O SMR usa um sistema de mapeamento para LBAs que desejam ser gravados aleatoriamente para apenas escrevê-los sequencialmente. Semelhante ao Flash Translation Layer (FTL) do SSD, os HDDs SMR usam o que às vezes é chamado de SMR (ou Shingle) Translation Layer (STL), que é um conceito semelhante. Com o SMR, no entanto, muito mais pode ser obtido ao tornar o host ciente da tecnologia SMR subjacente. A indústria está na fase final do processo de padronização para SMR com ZBC (Zoned Block Commands) sendo o padrão para SAS e ZAC (Zoned ATA Commands) sendo o padrão para SATA. Esses padrões definem um Zoned Block Device no qual o espaço LBA é dividido em zonas independentes. Dentro de cada zona, as gravações devem ser sequenciais. Para sobrescrever os dados, é necessário primeiro redefinir a zona, semelhante a um bloco de exclusão em um SSD. O que acontece quando gravações não sequenciais são enviadas para uma zona varia dependendo do tipo de implementação de SMR.
Existem três categorias em que as unidades SMR se enquadram ou, mais precisamente, três tipos de unidades de gerenciamento que os fornecedores podem empregar. Cada um tem seu próprio conjunto de vantagens e desvantagens.
Unidade gerenciada
O primeiro tipo é conhecido como gerenciado por unidade, também conhecido como transparente. Simplificando, a unidade SMR gerencia todas as solicitações do host, como um HDD tradicional hoje. A unidade gerenciada tem a vantagem de não precisar de um host que reconheça o SMR, os SMRs gerenciados pela unidade são compatíveis com quase tudo, tornando-os os mais simples de implantar. A natureza zoneada do HDD SMR subjacente é completamente oculta do host. Esse é o tipo de gerenciamento SMR que esperamos ver disponível no lançamento inicial do mercado de consumo, pois não há sistemas operacionais ou sistemas de arquivos disponíveis comercialmente que ofereçam suporte a unidades SMR até o momento. No entanto, à medida que mais testes são feitos e a tecnologia SMR se torna mais difundida, veremos sistemas operacionais e pilhas de software amplamente disponíveis que oferecem suporte a SMR.
A desvantagem do gerenciamento de unidade é que o desempenho é imprevisível, pois a unidade lida com seus processos em segundo plano quando necessário, independentemente das solicitações de E/S. Além disso, como as gravações aleatórias de entrada não são combinadas em gravações sequenciais no lado do host, a unidade está sob mais pressão e, portanto, com desempenho inferior em cargas de trabalho sustentadas, do que estaria se o host reconhecesse o SMR. As unidades SMR gerenciadas por unidade lidam com essas deficiências aproveitando uma espécie de “zona de aterrissagem”, onde as gravações aleatórias podem ser gerenciadas antes de serem gravadas no disco. As formas de incorporar esse espaço nas unidades SMR podem variar muito, levando a perfis de desempenho significativamente diferentes, dependendo do mercado-alvo de cada unidade e fabricante.
Host Gerenciado
O próximo tipo de gerenciamento é conhecido como host gerenciado. Com esse tipo de gerenciamento, o host usa comandos e informações de zona para otimizar o comportamento da unidade SMR gerenciando IOs para garantir que as gravações sejam sempre sequenciais dentro de uma zona. Se um host enviar uma gravação não sequencial dentro de uma Zona, o drive irá rejeitá-la e retornar um erro. Isso dá ao drive um desempenho mais previsível e seria mais provável de ser visto inicialmente em aplicativos corporativos e de hiperescala.
A desvantagem do host gerenciado é que as unidades SMR não são compatíveis com sistemas host (HBAs, drivers de dispositivo, sistemas de arquivos, bancos de dados, etc.) que não reconhecem SMR. Isso significa que os sistemas de arquivos precisam ser adaptados para oferecer suporte a unidades SMR. Isso está ocorrendo, primeiro no espaço de hiperescala, onde os maiores players do mundo têm a capacidade de modificar suas pilhas de armazenamento para dar conta do SMR, e agora também no espaço principal de código aberto. O mantenedor do xfs, Dave Chinner, publicou um documento descrevendo as otimizações SMR para o xfs durante a conferência Linux Vault em Boston no início de março. No mesmo evento, Hannes Rienecke, da Suse, apresentou mecanismos de cache de zona que podem permitir que sistemas de arquivos atuais funcionem com unidades SMR gerenciadas por host. É provável que esses investimentos, juntamente com um apetite por capacidade, encorajem outros a adotar as novas soluções de código aberto e buscar modificações em seus sistemas para oferecer suporte a drives SMR.
Compatível com host
O tipo final de gerenciamento é conhecido como reconhecimento de host. Resumindo, o reconhecimento de host é uma combinação dos dois tipos de gerenciamento acima. A unidade SMR é autogerenciada, mas também implementa os novos padrões ZBC/ZAC e permite que o host use o novo conjunto de comandos para otimizar o comportamento da unidade. Nesse caso, se a unidade receber uma gravação não sequencial do host, ela aceitará a solicitação, mas o desempenho da solicitação pode ser imprevisível. O reconhecimento de host tem a vantagem de ser compatível com versões anteriores e dá ao host algum controle. O reconhecimento de host provavelmente será o modelo de escolha para a maioria dos clientes e sistemas corporativos tradicionais, assumindo todas as implantações gerenciadas por unidades, enquanto o gerenciado por host está começando a aparecer como a escolha para soluções modernas de armazenamento distribuído.
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