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火星教室:叠瓦式磁记录的详细解释SMR游戏基础知识
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  SMR(Shingled Magnetic Recording)叠瓦式磁游戏是一种采用新的磁存储技术的大容量磁游戏。SMR磁游戏给予磁游戏上的数据轨道部分重叠,就像屋顶上的瓷砖,这种技术称为叠瓦式磁记录技术。这种技术在制造过程中的变化很小,但它可以显著提高磁磁游戏存储密度。

  在平等今世界,数据量在迅速增长,,SMR技术可以有效地降低单位容量磁磁游戏存储成本,这是未来高密度磁游戏存储技术的发展趋势。

  如果SMR磁磁游戏读接受行为给予普通磁磁游戏读接受行为相同,但是它的写作行为发生了巨大的变化:不再支持随机书写入和原位更新写入。这是因为SMR磁游戏上新写入的磁道覆盖给予其重叠的所有磁道,销毁上面的数据。换句话说,,给予传说 磁游戏相比,,SMR游戏不再支持随机书写,只能执行顺序追加。答复要使用的书写方法的限制SMR磁磁游戏存储系统提出了很大的挑战。

SMR磁游戏技术原理

  大数据时代的数据量呈指数级增长,预计每两年增加一倍。硬游戏作为一种经济高效的存储介质,在平等今的存储数字世界中仍然扮演着重要的角色。

  硬游戏驱动器的存储面密度(单位面积存储位数)受物理定律的限制,目前由硬游戏驱动器使用PMR垂直磁记录(Perpendicular Magnetic Recording)技术即将达到其存储密度的极限。这个行业渴望引进新技术来克服限制,继续稳步增加产能。

  SMR游戏是领先的下一代磁游戏技术。 SMR圆游戏制造过程中的变化很小,因为它使现有磁头和媒体技术保持不变,它通过屋顶上的瓦片等重叠的痕迹来增加其储存表面的密度。

  特别地 ,硬游戏分为同心圆磁道和圆磁道,轨道和轨道之间有一定的间隔,发挥保护作用。硬磁游戏磁头坐磁游戏记录介质的上方,包含用于写入的写入头和用于读接受的读头,两者是分开的。想要在磁游戏上写入数据,为了改变磁游戏上的记录,必须在写入头上施加强磁场,这进一步要求写入磁头足够大以产生所需的写入磁场强度。如此,如果轨道之间没有重叠,,磁游戏上每英寸的磁道数由写入磁头的宽度决定。

传说 硬游戏和SMR磁游戏磁记录模式的比较原理图

  另一方面,磁砖书写利用了磁游戏读接受所需的磁场强度低于写入所需的磁场强度这一事实。换句话说,,磁游戏读接受所需的磁道宽度可以小于写入所需的磁道宽度,读接受头的宽度可以小于写入头的宽度。SMR写入磁游戏上的数据是通过部分重叠前面的轨道来编写的,同时,较窄的读接受头有足够的空间读接受前一轨道的数据。平铺写的结果是一条狭窄的阅读轨道,以及最终被用于写作的更宽的书写轨道,写入将覆盖几个读曲目的宽度。

  给予传说 磁游戏相比,,SMR磁游戏被 同一到达写入,在同一到达接收更多的磁道,从而提高了储能面密度,反过来,单位磁磁游戏存储容量成本也降低了。

  SMR磁碟把磁道分成几个带(Band),即说,由连续轨道构建的连续可写到达,每个到达作出一个基本单元,需要按顺序书写。Band是SMR游戏上的物理概念,相应的逻辑概念是“到达”(zone),是上水平软件所能看到的SMR磁磁游戏顺序写入到达。一个zone的大小256 MB量级。在[退出]之后SMR磁游戏仍然真实保可以从轨道的不重叠部分读接受数据,zone数据仍然可以随意读接受。

  SMR磁游戏在生产和制造中分为到达,被 zone在他们之间留出一个很大的间隔来识别zone来位置。也,硬游戏供应商SMR在磁游戏上的一个小到达,利用传说 硬游戏不重叠轨道组织,部分存储密度被牺牲以换接受这些zone随机书写能力。本部分zone它叫“传说 地区”(Conventional Zone),它为上水平应用程序的随机书写提供了立足点。

  在传说 硬游戏上,存储在磁游戏上的用户数据由文件系统管理,文件系统假设磁游戏提供块连接器,块是独立的和可更新的单元。但是,在[退出]之后平铺写,如此不再支持随机和就地更新写入,SMR磁游戏需要一种新的数据管理解决办法 。找到一种有效存储的方法、检索给予管理SMR磁游戏上这些大的顺序写入到达中的数据,在不造成太多空间浪费的情况下,这是很有挑战性的。

SMR磁游戏分类

  SMR磁游戏记录为平铺类型,方法是将zone按顺序排列的重叠轨道,获得了较高的储能面密度、更大的磁游戏容量、较低的单位容量价格。在得到这个好处的同时,,SMR磁游戏还答复上水平应用提出了一些限制,包括SMR游戏在zone只能按顺序写,不支持随机书写,SMR磁磁游戏空间是用一个Zone的大小(相似256MB)粒度。

  SMR磁游戏到写约束可以由硬件端的硬游戏本身来管理,它也可以通过主机端的软件来实现。前者它叫“驱动器自管理SMR游戏”(Drive Managed SMR disk),下称DM SMR游戏。而后者则会SMR内部组织结构通过新的接口向上水平软件公开。

  制定SCSI协商性T10国际组织给予发展ATA协商性T13国际组织的目标是SMR游戏答复SCSI和ATA该议定书也相应地扩大了范围。

  • T10该组织ZBC(Zoned Block Commands),-定义.定义.SMR游戏相关的术语和行为,使SAS接口SMR必须在磁游戏上遵守的规范。
  • T13该组织ZAC(Zoned-device ATA Commands),给予ZBC相似,是SATA接口SMR必须在磁游戏上遵守的标准。

  ZBCZAC默认遗嘱SMR磁游戏抽象成一组Zone一组,其中之一Zone连续的LBA作出。ZBC给予ZAC所有这些都是在标准中定义的SMR可以存在于磁游戏上的三种类型Zone:

  • 传说 Zone(Conventional Zone简称为C-Zone)
  • 优先顺序写入Zone(Sequential-Preferred Zone简称为SP-Zone)
  • 强制顺序写入Zone(Sequential-Required Zone简称为SR-Zone)

  答复C-Zone而言,就像传说 硬游戏一样,它具有完全的随机书写能力,写信给它IO逻辑块地址(LBA)答复…的顺序没有任何限制。C-Zone大小一般不超过SMR磁游戏容量1%。

  SP-Zone答复书面订单也没有强制性的限制,但是,和C-Zone区别是,SP-Zone坐SMR磁磁游戏顺序被写入该到达,最适合顺序写。SP-Zone引入了一个写指针(Write Pointer,下称WP)概念,指针等于Zone最大的LBA,应用程序应首选在SP-Zone中的写指针处写入数据。如果硬游戏本身可以处理未写入指针的写入(随机书写),但这是有代价的,可能导致后续数据迁移、垃圾收集等。

  每人Zone,SR-Zone并公开了写入指针WP.的地位,但是,硬游戏设备将拒绝写入LBA除,即SR-Zone必须从写入指针的平等前位置来,执行顺序追加写入。

  平等SR-Zone满的时候,,它需要通过Reset Write Pointer操作将WP重置为Zone前面,即说,清空Zone恢复空间,白手起家。SP-Zone和SR-Zone它统称为手指区(Write Pointer Zone)。

  如前所述,如果硬游戏使用瓷砖书写技术,,但它没有暴露Zone和WP,写入的顺序约束由硬游戏固件本身管理,尊龙人生就是博称之为Drive Managed SMR。

  如果硬游戏使用瓷砖书写技术,,暴露在外面的世界里Zone和WP,而Zone类型仅包含C-Zone和SR-Zone,所以尊龙人生就是博称之为Host Managed SMR(主机托管SMR游戏)。

  如果硬游戏使用瓷砖书写技术,,它也暴露在外界Zone和WP,而Zone按C-Zone和SP-Zone构建,所以尊龙人生就是博称之为Host Aware SMR(主机感知SMR游戏)。

  HA SMR这个磁游戏可以看作是DM SMR游戏和HM SMR折中式磁游戏。

  上表总结了三种SMR磁游戏特性。虽然DM SMR磁游戏使用给予传说 硬游戏相同的接口,在内部实现一个平铺转换水平STL(Shingle Translation Layer)顺序写入的隐藏限制,但它也有一个很大的缺点:

  在一定的工作负载下随机书写入,DM SMR数据迁移是磁游戏内顺序写入到达所必需的、后台操作,如垃圾收集,DM SMR磁磁游戏性能可能会受到不可预测的影响,性能波动很大。

  同时 ,HM SMR磁游戏不会伪装成传说 的磁游戏,它是基于ZBC/ZAC标准暴露于外界zone和WP抽象结构,允许高级软件全面管理SMR磁游戏顺序写入约束,答复于不符合顺序书写规则的人IO请求是一个直接错误返回。通过公开新接口,HM SMR磁游戏IO行为完全由软件控制,如此,它的性能是可控的,最大限度的发挥SMR磁磁游戏优点。

  但是缺点是必须修改软件的上水平才能使用它HM SMR游戏。HA SMR磁游戏提供和HM SMR游戏一样的新接口,但平等它接收到不符合顺序书写原则的人时,IO是,HA SMR磁游戏将允许它写入而不是报告错误,有一定的灵活性。

  无论哪种类型的SMR游戏,尊龙人生就是博都需要应用上水平IO行为特征SMR给予磁游戏顺序写入的内在特性相匹配,否则,你就不能SMR游戏工作在最佳状态。