305'da piyasaya sürülen dünyanın ilk sabit diski IBM RAMAC 1956, yalnızca 5 MB veri içeriyordu, 970 kg ağırlığındaydı ve endüstriyel bir buzdolabıyla karşılaştırılabilecek boyuttaydı. Modern kurumsal amiral gemileri zaten 20 TB kapasiteye sahip olabiliyor. Bir düşünün: 64 yıl önce bu miktardaki bilgiyi kaydetmek için 4 milyondan fazla RAMAC 305 gerekirdi ve bunları barındırmak için gereken veri merkezinin boyutu 9 kilometrekareyi aşardı. yaklaşık 700 gram ağırlığında kutu! Depolama yoğunluğundaki bu inanılmaz artış, birçok açıdan manyetik kayıt yöntemlerinin gelişmesi sayesinde sağlandı.
İnanması zor, ancak temelde sabit disklerin tasarımı 40'ten bu yana neredeyse 1983 yıldır değişmedi: İskoç şirketi Rodime tarafından geliştirilen ilk 3,5 inç sabit disk RO351 o zaman ışığı gördü. Bu bebeğe her biri 10 MB'lık iki manyetik plaka verildi, yani Seagate'in aynı yıl IBM 412 kişisel bilgisayarları için piyasaya sürdüğü güncellenmiş 5,25 inç ST-5160'den iki kat daha fazla veri tutabildi.
Rodime RO351 - dünyanın ilk 3,5 inç sabit diski
Yenilikçiliğe ve kompakt boyuta rağmen, RO351'in piyasaya sürülmesi sırasında neredeyse hiç kimsenin buna ihtiyacı yoktu ve Rodime'nin sabit disk pazarında yer edinmeye yönelik tüm girişimleri başarısız oldu, bu nedenle şirket faaliyetlerini durdurmak zorunda kaldı. 1991 yılında mevcut varlıkların neredeyse tamamını satarak devleti minimuma indirdi. Bununla birlikte, Rodime iflas etmeye mahkum değildi: kısa süre sonra en büyük sabit disk üreticileri, İskoçların patentli form faktörünü kullanmak için bir lisans almak isteyerek ona dönmeye başladı. 3,5" artık hem tüketici hem de kurumsal HDD'ler için endüstri standardıdır.
Sinir ağlarının, Derin Öğrenmenin ve Nesnelerin İnternetinin (IoT) ortaya çıkışıyla birlikte insanlığın yarattığı veri hacmi çığ gibi büyümeye başladı. Analitik ajansı IDC'nin tahminlerine göre, 2025 yılına kadar hem insanların hem de etrafımızdaki cihazların ürettiği bilgi miktarı 175 zettabayta (1 Zbyte = 1021 bayt) ulaşacak ve bu, 2019'da 45 zettabayt olmasına rağmen Zbayt, 2016'da - 16 Zbayt ve 2006'da, öngörülebilir geçmişin tamamında üretilen toplam veri miktarı 0,16 (!) Zbaytı aşmadı. Modern teknolojiler, gelişmiş veri kayıt yöntemlerinin sonuncusu olmadığı bilgi patlamasıyla başa çıkmaya yardımcı oluyor.
LMR, PMR, CMR ve TDMR: fark nedir?
Sabit sürücülerin çalışma prensibi oldukça basittir. Ferromanyetik malzeme (Curie noktasının altındaki bir sıcaklıkta harici bir manyetik alanın yokluğunda bile mıknatıslanmış kalabilen kristalli bir madde) tabakasıyla kaplanmış ince metal plakalar, kayıt kafaları bloğuna göre yüksek hızda (5400 rpm veya Daha). Yazma kafasına bir elektrik akımı uygulandığında, ferromıknatısın alanlarının (maddenin ayrı bölgeleri) mıknatıslanma vektörünün yönünü değiştiren alternatif bir manyetik alan ortaya çıkar. Veri okuma, ya elektromanyetik indüksiyon olgusu nedeniyle (alanların sensöre göre hareketi, ikincisinde alternatif bir elektrik akımının oluşmasına neden olur) ya da dev manyetorezistif etki nedeniyle (sensörün elektrik direnci, sensör etkisi altında değişir) meydana gelir. modern depolama cihazlarında uygulandığı gibi manyetik alanın etkisi). Her alan, mıknatıslanma vektörünün yönüne bağlı olarak "0" veya "1" mantıksal değerini alarak bir bitlik bilgiyi kodlar.
Uzun bir süre boyunca sabit sürücüler, alan mıknatıslama vektörünün manyetik plaka düzleminde yer aldığı Boyuna Manyetik Kayıt (LMR) yöntemini kullandı. Göreceli uygulama kolaylığına rağmen, bu teknolojinin önemli bir dezavantajı vardı: zorlayıcılığın (manyetik parçacıkların tek alanlı duruma geçişi) üstesinden gelmek için, aralarında etkileyici bir tampon bölgenin (sözde koruma alanı) bırakılması gerekiyordu. izler. Sonuç olarak bu teknolojinin sonunda elde edilen maksimum kayıt yoğunluğu yalnızca 150 Gb/in2 oldu.
2010 yılında LMR'nin yerini neredeyse tamamen PMR (Dikey Manyetik Kayıt - dikey manyetik kayıt) aldı. Bu teknoloji ile uzunlamasına manyetik kayıt arasındaki temel fark, her bir alanın manyetik yön vektörünün, manyetik plakanın yüzeyine 90°'lik bir açıyla yerleştirilmesidir; bu, izler arasındaki boşluğun önemli ölçüde azaltılmasını mümkün kılmıştır.
Bu nedenle, sabit sürücülerin hız özelliklerinden ve güvenilirliğinden ödün vermeden veri kayıt yoğunluğu önemli ölçüde artırıldı (modern cihazlarda 1 Tbit / inç2'ye kadar). Şu anda piyasada dikey manyetik kayıt hakimdir ve bu nedenle sıklıkla CMR (Geleneksel Manyetik Kayıt - geleneksel manyetik kayıt) olarak da anılır. Aynı zamanda, PMR ve CMR arasında kesinlikle hiçbir fark olmadığı anlaşılmalıdır - bu sadece ismin farklı bir versiyonudur.
Modern sabit sürücülerin teknik özelliklerine baktığınızda, şifreli TDMR kısaltmasıyla da karşılaşabilirsiniz. Bu teknoloji özellikle kurumsal sınıf sürücüler tarafından kullanılır . Fizik açısından bakıldığında, TDMR (İki Boyutlu Manyetik Kayıt - iki boyutlu manyetik kayıt anlamına gelir) olağan PMR'den farklı değildir: daha önce olduğu gibi, kesişmeyen izlerle, dik olarak yönlendirilmiş alanlarla uğraşıyoruz. manyetik plakaların düzlemine. Teknolojiler arasındaki fark, bilgiyi okumaya yaklaşımda yatmaktadır.
TDMR teknolojisi kullanılarak oluşturulan sabit sürücülerin manyetik kafaları bloğunda, her kayıt kafasında, geçirilen her izden aynı anda veri okuyan iki okuma sensörü bulunur. Bu yedeklilik, HDD denetleyicisinin İzler Arası Girişimin (ITI) neden olduğu elektromanyetik gürültüyü etkili bir şekilde filtrelemesine olanak tanır.
Sorunun ITI ile çözülmesi son derece önemli iki fayda sağlar:
- gürültü faktörünün azaltılması, izler arasındaki mesafeyi azaltarak kayıt yoğunluğunun artırılmasına olanak tanır ve geleneksel PMR'ye kıyasla toplam kapasitede %10'a kadar kazanç sağlar;
- RVS teknolojisi ve üç konumlu mikro aktüatörle birleştirilen TDMR, sabit disklerin neden olduğu dönme titreşimine etkili bir şekilde direnç göstererek en zorlu ortamlarda bile tutarlı performans düzeyleri elde edilmesine yardımcı olur.
SMR nedir ve neyle yenir?
Yazma kafasının boyutları okuma sensörünün boyutlarından yaklaşık 1,7 kat daha büyüktür. Bu kadar etkileyici bir fark oldukça basit bir şekilde açıklanmaktadır: Kayıt modülü daha da minyatür hale getirilirse üretebileceği manyetik alanın gücü, ferromanyetik katmanın alanlarını mıknatıslamak için yeterli olmayacaktır; bu, verilerin basitçe saklanabilir. Okuma sensörü durumunda bu sorun ortaya çıkmaz. Üstelik minyatürleştirilmesi, yukarıda bahsedilen ITI'nin bilgi okuma süreci üzerindeki etkisini daha da azaltmayı mümkün kılar.
Bu gerçek, kiremitli manyetik kaydın (Shingled Manyetik Kayıt, SMR) temelini oluşturdu. Nasıl çalıştığını anlayalım. Geleneksel PMR kullanıldığında, yazma kafası önceki her bir parçaya göre genişliği + koruyucu alanın genişliğine (koruma alanı) eşit bir mesafe kadar kaydırılır.
Döşenmiş manyetik kayıt yöntemini kullanırken, kayıt kafası genişliğinin yalnızca bir kısmı ileriye doğru hareket eder, böylece önceki her izin bir sonraki tarafından kısmen üzerine yazılır: manyetik izler çatı kiremitleri gibi üst üste gelir. Bu yaklaşım, okuma sürecini etkilemeden %10'a varan kapasite kazancı sağlayarak kayıt yoğunluğunun daha da artırılmasını mümkün kılmaktadır. Bir örnek — Yeni manyetik kayıt teknolojisi sayesinde görünümü mümkün kılınan dünyanın ilk SATA/SAS arayüzlü 3.5 inç 20 TB sürücüleri. Böylece, SMR disklerine geçiş, BT altyapısını yükseltmek için aynı raflardaki veri depolama yoğunluğunu minimum maliyetle artırmanıza olanak tanır.
Bu kadar önemli bir avantaja rağmen SMR'nin bariz bir dezavantajı var. Manyetik izler birbiriyle örtüştüğünden, verileri güncellerken, yalnızca gerekli parçayı değil, aynı zamanda hacmi 2 terabaytı aşabilen manyetik plaka içindeki sonraki tüm parçaları da yeniden yazmak gerekli olacaktır; bu, ciddi bir düşüşle doludur. performansta.
Belirli sayıda parçayı bölgeler adı verilen ayrı gruplarda birleştirmek bu sorunun çözülmesine yardımcı olur. Veri depolamaya yönelik bu yaklaşım, HDD'nin genel kapasitesini bir miktar azaltsa da (komşu gruplardan gelen parçaların üzerine yazılmasını önlemek için bölgeler arasında yeterli boşlukların korunması gerektiğinden), artık yalnızca sınırlı sayıda parça olduğundan, bu, veri güncelleme sürecini önemli ölçüde hızlandırabilir. buna katılın.
Döşenmiş manyetik kayıt çeşitli uygulama seçeneklerini içerir:
- Drive Tarafından Yönetilen SMR (Drive Tarafından Yönetilen SMR)
Başlıca avantajı, HDD denetleyicisinin veri kayıt prosedürünün kontrolünü devralması nedeniyle ana bilgisayarın yazılımını ve/veya donanımını değiştirmeye gerek olmamasıdır. Bu tür sürücüler, gerekli arayüze (SATA veya SAS) sahip herhangi bir sisteme bağlanabilir, ardından sürücü hemen kullanıma hazır olacaktır.
Bu yaklaşımın dezavantajı, Disk Yönetimli SMR'yi sistem performansı tutarlılığının kritik olduğu kurumsal uygulamalar için uygun olmayan performans değişkenliğidir. Ancak bu tür diskler, arka plan veri birleştirme işleminin tamamlanması için yeterli süreye izin veren senaryolarda iyi performans gösterir. Örneğin, DMSMR sürücüleri Küçük 8 yuvalı NAS'ta kullanım için optimize edilmiş olup, uzun vadeli yedekleme depolaması gerektiren bir arşivleme veya yedekleme sistemi için mükemmel bir seçimdir.
- Ana Bilgisayar Tarafından Yönetilen SMR (Ana Bilgisayar Tarafından Yönetilen SMR)
Ana Bilgisayar Tarafından Yönetilen SMR, kurumsal kullanım için en çok tercih edilen döşeme uygulamasıdır. Bu durumda, ana bilgisayar sisteminin kendisi, bu amaçlar için geliştirilen ATA (Bölgeli Cihaz ATA Komut Seti, ZAC) ve SCSI (Bölgeli Blok Komutları, ZBC) arayüzlerinin uzantılarını kullanarak veri akışlarını ve okuma / yazma işlemlerini yönetmekten sorumludur. INCITS T10 ve T13 komiteleri.
HMSMR kullanıldığında, mevcut depolama kapasitesinin tamamı iki tür bölgeye ayrılır: Meta verileri ve rastgele kaydı depolamak için kullanılan (aslında önbellek rolünü oynayan) Geleneksel Bölgeler (normal bölgeler) ve Sıralı Yazma Gereken Bölgeler Verilerin kesinlikle sıralı olarak kaydedildiği, sabit diskin toplam kapasitesinin büyük bir bölümünü kaplayan (sıralı yazma bölgeleri). Sırasız veriler önbellek alanında depolanır ve buradan karşılık gelen sıralı yazma bölgesine aktarılabilir. Bu nedenle, tüm fiziksel sektörler radyal yönde sırayla yazılır ve yalnızca sarma sonrasında üzerine yazılır; bu da istikrarlı ve öngörülebilir sistem performansı elde etmenize olanak tanır. Aynı zamanda HMSMR sürücüleri, standart PMR kullanan sürücülere benzer şekilde rastgele okuma komutlarını destekler.
Kurumsal sınıf sabit disklerde uygulanan Ana Bilgisayar Tarafından Yönetilen SMR .
Bu seri, hiper ölçekli veri merkezlerinde kullanılmak üzere tasarlanmış yüksek kapasiteli SATA ve SAS sürücülerini içerir. Ana Bilgisayar Tarafından Yönetilen SMR desteği, bu tür sabit sürücülerin kapsamını önemli ölçüde genişletir: yedekleme sistemlerine ek olarak, bulut depolama, CDN veya akış platformları için mükemmeldirler. Sabit sürücülerin yüksek kapasitesi, minimum yükseltme maliyetleriyle ve düşük güç tüketimiyle (depolanan terabayt bilgi başına 0,29 watt'tan az) ve ısı dağılımıyla (ortalama olarak 5 ° C daha düşük) depolama yoğunluğunu (aynı raflarda) önemli ölçüde artırmanıza olanak tanır. analogları) — veri merkezinin bakımının işletme maliyetlerini daha da azaltır.
HMSMR'nin tek dezavantajı uygulamanın karşılaştırmalı karmaşıklığıdır. Mesele şu ki, bugün tek bir işletim sistemi veya uygulama bu tür sürücülerle kutudan çıktığı gibi çalışamıyor, bu nedenle BT altyapısını uyarlamak için yazılım yığınında büyük değişiklikler yapılması gerekiyor. Her şeyden önce bu, elbette, çok çekirdekli ve çok soketli sunucuların kullanıldığı modern veri merkezleri koşullarında oldukça önemsiz olmayan bir görev olan işletim sisteminin kendisiyle ilgilidir. Özel bir kaynakta Ana Bilgisayar Tarafından Yönetilen SMR desteğini uygulama seçenekleri hakkında daha fazla bilgi edinebilirsiniz. bölgesel veri depolama konularına adanmıştır. Burada toplanan bilgiler, BT altyapınızın bölgesel depolama sistemlerine geçişe hazır olup olmadığını ön değerlendirmenize yardımcı olacaktır.
- Ana Bilgisayar Aware SMR (Ana Bilgisayar tarafından desteklenen SMR)
Host Aware SMR özellikli cihazlar, Drive Managed SMR'nin rahatlığını ve esnekliğini Host Managed SMR'nin yüksek kayıt hızıyla birleştirir. Bu tür sürücüler eski depolama sistemleriyle geriye dönük olarak uyumludur ve ana bilgisayarın doğrudan kontrolü olmadan çalışabilir ancak bu durumda, DMSMR sürücülerinde olduğu gibi performansları tahmin edilemez hale gelir.
Ana Bilgisayar Tarafından Yönetilen SMR gibi, Host Aware SMR de iki tür bölge kullanır: Rastgele yazmalar için Geleneksel Bölgeler ve Sıralı Yazma Tercih Edilen Bölgeler (sıralı kayıt için tercih edilen bölgeler). İkincisi, yukarıda bahsedilen Sıralı Yazma Gerekli Bölgelerin aksine, sırasız bir şekilde veri yazmaya başlarsa otomatik olarak sıradan olanlar kategorisine aktarılır.
SMR'nin ana bilgisayar bilinçli uygulaması, tutarsız yazma işlemlerinden kurtarmaya yönelik dahili mekanizmalar sağlar. Rastgele veriler, gerekli tüm bloklar alındıktan sonra diskin bilgileri sıralı yazma bölgesine aktarabileceği önbellek alanına yazılır. Sürücü, sıralı yazmaları ve arka planda birleştirmeyi yönetmek için bir yönlendirme tablosu kullanır. Bununla birlikte, kurumsal uygulamalar için öngörülebilir ve optimize edilmiş performans gerekiyorsa, bu ancak ana bilgisayarın tüm veri akışlarının ve yazma bölgelerinin tam kontrolünü ele geçirmesiyle elde edilebilir.
Kaynak: habr.com