Τι είναι οι νέοι SMR σκληροί δίσκοι και γιατί είναι πιο αργοί

Τα τελευταία χρόνια έχουν κάνει την εμφάνισή τους οι δίσκοι SMR και έχουν κατακλήσει την αγορά. Παρά τη γενική εντύπωση ότι πρόκειται για τους δίσκους με μεγάλες χωρητικότητες, αυτό δεν ισχύει, καθώς SMR είναι -για παράδειγμα- οι νέοι Western Digital MyPassport του 1ΤΒ και των 2ΤΒ αλλά και οι 3.5″ Western Digital Red 1TB. Φυσικά, και πλήθος άλλων.

Φυσικά, ο μέσος καταναλωτής δεν το γνωρίζει αυτό και το πιθανότερο είναι να μην αντιληφθεί κάποια διαφορά τουλάχιστον οπτικά, καθώς οι δίσκοι είναι SATA ή USB3.0 και άρα το interface τους είναι ίδιο.

Κάποια στιγμή, ίσως του προκληθεί δυσφορία από την αργή απόκριση του δίσκου, ή να παρατηρήσει ότι ο δίσκος βρίσκεται σε πλήρη φόρτο όταν ο Η/Υ είναι σε αδράνεια.

Παρακάτω θα εξηγήσουμε γιατί συμβαίνει αυτό και τι ισχύει για αυτούς τους δίσκους.

Τι είναι οι SMR δίσκοι

Η τεχνολογία SMR (Shingled Magnetic Recording) αυξάνει τον αριθμό των tracks ανά επιφάνεια κατά
25%.

Ο τρόπος με τον οποίο αυτό επιτυγχάνεται είναι με τη χρήση αναγνώστη (reader) στις κεφαλές, ο οποίος είναι 5 φορές μικρότερος από τον εγγραφέα των δεδομένων (writer). Η εγγραφή γίνεται με offsets τα οποία είναι ίσα με το μέγεθος του reader (γύρω στα 10μm). Φανταστείτε ότι το αποτέλεσμα μοιάζει με τα κεραμίδια μίας στέγης. Πρώτα η κάτω σειρά, μετά από πάνω η δεύτερη με επικάλυψη όσο το πλάτος του reader και ούτω καθ εξής.

Ποιο είναι το τίμημα στην ταχύτητα

Δυστυχώς, αυτή η αύξηση της πυκνότητας των δεδομένων και κατ’ επέκταση η επίτευξη εγγραφής περισσότερων δεδομένων σε μικρότερο χώρο, έχει και το τίμημά της.
Το τίμημα είναι η απώλεια σε ταχύτητα. Αυτό εξηγείται από το γεγονός ότι στους SMR δίσκους τα δεδομένα γράφονται σε “τμήματα” (tracks) προκειμένου να επιτευχθεί η αύξηση στην πυκνότητα εγγραφής των δεδομένων που αναφέρθηκε παραπάνω. Αν όμως ο δίσκος χρειαστεί να ξαναγράψει έστω και ένα sector, θα πρέπει να ξαναγράψει ολόκληρο το track και φυσικά για να γίνει αυτό, θα πρέπει και να διαβάσει τα υπόλοιπα sectors από αυτό το track για να τα ξαναγράψει.

Επομένως, αν όλος ο δίσκος αποτελούνταν από SMR tracks, η τροποποίηση έστω και ενός μικρού αρχείου txt θα προκαλούσε την ανάγνωση ΟΛΟΚΛΗΡΟΥ του δίσκου και την επανεγγραφή του από την αρχή, κάτι που θα διαρκούσε ώρες, μέρες ή και εβδομάδες για δίσκους τεράστιας χωρητικότητας. Δεν υπολογίζουμε καν στην εξίσωση τη φθορά των μηχανικών μερών και των επιφανειών από κάτι τέτοιο, ούτε τη δραματική πτώση στις επιδόσεις.
Για να λύσουν αυτό το πρόβλημα, οι κατασκευάστριες αποφάσισαν να γράψουν τα tracks σε μικρότερα τμήματα, τις “λωρίδες” (bands) κάνοντας shingled μόνο τα tracks μέσα σε κάθε λωρίδα.

Έξυπνο?

Μισό λεπτό…

Τι θα συμβεί αν σώσουμε ένα μεγάλο αρχείο το οποίο ανήκει σε πολλαπλά bands? Ας πούμε ότι γράφουμε ένα αρχείο βίντεο στο δίσκο και στη συνέχεια θέλουμε να το τροποποιήσουμε προσθέτοντας μουσική στο timeline του. Επειδή το αρχείο είναι μεγάλο και η τροποποίησή του σημαντική, η πιθανότητα να καταλαμβάνει sector από πολλαπλά bands είναι τεράστια. Επομένως έχουμε πάλι το ίδιο πρόβλημα με πριν και ο δίσκος θα θέλει ώρες για να κάνει μια απλή αποθήκευση ενός αρχείου.

Συν τοις άλλοις, μια πιθανή διακοπή στην τροφοδοσία του δίσκου κατά τη διάρκεια που διαρκεί αυτή η διαδικασία θα οδηγήσει σίγουρα σε κάποια απώλεια δεδομένων (ενώ το αρχείο θα φαίνεται ότι αποθηκεύτηκε).

Για να λυθεί αυτό το πρόβλημα, οι κατασκευαστές αφενός χρησιμοποιούν μικρότερα bands, αφ’ετέρου χρησιμοποιούν τη μνήμη cache για να αποθηκεύσουν τα πιο πρόσφατα δεδομένα και στη συνέχεια τα διαχειρίζονται οι δίσκοι εσωτερικά μόνοι τους.
Αυτή η αρχική αποθήκευση στην εσωτερική cache μνήμη του δίσκου γίνεται σαφώς σε περιοχές που ΔΕΝ είναι SMR και αποθηκεύεται σε -ας τους πούμε- πίνακες περιεχομένων που για τους Western Digital δίσκους ονομάζονται 2nd level translator (modules 190 και 189) και για τους Seagate ονομάζονται Media Cache. Ο δίσκος θα μεταφέρει τα δεδομένα από τη μνήμη cache στις SMR περιοχές όταν θα είναι σε αδράνεια.

Για μισό λεπτό πάλι!

Τι γίνεται αν έχουμε μεγάλο αριθμό δεδομένων που θέλουμε να τροποποιήσουμε και να γράψουμε στο δίσκο, ως γνωστόν το μέγεθος της cache μνήμης είναι περιορισμένος.
Σε αυτήν την περίπτωση, ο δίσκος θα κάνει stall τα νέα αιτήματα και θα καθυστερεί τη λειτουργία του εως ότου απελευθερωθεί μνήμη για να συνεχίσει.
Σε αυτόν ακριβώς το λόγο οφείλεται η παρατηρούμενη καθυστέρηση στις επιδόσεις των νέων δίσκων σε σχέση με τους παλιότερους (PMR/CMR).
Υπάρχει όμως και κάτι ακόμα, αφήστε μας να πούμε τον πόνο μας. Η φιλοσοφία των SMR δίσκων περιπλέκει ιδιαίτερα την ανάκτηση δεδομένων.
Δίσκοι που τους έχει γίνει format, δεν μπορούν να ανακτηθούν, σε αντίθεση με τους παλιότερους δίσκους όπου η ανάκτηση ήταν εφικτή. Ο λόγος είναι ότι με το format χάνεται η πληροφορία της cache με αποτέλεσμα ο δίσκος να εμφανίζεται μηδενισμένος.
Το ίδιο ισχύει και στην περίπτωση που ο δίσκος για κάποιο λόγο χάσει την πρόσβαση στον 2nd level translator. Ο δίσκος θα δείχνει ότι διαβάζει, αλλά στην πραγματικότητα θα διαβάζει μηδενικά καθώς θα έχει χάσει πρόσβαση στο λογικό του τμήμα.
Συνοψίζοντας, οι δίσκοι αυτοί προσφέρουν μεγαλύτερες χωρητικότητες σε μικρότερο χώρο και οικονομικότερη αναλογία € / GB όμως υστερούν σε ταχύτητα και αν κάτι πάει στραβά τότε η διαδικασία για την ανάκτηση γίνεται … μαρτυρική…

Δημήτρης Άντερσον
Northwind Data Recovery
Data Recovery Engineer