Жесткие диски с технологией SMR: за и против

Покупая жесткий диск, пользователи ориентируются на объем, форм-фактор, скорость вращения шпинделя и размер кэша. Однако есть еще одна характеристика, которая существенно влияет на производительность винчестеров – технология записи.

Технология записи жестких дисков

Схема работы жесткого диска не сложная. Круглые пластины из металла с покрытием из ферромагнитного сплава, вращаются на шпинделе. На пишущие головки подается напряжение, которое намагничивает участки дисков. Каждый намагниченный участок называется доменом, и хранит бит данных, приобретая значения 0 или 1. Значение домена определяется магнитным вектором.

Сейчас в жестких дисках используется две технологии записи информации:

CMR – аббревиатура от «conventional magnetic recording», что обозначает «обычная магнитная запись». Из названия видно, что это стандартная технология записи, которая распространена у большинства современных жестких дисков.

На самом деле CMR – это упрощенный вариант, произошедший от аббревиатуры PMR, обозначающей технологию перпендикулярной записи. Это значит, что вектор намагниченности доменов располагается под прямым углом к плоскости диска, то есть перпендикулярно. В CMR-накопителях при записи информации треки (дорожки) накладываются параллельно, не взаимодействуя друг с другом.

SMR – черепичная магнитная запись. Все треки записываются, частично накладываясь на предыдущий, словно черепица на крыше. Если необходимо перезаписать информацию в середине массива, системе придется продублировать второй трек, который наложен сверху, что влечет за собой перезапись третьего по счету и дальше по цепочке.

Чтоб избежать перезаписи всего диска, дорожки объединяют в ленты. При записи информации, обновление треков не выходит за пределы одной ленты.

Управление процессами записи и перезаписи осуществляется компонентами самого диска или с участием системы ПК:

DM-SMR – запись регулируется только контроллером. К этой группе относится большинство жестких дисков пользовательского сегмента.

HM-SMR – процессы записи и чтения контролируются системой (хостом), а фиксация данных осуществляется строго последовательно.

HA-SMR – комбинация двух технологий, процессы записи могут контролироваться силами винчестера или хоста.

Также в различных источниках можно встретить упоминание о технологии LMR. Это продольная запись, при которой магнитный вектор находится на плоскости диска. Технология устаревшая и с 2010 года не используется.

Плюсы и минусы SMR

У дисков с черепичной технологией записи есть определенные преимущества:

• Наслоение треков позволяет существенно экономить место на физическом диске винчестера, а значит повышается емкость накопителя.
• Необходимого объема накопителя можно достичь меньшим количеством физических дисков, следовательно, уменьшается вес, энергопотребление, шум и степень нагрева.
• SMR-диски имеют меньшую себестоимость.

Не обошлось и без недостатков:

• При регулярной перезаписи информации, диск быстрее изнашивается, появляются ошибки и битые сектора
• Если объем перезаписываемых данных большой, или на диске осталось мало свободного пространства, активизируется технология случайной записи. Это значит, что записываемая информация распределяется по пустующим участкам диска в случайном порядке. При этом устройству приходится перезаписывать большое количество лент, что в свою очередь приводит к существенному падению скорости записи и времени отклика диска.

Однако самой острой проблемой по мнению пользователей является тот факт, что не все производители считают нужным сообщать, какая технология записи используется в различных моделях.

Компания Seagate – наверное единственная, которая откровенно заявила о применении технологии SMR в своих жестких дисках. Но в апреле 2020 года несколько журналистских расследований доказали, что технология черепичной записи используется и другими корпорациями без соответствующей маркировки и каких-либо упоминаний.

Полемика велась больше месяца, в результате производители опубликовали списки моделей дисков SMR и написали подробные рекомендации по эксплуатации к линейкам, предназначенным для data-центров, NAS-хранилищ и RAID-массивов. Это именно те конфигурации систем хранения данных, которые в большей степени зависят от скоростных характеристик накопителей.

Как правильно использовать диски SMR

Несмотря на очевидные и в некоторых случаях критичные недостатки, SMR-диски нельзя считать продуктами недостойными внимания. В некоторых сценариях экономия может быть вполне оправдана.

Идеальным режимом эксплуатации SMR-дисков является сценарий WORM – «однократно записал, многократно прочитал». Или же Cold Data (холодные данные) – информации которая записывается и крайне редко заменяется, в основном только читается. Также накопители можно использовать в качестве домашних хранилищ статичного контента: фотографий, аудиотеки, фильмов и прочего.

Падение скоростей дисков SMR не доставит проблем в сборках с достаточным количеством оперативной памяти. Объем ОЗУ определяет частоту обращения к файлу подкачки. Если в ПК установлена оперативная память в объеме 16 ГБ и более, файл подкачки задействуется по минимуму, снижая нагрузку на винчестер.

Избавить винчестер от чрезмерной нагрузки поможет установка в систему пользовательского SSD. На твердотельный накопитель следует установить операционную систему, игры, рабочие программы и приложения. Другими словами, все те элементы, которые в процессе работы ПК часто модифицируются.

SMR-диски крайне не рекомендуется использовать в конфигурациях массивов RAID 5/50, RAID 6/60, RAIDZ. Высокая степень нагрузки может привести к падению производительности всего массива. В домашних NAS-хранилищах с конфигурацией RAID 5 допускается использование младших моделей винчестеров WD линейки Red.

Таким образом, если выбрать правильный сценарий эксплуатации, жесткие диски SMR с «черепичной» магнитной записью могут стать удачным выбором для создания систем хранения информации за умеренную цену.