Технология черепичной магнитной записи (Shingled Magnetic Recording / SMR) позволяет увеличить количество дорожек на 25% на каждой пластине. Эффект увеличения плотности достигается за счет того, что ширина считывающего элемента магнитной головки примерно в 4-5 раз меньше записывающего. Например, для современных дисков ширина элемента записи 50 нанометров, а элемента чтения 10 нм. Но как записать дорожку меньшей ширины, чем ширина элемента записи? Если записать одну дорожку, а поверх нее же записать другую, но со смещением в ширину головки чтения, то прочитать можно будет обе дорожки. В результате запись напоминает укладку черепицы на крыше: вначале укладывается верхний ряд, за ним ряд чуть ниже со смещением. Отсюда и название метода магнитной записи.
На рисунке показан внешний вид 7 черепичных треков и то, как они получаются. Вначале, записывается дорожка 1. За ней дорожка 2 со смещением в ширину головки чтения. И так продолжается до записи дорожки 8, которая формирует черепичный трек 7 и обычную классическую дорожку 8.
Внимательный читатель спросит: а как так получается, что элемент чтения в 5 раз меньше, что позволяет сделать запись в 5 раз плотнее, а в реальности плотность увеличивается всего на 25%? Дело в том, что на текущий момент точность системы позиционирования головки составляет +/-7 нанометров. Этот факт не позволяет сделать дорожку уже 35 нанометров.
Увеличение плотности записи черепичным способом не бесплатно. За возможность подрасти в емкости дискам приходится платить существенным усложнением распределения информации на поверхности. Происходит это вот почему: чтобы перезаписать один сектор данных, необходимо не только переписать всю дорожку на которой он находится, но и все последующие дорожки. Естественно, чтобы переписать информацию где-либо, ее вначале оттуда нужно считать. И если у нас черепицей уложен весь диск, то для изменения хотя бы одного бита придется прочитать и записать все дорожки от расположения бита до самого конца диска. Следовательно, скорость записи упадет в сотни тысяч раз. Понятно, что сделать так, чтобы скорость записи не падала вовсе не получится. Но хоть как-то ее ускорить можно?
Да, для этого дорожки SMR-диска объединены в небольшие группы, называемые лентами и укладываются в черепицу, соответственно, только дорожки одной ленты. Благодаря такой группировке дорожек, в случае обновления данных, читать и перезаписывать придется не всю пластину, а лишь ограниченное количество дорожек, что существенно ускоряет процесс.
А что произойдет, если операционная система запросит модификацию данных в 100 секторах, но по несчастью все они будут находиться в разных лентах? Ясно, что диск опять задумается почти на вечность и если еще в этот момент выключить питание, то обратно целенькие данные уже не получим. Чтобы постараться избежать таких сценариев для каждого типа дисков разрабатывается свой размер ленты и система буферизации записи с учетом сферы его применения.
Выделяют три типа устройств, поддерживающих черепичную запись:
- Автономные (Drive Managed).
- Управляемые хостом (Host Managed).
- Поддерживаемые хостом (Host Aware).
Типы 2 и 3 разработаны и используются в оборудовании для дата центров и с обычными компьютерами работать не будут. Но, тип 1 уже широко распространен. Опишем его подробнее.
Работа с автономными черепичными дисками не требует изменений в БИОСе и операционной системе компьютера. Вся сложность процессов чтения/записи ложится на систему кэширования самого диска. Любые изменения данных на этом диске сперва делаются в не черепичных областях и заносятся в специальный список модификаций, который в случае Western Digital называется транслятором второго уровня, а в случае Seagate называется медиакэшем. Эти модификации вносятся в области с черепичной записью позднее либо в моменты их чтения, либо в моменты простоя. В ситуации же записи без остановки, у диска, в какой-то момент, заканчивается область кэширования и он надолго перестает обрабатывать новые запросы, пересобирая данные и записывая их в ленты.
Очевидно, что такая схема работы HDD явно не добавляет ему надежности и создает существенные трудности при восстановлении данных в случае потери таблиц транслятора второго уровня или медиакэша.
статья подготовлена по материалам ACELab