona.
sumber: www.habr.com