305 yilda chiqarilgan dunyodagi birinchi qattiq disk IBM RAMAC 1956 bor-yo'g'i 5 MB ma'lumotni sig'dirardi, og'irligi 970 kg va hajmi bo'yicha sanoat muzlatgichi bilan solishtirish mumkin edi. Zamonaviy korporativ flagmanlar 20 TB sig'imga ega bo'lishi mumkin. Tasavvur qiling: 64 yil avval bu hajmdagi ma’lumotlarni yozib olish uchun 4 milliondan ortiq RAMAC 305 kerak bo‘lardi va ularni joylashtirish uchun zarur bo‘lgan ma’lumotlar markazi hajmi 9 kvadrat kilometrdan oshgan bo‘lardi, holbuki bugungi kunda og‘irligi bo‘lgan kichik quti. taxminan 700 gramm! Ko'p jihatdan, saqlash zichligidagi bu ajoyib o'sish magnit yozish usullarini takomillashtirish tufayli erishildi.
Bunga ishonish qiyin, lekin qattiq disklarning fundamental dizayni 40 yildan boshlab deyarli 1983 yil davomida o‘zgarmadi: o‘shanda Shotlandiyaning Rodime kompaniyasi tomonidan ishlab chiqilgan birinchi 3,5 dyuymli qattiq disk RO351 kun yorug‘ligini ko‘rdi. Bu chaqaloqning har biri 10 MB bo'lgan ikkita magnit plitasi bor edi, ya'ni u o'sha yili IBM 412 shaxsiy kompyuterlari uchun chiqarilgan yangilangan 5,25 dyuymli ST-5160 Seagatedan ikki baravar ko'p ma'lumotni saqlashga qodir edi.
Rodime RO351 - dunyodagi birinchi 3,5 dyuymli qattiq disk
O'zining innovatsiyalari va ixcham o'lchamlariga qaramay, chiqarilishi paytida RO351 deyarli hech kim uchun foydasiz bo'lib chiqdi va Rodimening qattiq disk bozorida o'z o'rnini egallashga bo'lgan barcha urinishlari muvaffaqiyatsizlikka uchradi, shuning uchun 1991 yilda kompaniya majbur bo'ldi. o'z faoliyatini to'xtatish, deyarli barcha mavjud aktivlarni sotish va xodimlarni minimal darajaga qisqartirish. Biroq, Rodime bankrot bo'lish niyatida emas edi: ko'p o'tmay, eng yirik qattiq disk ishlab chiqaruvchilari Shotlandiya tomonidan patentlangan shakl faktoridan foydalanish litsenziyasini sotib olishni xohlashdi. Hozirgi vaqtda 3,5 dyuym iste'molchi qattiq disklari va korporativ toifadagi drayverlarni ishlab chiqarish uchun umumiy qabul qilingan standartdir.
Neyron tarmoqlar, Deep Learning va Internet of Things (IoT) paydo bo'lishi bilan insoniyat tomonidan yaratilgan ma'lumotlar hajmi eksponent ravishda o'sishni boshladi. IDC tahliliy agentligining hisob-kitoblariga ko'ra, 2025 yilga borib odamlarning o'zlari va atrofimizdagi qurilmalar tomonidan ishlab chiqarilgan ma'lumotlar hajmi 175 zettabaytga (1 Zbayt = 1021 bayt) etadi va bu 2019 yilda 45 Zbaytni tashkil etganiga qaramay. , 2016 yilda - 16 Zbayt va 2006 yilda butun kuzatilishi mumkin bo'lgan tarix davomida ishlab chiqarilgan ma'lumotlarning umumiy miqdori 0,16 (!) Zbaytdan oshmadi. Zamonaviy texnologiyalar axborot portlashini engishga yordam beradi, eng muhimi, ma'lumotlarni yozib olishning takomillashtirilgan usullari.
LMR, PMR, CMR va TDMR: Farqi nimada?
Qattiq disklarning ishlash printsipi juda oddiy. Ferromagnit material qatlami bilan qoplangan yupqa metall plitalar (Kyuri nuqtasidan past haroratlarda tashqi magnit maydonga ta'sir qilmaganda ham magnitlangan holda qolishi mumkin bo'lgan kristalli modda) yuqori tezlikda (minutiga 5400 aylanish yoki Ko'proq). Yozish boshiga elektr toki qo'llanilganda, o'zgaruvchan magnit maydon paydo bo'ladi, bu ferromagnitning domenlarining (materiyaning diskret hududlari) magnitlanish vektorining yo'nalishini o'zgartiradi. Ma'lumotni o'qish elektromagnit induksiya fenomeni (domenlarning sensorga nisbatan harakatlanishi ikkinchisida o'zgaruvchan elektr tokining paydo bo'lishiga olib keladi) yoki ulkan magnitorezistiv effekt tufayli (magnit maydon ta'sirida elektr sensorning qarshiligi o'zgaradi), zamonaviy drayvlarda qo'llaniladi. Har bir domen magnitlanish vektorining yo'nalishiga qarab "0" yoki "1" mantiqiy qiymatini olgan holda bir bit ma'lumotni kodlaydi.
Uzoq vaqt davomida qattiq disklar uzunlamasına magnit yozish (LMR) usulidan foydalangan, bunda domen magnitlanish vektori magnit plastinka tekisligida yotadi. Amalga oshirishning nisbiy soddaligiga qaramay, ushbu texnologiya sezilarli kamchilikka ega edi: majburlash (magnit zarrachalarning bitta domen holatiga o'tishi) ni engib o'tish uchun ta'sirchan bufer zonasini (qo'riqlash maydoni deb ataladigan joy) qoldirish kerak edi. izlar. Natijada, ushbu texnologiya oxirida erishilgan maksimal yozish zichligi atigi 150 Gbit/dyuymni tashkil etdi.
2010 yilda LMR deyarli butunlay PMR (perpendikulyar magnit yozuv) bilan almashtirildi. Ushbu texnologiya va uzunlamasına magnit yozish o'rtasidagi asosiy farq shundaki, har bir domenning magnit yo'nalishi vektori magnit plastinka yuzasiga 90 ° burchak ostida joylashgan bo'lib, bu treklar orasidagi bo'shliqni sezilarli darajada qisqartirdi.
Shu sababli, qattiq disklarning tezlik xususiyatlari va ishonchliligidan voz kechmasdan, ma'lumotlarni yozib olish zichligi sezilarli darajada oshirildi (zamonaviy qurilmalarda 1 Tbit / in2 gacha). Hozirgi vaqtda perpendikulyar magnit yozuvlar bozorda hukmronlik qilmoqda, shuning uchun uni ko'pincha CMR (An'anaviy magnit yozuv) deb ham atashadi. Shu bilan birga, siz PMR va CMR o'rtasida mutlaqo farq yo'qligini tushunishingiz kerak - bu shunchaki nomning boshqa versiyasi.
Zamonaviy qattiq disklarning texnik xususiyatlarini o'rganayotganda siz sirli TDMR qisqartmasiga ham duch kelishingiz mumkin. Xususan, ushbu texnologiya korporativ toifadagi drayvlar tomonidan qo'llaniladi . Fizika nuqtai nazaridan, TDMR (bu ikki o'lchovli magnit yozuvni anglatadi) odatdagi PMRdan farq qilmaydi: avvalgidek, biz kesishmaydigan yo'llar bilan shug'ullanamiz, ularning domenlari magnit tekisligiga perpendikulyar yo'naltirilgan. plitalar. Texnologiyalar o'rtasidagi farq axborotni o'qishga bo'lgan yondashuvdadir.
TDMR texnologiyasidan foydalangan holda yaratilgan qattiq disklarning magnit boshlari blokida har bir yozish kallagi bir vaqtning o'zida har bir o'tgan trekdan ma'lumotlarni o'qiydigan ikkita o'qish sensoriga ega. Ushbu ortiqchalik HDD tekshirgichiga elektromagnit shovqinni samarali filtrlash imkonini beradi, uning ko'rinishi intertrack shovqinlari (ITI) tufayli yuzaga keladi.
ITI muammosini hal qilish ikkita juda muhim afzalliklarni beradi:
- shovqin omilini kamaytirish treklar orasidagi masofani qisqartirish orqali yozish zichligini oshirishga imkon beradi, an'anaviy PMR bilan solishtirganda umumiy quvvatni 10% gacha oshirishni ta'minlaydi;
- RVS texnologiyasi va uch pozitsiyali mikroaktuator bilan birgalikda TDMR qattiq disklar keltirib chiqaradigan aylanish tebranishiga samarali qarshilik ko'rsatadi va hatto eng qiyin ish sharoitlarida ham barqaror ishlash darajasiga erishishga yordam beradi.
SMR nima va u nima bilan iste'mol qilinadi?
Yozuv boshining o'lchami o'qish sensori o'lchamiga nisbatan taxminan 1,7 baravar katta. Bunday ta'sirchan farqni juda oddiy tushuntirish mumkin: agar yozish moduli yanada miniatyura qilingan bo'lsa, u yarata oladigan magnit maydonning kuchi ferromagnit qatlamning domenlarini magnitlash uchun etarli bo'lmaydi, ya'ni ma'lumotlar shunchaki bo'ladi. saqlanmaydi. O'qish sensori bo'lsa, bu muammo yuzaga kelmaydi. Bundan tashqari: uni miniatyuralashtirish yuqorida qayd etilgan ITI ning axborotni o'qish jarayoniga ta'sirini yanada kamaytirish imkonini beradi.
Bu fakt Shingled Magnetic Recording (SMR) asosini tashkil etdi. Keling, bu qanday ishlashini aniqlaymiz. An'anaviy PMR dan foydalanilganda, yozish boshi har bir oldingi trekka nisbatan uning kengligi + himoya maydonining kengligiga teng masofaga siljiydi.
Plitkali magnit yozish usulidan foydalanganda yozish boshi faqat kengligining bir qismini oldinga siljitadi, shuning uchun har bir oldingi trek qisman keyingisiga yoziladi: magnit izlar tom yopish plitkalari kabi bir-birining ustiga tushadi. Ushbu yondashuv o'qish jarayoniga ta'sir qilmasdan, 10% gacha sig'imga ega bo'lishni ta'minlab, yozib olish zichligini yanada oshirish imkonini beradi. Bunga misol qilib keltirish mumkin - SATA/SAS interfeysli dunyodagi birinchi 3.5 dyuymli 20 TB drayvlar, uning paydo bo'lishi yangi magnit yozish texnologiyasi tufayli mumkin bo'ldi. Shunday qilib, SMR disklariga o'tish IT infratuzilmasini yangilash uchun minimal xarajatlar bilan bir xil raflarda ma'lumotlarni saqlash zichligini oshirish imkonini beradi.
Bunday muhim afzalliklarga qaramay, SMR ham aniq kamchilikka ega. Magnit treklar bir-birining ustiga chiqqanligi sababli, ma'lumotlarni yangilash nafaqat kerakli bo'lakni, balki magnit plastinadagi barcha keyingi treklarni ham qayta yozishni talab qiladi, ularning hajmi 2 terabaytdan oshishi mumkin, bu esa ishlashning jiddiy pasayishiga olib kelishi mumkin.
Ushbu muammoni ma'lum miqdordagi treklarni zonalar deb ataladigan alohida guruhlarga birlashtirish orqali hal qilish mumkin. Garchi ma'lumotlarni saqlashni tashkil qilishning bunday yondashuvi HDDning umumiy sig'imini biroz pasaytirsa ham (chunki qo'shni guruhlarning treklarini qayta yozishni oldini olish uchun zonalar orasidagi etarli bo'shliqlarni saqlash kerak), bu ma'lumotlarni yangilash jarayonini sezilarli darajada tezlashtirishi mumkin, chunki hozir unda faqat cheklangan miqdordagi treklar ishtirok etadi.
Plitka magnit yozuvi bir nechta amalga oshirish variantlarini o'z ichiga oladi:
- Drive tomonidan boshqariladigan SMR
Uning asosiy afzalligi shundaki, asosiy dasturiy ta'minot va/yoki apparatni o'zgartirishga hojat yo'q, chunki HDD boshqaruvchisi ma'lumotlarni yozib olish jarayonini nazorat qiladi. Bunday drayvlar kerakli interfeysga (SATA yoki SAS) ega bo'lgan har qanday tizimga ulanishi mumkin, shundan so'ng haydovchi darhol foydalanishga tayyor bo'ladi.
Ushbu yondashuvning nochorligi shundaki, unumdorlik darajalari turlicha bo'lib, Drive Managed SMR tizimning barqaror ishlashi muhim bo'lgan korporativ ilovalar uchun mos emas. Biroq, bunday drayvlar fon ma'lumotlarini defragmentatsiya qilish uchun etarli vaqtni ta'minlaydigan stsenariylarda yaxshi ishlaydi. Masalan, DMSMR drayverlari , kichik 8-bay NASning bir qismi sifatida foydalanish uchun optimallashtirilgan, zaxira nusxalarini uzoq muddatli saqlashni talab qiluvchi arxivlash yoki zaxiralash tizimi uchun ajoyib tanlov bo'ladi.
- Xost tomonidan boshqariladigan SMR
Xost tomonidan boshqariladigan SMR korporativ muhitda foydalanish uchun afzal qilingan plitkali yozib olish dasturidir. Bunday holda, xost tizimining o'zi INCITS tomonidan ishlab chiqilgan ATA (Zoned Device ATA Command Set, ZAC) va SCSI (Zoned Block Commands, ZBC) interfeys kengaytmalaridan foydalangan holda ma'lumotlar oqimlari va o'qish/yozish operatsiyalarini boshqarish uchun javobgardir. T10 va T13 qo'mitalari.
HMSMR-dan foydalanganda, drayverning barcha mavjud saqlash hajmi ikki turdagi zonalarga bo'linadi: metama'lumotlar va tasodifiy yozuvlarni saqlash uchun ishlatiladigan an'anaviy zonalar (asosan kesh rolini o'ynaydi) va ketma-ket yozishni talab qiladigan zonalar, ular egallaydi. qattiq diskning umumiy hajmining katta qismi, unda ma'lumotlar qat'iy ketma-ketlikda yoziladi. Tartibdan tashqari ma'lumotlar kesh maydonida saqlanadi, u erdan keyin tegishli ketma-ket yozish maydoniga o'tkazilishi mumkin. Bu barcha fizik sektorlarning radial yo'nalishda ketma-ket yozilishini va faqat tsiklik uzatishdan so'ng qayta yozilishini ta'minlaydi, natijada tizim barqaror va prognoz qilinadigan ish faoliyatini ta'minlaydi. Shu bilan birga, HMSMR drayvlari standart PMR-dan foydalanadigan drayvlar kabi tasodifiy o'qish buyruqlarini qo'llab-quvvatlaydi.
Host Managed SMR korporativ toifadagi qattiq disklarda amalga oshiriladi .
Chiziq yuqori sig'imli SATA va SAS drayvlarini o'z ichiga oladi. Host Managed SMR-ni qo'llab-quvvatlash bunday qattiq disklarni qo'llash doirasini sezilarli darajada kengaytiradi: zaxira tizimlaridan tashqari, ular bulutli saqlash, CDN yoki oqim platformalari uchun juda mos keladi. Qattiq disklarning yuqori sig'imi minimal yangilash xarajatlari va kam quvvat iste'moli (saqlangan ma'lumotlarning terabaytiga 0,29 vattdan ko'p bo'lmagan) va issiqlik tarqalishi (o'rtacha 5 °C past) bilan saqlash zichligini (bir xil raflarda) sezilarli darajada oshirish imkonini beradi. analoglardan ko'ra) - ma'lumotlar markaziga texnik xizmat ko'rsatish uchun operatsion xarajatlarni yanada kamaytirish.
HMSMR ning yagona kamchiliklari - amalga oshirishning nisbiy murakkabligi. Gap shundaki, bugungi kunda hech qanday operatsion tizim yoki dastur bunday drayvlar bilan qutidan tashqarida ishlay olmaydi, shuning uchun IT infratuzilmasini moslashtirish uchun dasturiy ta'minot stekiga jiddiy o'zgartirishlar kiritish talab etiladi. Birinchi navbatda, bu, albatta, OTning o'ziga tegishli, bu ko'p yadroli va ko'p soketli serverlardan foydalanadigan zamonaviy ma'lumotlar markazlari sharoitida juda ahamiyatsiz vazifadir. Ixtisoslashgan resursda Host Managed SMR yordamini amalga oshirish imkoniyatlari haqida ko'proq bilib olishingiz mumkin , mintaqaviy ma'lumotlarni saqlash masalalariga bag'ishlangan. Bu yerda toʻplangan maʼlumotlar IT infratuzilmangizning hududiy saqlash tizimlariga oʻtkazishga tayyorligini dastlabki baholashga yordam beradi.
- Host Aware SMR (Host Aware SMR)
Host Aware SMR-ni qo'llab-quvvatlaydigan qurilmalar Drive Managed SMR-ning qulayligi va moslashuvchanligini Xost tomonidan boshqariladigan SMR-ning yuqori yozish tezligi bilan birlashtiradi. Ushbu drayvlar eski saqlash tizimlari bilan orqaga qarab mos keladi va xost tomonidan bevosita nazoratisiz ishlashi mumkin, ammo bu holda, DMSMR drayvlarida bo'lgani kabi, ularning ishlashi oldindan aytib bo'lmaydi.
Xost tomonidan boshqariladigan SMR singari, Xost Aware SMR ikkita turdagi zonalardan foydalanadi: tasodifiy yozish uchun an'anaviy zonalar va ketma-ket yozish uchun afzal qilingan zonalar. Ikkinchisi, yuqorida aytib o'tilgan ketma-ket yozishni talab qiladigan zonalardan farqli o'laroq, agar ular tartibsiz ma'lumotlarni yozib olishni boshlasa, avtomatik ravishda oddiylar toifasiga kiradi.
SMR-ning xost-xabarli amalga oshirilishi nomuvofiq yozuvlardan tiklanishning ichki mexanizmlarini ta'minlaydi. Tartibdan tashqari ma'lumotlar kesh joylariga yoziladi, bu erdan disk barcha kerakli bloklar olingandan so'ng ma'lumotlarni ketma-ket yozish maydoniga o'tkazishi mumkin. Disk tartibsiz yozish va fon defragmentatsiyasini boshqarish uchun bilvosita jadvaldan foydalanadi. Biroq, agar korporativ ilovalar prognoz qilinadigan va optimallashtirilgan ishlashni talab qilsa, bunga faqat xost barcha ma'lumotlar oqimlari va yozib olish zonalarini to'liq nazorat qilsagina erishish mumkin.
Manba: www.habr.com