Seagate

Кратко о том, что такое SMR и почему о применении этой технологии в жестком диске полезно знать

Преимущество технологии черепичной записи (Shingled Magnetic Recording, SMR) по сравнению с традиционной (Conventional Magnetic Recording, CMR) в том, что благодаря частичному наложению друг на друга, можно сделать ширину трека меньше, при той же ширине головки записи. Что позволяет разместить больше треков на пластине, повысив тем самым плотность записи.

Недостаток же SMR в том, что в процессе записи уничтожаются данные на соседнем, следующем за записываемым треком. Поэтому требуется перезаписывать и соседний трек тоже. Но при этом потребуется перезаписать данные уже на следующем треке. И так далее.

Для того, чтобы не пришлось перезаписывать весь диск до конца, «черепичные» треки разбиваются на группы, называемые лентами. При этом на современных SMR дисках механизм позиционирования не обладает достаточной точностью для того, чтобы обеспечить частичную перезапись ленты. Лента записывается только целиком, сразу от начала до конца.

Также пластины SMR дисков содержат и «обычные» треки, которые используются для кэширования данных в процессе записи лент. Эти треки размещаются в отдельных, выделенных для этих целей областях, часто между лентами.

В процессе работы диск сначала пишет данные в кэш, на обычные треки. И пока кэш не заполнен, скорость записи сравнима с таковой для CMR дисков. Потому что при этом и происходит обычная запись. Затем устройство в фоновом режиме раскладывает данные по лентам.

Таким образом, для обновления данных в конкретном секторе жесткому диску с технологией SMR может потребоваться выполнить объём записи во много раз превышающий таковой для CMR диска в аналогичной ситуации.

Пока кэш не заполнен полностью, SMR диск будет вести себя вполне пристойно. Но после заполнения, что может запросто происходить при определённых сценариях использования, произойдёт многократное падение скорости записи.

Поэтому, если ваши планы включают в себя большие объёмы нелинейной записи, совершенно точно стоит для их осуществления использовать CMR диск а не SMR.

Как узнать, какая технология записи используется в жестком диске

До недавнего времени все производители за исключением Toshiba скрывали использование технологии SMR в своих устройствах. Она не упоминалось в описаниях моделей и не обозначалась предназначенным для этой цели стандартом битом в паспорте накопителя.

После ряда скандалов Seagate и WDC начали публиковать списки накопителей, в которых иcпользуется технология SMR. Также в сети можно подобные списки составленные независимыми от производителей людьми.

Тем не менее, эта характеристика до сих пор не указывается в описании устройств при их продаже в онлайн и офлайн магазинах. По крайней мере, я этого нигде не видел.

Таким образом, если вы обдумываете покупку конкретной модели жесткого диска, то ищите упомянутые выше списки, вбив в поисковую строку «smr drive list» или «список SMR дисков».

Если же устройство уже попало к вам в руки, то тут способа определения три:

• В случае диска Toshiba, достаточно просто посмотреть в паспорт.

• На устройствах нарушающих стандарт и скрывающих применение SMR, утилита R.tester умеет определять использование этой технологии на основе определения вендор-семейства и знаний об их особенностях.

• Тесты чтения-записи с должным образом подобранными параметрами наглядно выявляют использование SMR. И иллюстрируют причины нередкого возмущения владельцев подобных устройств.

Далее о каждом из этих способов подробнее.

Для дисков Toshiba

На жестких дисках с SMR установлены соответствующие биты в паспорте накопителя, как и положено в соответствии с АТА-стандартом.

Определение использования SMR по вендор-семействам

Паспорт можно смотреть чем угодно. По вендор-семействам наличие SMR, на сколько мне известно, сейчас умеет определять только R.tester.

Тесты жесткого диска SMR и сравнение с CMR накопителем

Если диск заполнен информацией частично, то определить использование SMR можно даже с помощью теста чтения.

Благодаря особенности работы прошивки, на данный момент характерной только для SMR устройств. Микропрограмма знает какие из секторов пустые и даже не пытается их читать, сразу отдавая нули в ответ на запрос чтения. Чтение с поверхности пластины при этом не выполняется. Вот так в результате выглядит график чтения до середины SMR диска, заполненного данными на четверть:

Наиболее наглядным тестом записи будет такой вариант, при котором кэш заполняется максимально быстро, а его раскладывание по лентам потребует записи в разные ленты.

Предполагаю, что для большинства моделей SMR дисков и способов подключения к компьютеру, таким способом будет случайная запись блоками размером в 2048 секторов.

Если заменить случайную запись на линейную с прыжками и подобрать размер прыжков таким образом, чтобы попадать в каждую ленту один-два раза, кэш будет заполняться с той же скоростью, но результат будет более наглядным. Так как ось адреса на графике будет одновременно являться осью времени, хоть и в нелинейном масштабе.

В качестве характерного размера ленты можно ориентироваться на 524288 блоков. Это число я и использовал в качестве размера прыжка в настройках теста.

По итогу выполнения большого количества тестов SMR дисков могу сказать, что формы графиков могут отличаться достаточно сильно. Даже для одного конкретного экземпляра диска. Причём очень сильно влияют даже такие казалось бы малозначительные вещи как отступ от нулевого LBA перед началом записи. Не говоря уже о заполненности кэша перед началом записи, распределении данных по диску и особенностей работы конкретных моделей.

Тем не менее, одного взгляда на результаты теста SMR диска, в сравнении с результатами CМR, вам будет достаточно для того, чтобы понять что за устройство перед вами.

Вот, к примеру. Два теста одного и того же диска. Причём в обоих случаях диск был заполнен одинаково и каждый раз ему давалось несколько часов перед запуском теста на очистку кэша. Собственно условия выполнения каждого теста были одинаковыми. Почему форма графиков так сильно отличается - достоверно не знаю, есть только предположения.

Диск исправен. За все три цикла записи пишется всего порядка 30 Гигабайт. Обратите внимание на катастрофическое падение скорости записи.

Теперь другая модель, снова одинаковые параметры тестов:

Почему я написал о том, что конкретная форма графика в данном случае не важна? Потому что всё равно сразу понятно кто есть кто, если знать как должен выглядеть график для исправного CMR диска:

Фоновый процесс раскладывания кэша по лентам влияет на производительность устройства в целом, не только скорость записи. Даже скорость чтения падает. Вот тест чтения, который был выполнен сразу после записи в одном наборе тестов:

Такие тесты также можно использовать для определения использования SMR.

В дополнение

Если вас интересуют детальные настройки тестов или полные наборы результатов - пишите, выложу.

Мой коллега сделал видеоролик на тему тестирования SMR дисков. Он получился достаточно коряво, но было решено что лучше выложить сейчас как есть, поскольку перспектива появления улучшенной версии с нашими навыками видеоблогинга выглядела сомнительной.