Технология SMR использует систему отображения для LBA-блоков, которые должны записываться случайным образом, и для последовательной записи. Подобно уровню трансляции флэш-памяти (FTL) в SSD, жесткие диски SMR используют так называемый уровень трансляции SMR (или Shingle) (STL), что является схожей концепцией. Однако в случае SMR гораздо больше преимуществ можно получить, если информировать хост о базовой технологии SMR. Отрасль находится на заключительном этапе процесса стандартизации SMR, при этом ZBC (Zoned Block Commands) является стандартом для SAS, а ZAC (Zoned ATA Commands) — стандартом для SATA. Эти стандарты определяют зонированное блочное устройство (Zoned Block Device), в котором пространство LBA разделено на независимые зоны. В каждой зоне запись должна быть последовательной. Для перезаписи данных необходимо сначала сбросить зону, аналогично блоку стирания в SSD. Что происходит при отправке непоследовательных записей в зону, зависит от типа реализации SMR.
Накопители SMR делятся на три категории, или, точнее, на три типа систем управления, которые могут использовать производители накопителей. Каждая из них имеет свои преимущества и недостатки.
Управление приводом
Первый тип известен как управляемый диск, также называемый прозрачным. Проще говоря, SMR-диск управляет всеми запросами от хоста, как и традиционный жесткий диск сегодня. Преимущество управляемого диска заключается в том, что для его работы не требуется хост, поддерживающий SMR, а управляемые SMR-диски совместимы практически со всем, что делает их наиболее простыми в развертывании. Зонированная структура базового SMR-жесткого диска полностью скрыта от хоста. Именно такой тип управления SMR мы ожидаем увидеть в начале продаж потребительских устройств, поскольку на момент написания этой статьи нет коммерчески доступных операционных систем или файловых систем, поддерживающих SMR-диски. Однако по мере проведения дополнительных испытаний и распространения технологии SMR мы увидим широко доступные операционные системы и программные стеки, поддерживающие SMR.
Недостатком управляемых накопителей является непредсказуемость производительности, поскольку накопитель обрабатывает фоновые процессы по мере необходимости, независимо от запросов ввода-вывода. Кроме того, поскольку входящие случайные записи не объединяются в последовательные записи на стороне хоста, накопитель испытывает большую нагрузку и, следовательно, демонстрирует более низкую производительность при длительных нагрузках, чем если бы хост поддерживал технологию SMR. Управляемые накопители SMR справляются с этими недостатками, используя своего рода «зону посадки», где случайные записи могут обрабатываться до записи на диск. Однако способы реализации этого пространства в накопителях SMR могут сильно различаться, что приводит к значительно отличающимся профилям производительности в зависимости от целевого рынка каждого накопителя и производителя.
Управляемый хост
Следующий тип управления известен как управление хостом. При этом типе управления хост использует команды и информацию о зонах для оптимизации работы SMR-накопителя, управляя операциями ввода-вывода таким образом, чтобы запись всегда была последовательной в пределах зоны. Если хост отправляет непоследовательную запись в пределах зоны, накопитель отклонит её и вернет ошибку. Это обеспечивает накопителю более предсказуемую производительность и, скорее всего, будет использоваться на начальном этапе в корпоративных и гипермасштабируемых приложениях.
Недостатком управления хостом является несовместимость SMR-накопителей с хост-системами (HBA, драйверами устройств, файловыми системами, базами данных и т. д.), которые не поддерживают SMR. Это означает, что файловые системы необходимо адаптировать для поддержки SMR-накопителей. Этот процесс начинается сначала в гипермасштабируемых системах, где крупнейшие игроки мира имеют возможность модифицировать свои стеки хранения данных для учета SMR, а теперь и в основном пространстве открытого исходного кода. Разработчик xfs, Дэйв Чиннер, опубликовал документ, описывающий оптимизацию SMR для xfs, на конференции Linux Vault в Бостоне в начале марта. На этом же мероприятии Ханнес Ринеке из Suse представил механизм зонального кэширования, который позволяет существующим файловым системам работать с управляемыми хостом SMR-накопителями. Вероятно, эти инвестиции, наряду с потребностью в увеличении емкости, побудят других разработчиков внедрять новые решения с открытым исходным кодом и вносить изменения в свои системы для поддержки SMR-накопителей.
Host Aware
Последний тип управления известен как управление с учетом хоста. Вкратце, управление с учетом хоста — это комбинация двух описанных выше типов управления. SMR-накопитель управляется самостоятельно, но при этом реализует новые стандарты ZBC/ZAC и позволяет хосту использовать новый набор команд для оптимизации работы накопителя. В этом случае, если накопитель получает от хоста запрос на непоследовательную запись, он принимает запрос, но тогда производительность запроса может быть непредсказуемой. Управление с учетом хоста имеет преимущество обратной совместимости и предоставляет хосту некоторый контроль. Управление с учетом хоста, вероятно, станет предпочтительной моделью для большинства клиентских и традиционных корпоративных систем, заменив все развертывания с управлением накопителями, в то время как управление с учетом хоста начинает появляться в качестве предпочтительного варианта для современных распределенных решений хранения данных.
Amazon