До недавнього часу черепичний запис Shingled Magnetic Recording (SMR) використовувався в недорогих моделях жорстких дисків Seagate, а також у всіх моделях компанії типорозміру 2.5". Такі диски заслужено отримали репутацію повільних, з нестабільною швидкістю запису і випадкового доступу. Другий виробник жорстких дисків, Western Digital, довгий час залишався в стороні, продовжуючи випускати накопичувачі, що використовують конвенційний спосіб запису CMR. Багато користувачів засновували свій вибір накопичувача, виходячи саме з цього критерію.
Недавні події перевернули звичні уявлення: в дисках Western Digital, призначених для роботи в складі багатодискових мережевих сховищ, виявилася «черепиця», що призводило до відмов в роботі RAID масивів. У цій статті ми детально розповімо про те, що таке черепичний запис, в яких сценаріях її використання допустимо, в чому полягають відмінності між підходами WD і Seagate і до чого призвело журналістське розслідування.
Скандальна черепиця
Не так давно в мережі розгорнувся скандал: в дисках лінійки WD Red, призначених для роботи в складі мережевих сховищ, виявилися недокументованна особливість. Хронологія подій така.
2 квітня 2020
Користувачем Крістіан Франке (Christian Franke) було опубліковано дослідження, в якому було розказано про використання недокументованої технології SMR (черепичний запис Shingled Magnetic Recording) в деяких дисках лінійки WD Red. Крістіан описав, до яких саме проблем це призводить в рамках масивів. Відомі особливості технології приводили до деградації масивів RAID у випадках, коли такі диски використовувалися спільно з «класичними» дисками (CMR, Conventional Magnetic Recording). Більш того, відновлення таких масивів виявлялося неможливим через постійні повторні випадання диска з SMR.
Задовго до цього користувачі задавалися питанням «чи не використовується в даній моделі технологія SMR?» Представники Western Digital під різними приводами відмовлялися розголошувати використовувану в дисках технологію. «Ми не розголошуємо особливості внутрішнього функціонування наших дисків кінцевим споживачам». Ось цитата відповіді з техпідтримки:
I understand your concern regarding the PMR and SMR specifications of your WD Red drive.
Please be informed that the information about the drive is whether use Perpendicular Magnetic Recording (PMR) or Shingled Magnetic Recording (SMR), is not something that we typically provide to our customers. I am sorry for the inconvenience caused to you.
What I can tell you that the most products shipping today are Conventional Recording (PMR). We began shipping SMR (Shingled Magnetic Recording) at the start of 2017. For more information please refer the link mentioned below.
Ось інший варіант відповіді.
We have received your inquiry whether internal WD Red drive WD40EFAX would use SMR technology. I will do my best here to assist and please accept our sincere apologies for the late reply.
Please note that information on which of our drives use PMR or SMR is not public and is not something that we typically provide to our customers. What we can tell you is that most WD products shipping today are Conventional Recording (PMR) - please see additional information below. However, we began shipping SMR (Shingled Magnetic Recording) at the start of 2017.
(Джерело)
У перекладі: «Велике спасибі за звернення. Звертаємо вашу увагу, що інформація про використання PMR і SMR не є публічно доступною і не розголошується нашим клієнтам. Однак можу повідомити, що велика частина поставляються продуктів WD використовує CMR; нижче - додаткова інформація. Проте, на початку 2017 ми почали відвантажувати диски з SMR. »
Приблизно таку відповідь отримав Крістіан Франке. Крістіан на цьому не зупинився, отримавши в результаті таку відповідь:
Just a quick note. The only SMR drive that Western Digital will have in production is our 20TB hard enterprise hard drives and even these will not be rolled out into the channel.
All of our current range of hard drives are based on CMR Conventional Magnetic Recording.
With SMR Western Digital would make it very clear as that format of hard drive requires a lot of technological tweaks in customer systems.
With regards
Yemi Elegunde
Enterprise & Channel Sales Manager UK
Western Digital®
WDC UK, a Western Digital company
У відповіді стверджується, що єдиний диск WD з SMR - це накопичувач на 20 ТБ, призначений для великих сховищ даних. За твердженням представника WD, всі інші диски компанії використовували CMR.
Подальші спроби домогтися хоч якоїсь виразної інформації привели до пропозиції «обговорити проблему з інженерами та спеціалістами з жорстких дисків в телеконференції». Телеконференція, втім, не відбулася. Користувачі звернулися до журналістів.
14 квітня 2020
Отже, Крістіан написав журналістам спеціалізованого видання Blocks & Files. Журналісти розібралися в проблемі і випустили статтю:
Western Digital admits 2TB-6TB WD Red NAS drives use shingled magnetic recording
Як ми знаємо, основний конкурент Western Digital - компанія Seagate, - використовує черепичний запис в накопичувачах лінійок Archive і BarraCuda Compute вже багато років. Чому ж саме в даному випадку використання SMR стало проблемою?
У статті наводиться кілька прикладів. Зокрема, користувачі, які замінювали вийшовши з ладу диски WD Red 6TB WD60EFRX на нові моделі WD60EFAX отримували атиповий тривалий час перестроювання масивів SHR1 і RAID5 (від 2 до 8 днів). У деяких користувачів перестроювання і зовсім завершувалося з помилкою: новий диск просто виключався з масиву як несправний. Очевидно, що в ряді сценаріїв нові диски працюють в рази гірше в порівнянні з попередньою моделлю, а в деяких випадках - не виконують заявлене завдання зовсім. Обман споживача в повний мірі - але представники Western Digital відмовлялися будь-яким чином коментувати ситуацію або просто визнати сам факт використання нової технології запису.
Саме в цей момент журналістам вдалося вперше отримати від Western Digital чітку відповідь: «Актуальні моделі WD Red 2TB-6TB компанії Western Digital використовують drive-managed SMR (DMSMR). Диски WD Red 8TB-14TB засновані на CMR. [...] Ви маєте рацію в тому, що ми не вказуємо технологію запису в документації на диски WD Red. [...] При тестуванні дисків WD Red ми не виявили проблем з перестроюванням RAID через технологію SMR ».
У своє виправдання, WD наводить такий аргумент: «У типовому середовищі домашніх NAS і NAS для малого бізнесу типові навантаження стрибкоподібні, залишаючи достатньо часу для збору сміття та інших сервісних операцій». Журналісти з Blocks & Files заперечили, що далеко не всі навантаження в рамках мережевих сховищ «типові» з точки зору виробника. Скандал продовжував розвиватися.
15 квітня 2020
Стаття потрапила в точку: проблема назріла вже у великої кількості користувачів. В мережі піднялася хвиля публікацій та обговорень, яка спонукала Blocks & Files продовжити розслідування.
У статті Shingled hard drives have non-shingled zones for caching writes розповідається про «стрічкову» організацію черепичного сховища, як і про те, що у кожного SMR накопичувача є буфер, який використовує класичний запис CMR. Тут пряма аналогія з сучасними накопичувачами SSD: є повільна TLC або навіть QLC NAND, але частина її використовується для буферизації записів в якості псевдо-SLC кеша. Так і тут: в жорстких дисках, які використовують черепичний запис SMR, є області CMR, які використовуються для прискорення запису. Таким чином у користувача, який тестує диск популярним пакетом CrystalDiskMark, виникає ілюзія нормальності: диск і читає, і пише дані без будь-яких сюрпризів.
Несподіванка відбувається тоді, коли обсяг записаних даних перевищує розмір області CMR або весь диск був одного разу заповнений даними, після чого накопичувачу доводиться на льоту "ущільнювати" інформацію. Такі ситуації в рамках NAS можуть наступити як мінімум в двох випадках: в разі перестроювання масиву класу RAID5 і подібних, в яких використовуються контрольні суми, і в разі запису великого обсягу даних (наприклад, при створенні і збереженні на диск звичайної резервної копії). У таких сценаріях видима швидкість запису падає в рази, а то і на один-два порядки. У моїх власних тестах швидкість перезапису заповненого накопичувача періодично просідає до 1-10 МБ / с при записі єдиного файлу об'ємом 1.5 ТБ (резервна копія системи). Я знаходжу таку швидкість неприйнятною.
У тій же статті автор розповів і про те, що відбувається при спробі перестроювання масиву RAID5 / 6, якщо новий диск використовує SMR. Величезна кількість операцій випадкового введення-виведення швидко призводить до переповнення буферної області CMR; контролер не встигає впоратися з навантаженням, повертаючи помилку відмови в обслуговуванні. Через короткий час (близько 40 хвилин) диск повністю йде в себе, а контролер RAID виключає його з масиву, позначаючи як несправний.
Що цікаво, нічого подібного не відбувається при використанні інших типів масивів - RAID0 / 1, а також при створенні нового масиву RAID5 / 6. Створюється враження, що розробники Western Digital просто не перевірили нові диски в сценарії перестроювання масиву RAID5 / 6, обмежившись лише самими найпростішими сценаріями.
Отже, Крістіан написав журналістам спеціалізованого видання Blocks & Files. Журналісти розібралися в проблемі і випустили статтю:
Western Digital admits 2TB-6TB WD Red NAS drives use shingled magnetic recording
Як ми знаємо, основний конкурент Western Digital - компанія Seagate, - використовує черепичний запис в накопичувачах лінійок Archive і BarraCuda Compute вже багато років. Чому ж саме в даному випадку використання SMR стало проблемою?
У статті наводиться кілька прикладів. Зокрема, користувачі, які замінювали вийшовши з ладу диски WD Red 6TB WD60EFRX на нові моделі WD60EFAX отримували атиповий тривалий час перестроювання масивів SHR1 і RAID5 (від 2 до 8 днів). У деяких користувачів перестроювання і зовсім завершувалося з помилкою: новий диск просто виключався з масиву як несправний. Очевидно, що в ряді сценаріїв нові диски працюють в рази гірше в порівнянні з попередньою моделлю, а в деяких випадках - не виконують заявлене завдання зовсім. Обман споживача в повний мірі - але представники Western Digital відмовлялися будь-яким чином коментувати ситуацію або просто визнати сам факт використання нової технології запису.
Саме в цей момент журналістам вдалося вперше отримати від Western Digital чітку відповідь: «Актуальні моделі WD Red 2TB-6TB компанії Western Digital використовують drive-managed SMR (DMSMR). Диски WD Red 8TB-14TB засновані на CMR. [...] Ви маєте рацію в тому, що ми не вказуємо технологію запису в документації на диски WD Red. [...] При тестуванні дисків WD Red ми не виявили проблем з перестроюванням RAID через технологію SMR ».
У своє виправдання, WD наводить такий аргумент: «У типовому середовищі домашніх NAS і NAS для малого бізнесу типові навантаження стрибкоподібні, залишаючи достатньо часу для збору сміття та інших сервісних операцій». Журналісти з Blocks & Files заперечили, що далеко не всі навантаження в рамках мережевих сховищ «типові» з точки зору виробника. Скандал продовжував розвиватися.
15 квітня 2020
Стаття потрапила в точку: проблема назріла вже у великої кількості користувачів. В мережі піднялася хвиля публікацій та обговорень, яка спонукала Blocks & Files продовжити розслідування.
У статті Shingled hard drives have non-shingled zones for caching writes розповідається про «стрічкову» організацію черепичного сховища, як і про те, що у кожного SMR накопичувача є буфер, який використовує класичний запис CMR. Тут пряма аналогія з сучасними накопичувачами SSD: є повільна TLC або навіть QLC NAND, але частина її використовується для буферизації записів в якості псевдо-SLC кеша. Так і тут: в жорстких дисках, які використовують черепичний запис SMR, є області CMR, які використовуються для прискорення запису. Таким чином у користувача, який тестує диск популярним пакетом CrystalDiskMark, виникає ілюзія нормальності: диск і читає, і пише дані без будь-яких сюрпризів.
Несподіванка відбувається тоді, коли обсяг записаних даних перевищує розмір області CMR або весь диск був одного разу заповнений даними, після чого накопичувачу доводиться на льоту "ущільнювати" інформацію. Такі ситуації в рамках NAS можуть наступити як мінімум в двох випадках: в разі перестроювання масиву класу RAID5 і подібних, в яких використовуються контрольні суми, і в разі запису великого обсягу даних (наприклад, при створенні і збереженні на диск звичайної резервної копії). У таких сценаріях видима швидкість запису падає в рази, а то і на один-два порядки. У моїх власних тестах швидкість перезапису заповненого накопичувача періодично просідає до 1-10 МБ / с при записі єдиного файлу об'ємом 1.5 ТБ (резервна копія системи). Я знаходжу таку швидкість неприйнятною.
У тій же статті автор розповів і про те, що відбувається при спробі перестроювання масиву RAID5 / 6, якщо новий диск використовує SMR. Величезна кількість операцій випадкового введення-виведення швидко призводить до переповнення буферної області CMR; контролер не встигає впоратися з навантаженням, повертаючи помилку відмови в обслуговуванні. Через короткий час (близько 40 хвилин) диск повністю йде в себе, а контролер RAID виключає його з масиву, позначаючи як несправний.
Що цікаво, нічого подібного не відбувається при використанні інших типів масивів - RAID0 / 1, а також при створенні нового масиву RAID5 / 6. Створюється враження, що розробники Western Digital просто не перевірили нові диски в сценарії перестроювання масиву RAID5 / 6, обмежившись лише самими найпростішими сценаріями.
15 квітня 2020
У черговій статті Seagate 'submarines' SMR into 3 Barracuda drives and a Desktop HDD журналісти продовжили експлуатувати тему SMR, розповівши, що подібною практикою займається і компанія Seagate.
Seagate давно використовує SMR в своїх накопичувачах на 2.5'', архівних Archive і десктопних BarraСuda Compute. Про це було відомо давно, компанія ніколи не приховувала цю інформацію. У той же час диски Seagate, призначені для роботи в NAS (лінійки Ironwolf і Ironwolf Pro) SMR не використовують, що, власне, і підтвердила компанія в офіційному прес-релізі. Таким чином, скандалу не вийшло: покупець, який хоча б мінімально цікавиться станом справ, завжди має можливість зрозуміти, який саме диск він купує і для чого. Особливості черепичного запису SMR описані Seagate в технічній документації до відповідних накопичувачів; про них ми ще поговоримо, поки ж повернемося до хронології.
16 квітня 2020
На наступний день журналісти з'ясували, що і в деяких дисках Toshiba також використовується SMR: Toshiba desktop disk drives have shingles too. Не впевнений, що це комусь цікаво з урахуванням зникаючої частки накопичувачів Toshiba в типорозмірі 3.5". Втім, ознайомитися зі списком моделей дисків Toshiba, в яких використовується SMR, в будь-якому випадку не завадить. На сьогоднішній день це 3.5" диски Toshiba P300 Desktop PC і DT02 об'ємом 4 і 6 ТБ, а також усі без винятку 2.5" моделі покоління MQ04.
20 квітня 2020
У Western Digital занепокоїлися. У статті SMR in disk drives: PC vendors also need to be transparent було опубліковано офіційну відповідь Western Digital, в якому компанія запевняє, що ніяких проблем у дисків насправді немає, якщо їх правильно використовувати. Більш свіжу версію відповіді можна прочитати в блозі Western Digital. З тексту можна зробити висновок, що перестроювання масивів RAID5 / 6 для дисків серії WD Red - неправильне використання і нецільове, а поняття NAS і RAID - поняття хоч і близькі, але не еквівалентні. Якщо користувач бажає використовувати диск для NAS в складі масиву RAID5 / 6, то варто купити модель дорожче - наприклад, з лінійки Ultrastar DC, WD Gold або WD Red Pro. Саме так і написано, буквально: «If you are encountering performance that is not what you expected, please consider our products designed for intensive workloads. These may include our WD Red Pro or WD Gold drives, or perhaps an Ultrastar drive. » Не буду цитувати цілком цей шедевр роботи департаменту Western Digital по зв'язку з громадськістю, з ним можна ознайомитися за посиланням вище.
21 квітня 2020
Зрозуміло, основний конкурент, компанії Seagate, не зміг не прокоментувати ситуацію. У статті Seagate says Network Attached Storage and SMR do not mix представник компанії підкреслює, що Seagate ніколи не використовувала черепичний запис в дисках Ironwolf і Ironwolf Pro, призначених для NAS, і не рекомендує використовувати диски з SMR в мережевих сховищах.
У черговій статті Seagate 'submarines' SMR into 3 Barracuda drives and a Desktop HDD журналісти продовжили експлуатувати тему SMR, розповівши, що подібною практикою займається і компанія Seagate.
Seagate давно використовує SMR в своїх накопичувачах на 2.5'', архівних Archive і десктопних BarraСuda Compute. Про це було відомо давно, компанія ніколи не приховувала цю інформацію. У той же час диски Seagate, призначені для роботи в NAS (лінійки Ironwolf і Ironwolf Pro) SMR не використовують, що, власне, і підтвердила компанія в офіційному прес-релізі. Таким чином, скандалу не вийшло: покупець, який хоча б мінімально цікавиться станом справ, завжди має можливість зрозуміти, який саме диск він купує і для чого. Особливості черепичного запису SMR описані Seagate в технічній документації до відповідних накопичувачів; про них ми ще поговоримо, поки ж повернемося до хронології.
16 квітня 2020
На наступний день журналісти з'ясували, що і в деяких дисках Toshiba також використовується SMR: Toshiba desktop disk drives have shingles too. Не впевнений, що це комусь цікаво з урахуванням зникаючої частки накопичувачів Toshiba в типорозмірі 3.5". Втім, ознайомитися зі списком моделей дисків Toshiba, в яких використовується SMR, в будь-якому випадку не завадить. На сьогоднішній день це 3.5" диски Toshiba P300 Desktop PC і DT02 об'ємом 4 і 6 ТБ, а також усі без винятку 2.5" моделі покоління MQ04.
20 квітня 2020
У Western Digital занепокоїлися. У статті SMR in disk drives: PC vendors also need to be transparent було опубліковано офіційну відповідь Western Digital, в якому компанія запевняє, що ніяких проблем у дисків насправді немає, якщо їх правильно використовувати. Більш свіжу версію відповіді можна прочитати в блозі Western Digital. З тексту можна зробити висновок, що перестроювання масивів RAID5 / 6 для дисків серії WD Red - неправильне використання і нецільове, а поняття NAS і RAID - поняття хоч і близькі, але не еквівалентні. Якщо користувач бажає використовувати диск для NAS в складі масиву RAID5 / 6, то варто купити модель дорожче - наприклад, з лінійки Ultrastar DC, WD Gold або WD Red Pro. Саме так і написано, буквально: «If you are encountering performance that is not what you expected, please consider our products designed for intensive workloads. These may include our WD Red Pro or WD Gold drives, or perhaps an Ultrastar drive. » Не буду цитувати цілком цей шедевр роботи департаменту Western Digital по зв'язку з громадськістю, з ним можна ознайомитися за посиланням вище.
21 квітня 2020
Зрозуміло, основний конкурент, компанії Seagate, не зміг не прокоментувати ситуацію. У статті Seagate says Network Attached Storage and SMR do not mix представник компанії підкреслює, що Seagate ніколи не використовувала черепичний запис в дисках Ironwolf і Ironwolf Pro, призначених для NAS, і не рекомендує використовувати диски з SMR в мережевих сховищах.
23 квітня 2020
Журналісти не змогли пройти повз посту WD. У статті Western Digital implies WD Red NAS SMR drive users are responsible for overuse problems задаються цілком резонні запитання: а як, власне, користувач може - навіть в теорії! - дізнатися про потенційні проблеми, якщо WD зберігала сам факт використання SMR в NAS-накопичувачах в секреті, відмовляючись навіть чесно відповісти на прямо поставлене запитання? І якщо вже користувачів звинуватили в «нецільовому» використанні дисків, то визначте формально «цільові» і «нецільові» сценарії для кожної моделі і лінійки моделей. У старому WD60EFRX перестроювання RAID5 / 6 було «цільовим» сценарієм, а в новій WD60EFAX стало «нецільовим». З цим можна працювати, але ... Але клієнтам про це повідомити забули, а на поставлені запитання відповідати відмовилися. Прямо скажемо, гра на межі фолу - що і призвело згодом до подачі колективного судового позову.
24 квітня 2020
У Western Digital здалися: компанія опублікувала повний список накопичувачів в форм-факторі 3.5", в яких використовується SMR.
Журналісти не змогли пройти повз посту WD. У статті Western Digital implies WD Red NAS SMR drive users are responsible for overuse problems задаються цілком резонні запитання: а як, власне, користувач може - навіть в теорії! - дізнатися про потенційні проблеми, якщо WD зберігала сам факт використання SMR в NAS-накопичувачах в секреті, відмовляючись навіть чесно відповісти на прямо поставлене запитання? І якщо вже користувачів звинуватили в «нецільовому» використанні дисків, то визначте формально «цільові» і «нецільові» сценарії для кожної моделі і лінійки моделей. У старому WD60EFRX перестроювання RAID5 / 6 було «цільовим» сценарієм, а в новій WD60EFAX стало «нецільовим». З цим можна працювати, але ... Але клієнтам про це повідомити забули, а на поставлені запитання відповідати відмовилися. Прямо скажемо, гра на межі фолу - що і призвело згодом до подачі колективного судового позову.
24 квітня 2020
У Western Digital здалися: компанія опублікувала повний список накопичувачів в форм-факторі 3.5", в яких використовується SMR.
Технологія черепичного запису залишається в накопичувачах WD Red, призначених для NAS, але виробник після безпрецедентного тиску громадськості знехотя і з застереженнями погодився більше не робити з цього секрету. Тепер користувач може зробити поінформований вибір: купувати «стару» модель WD Red без SMR або «нову» - з SMR. Або піти до конкурента, який не використовує SMR в накопичувачах для NAS зовсім. Або взяти наповнений гелієм диск об'ємом від 8 ТБ.
23 червня 2020
Не минуло й двох місяців, як компанія «вирішила проблему», і виходить чергова новина: модельний ряд накопичувачів WD Red розширено лінійкою WD Red Plus, в якій використовується конвенційний спосіб запису CMR. Тепер серія накопичувачів WD Red включає в себе стандартну версію WD Red (в ній буде використовуватися черепичний запис SMR), WD Red Plus (класичний спосіб запису CMR) і WD Red Pro, яка залишиться без змін.
У версію WD Plus увійшли жорсткі диски об'ємом від 2 до 6 ТБ, в яких, як і до журналістського розслідування, буде використовуватися класичний запис CMR. У найменуваннях нових дисків також з'явилося відмінність - замість передостанній літери «A» (моделі WDxxEFAX) тепер ставиться «R» (WDxxEFRX), що дозволяє відрізнити диски з CMR від моделей з SMR.
Все б непогано, але «нова» модель WD Red Plus з ідентифікатором WD60EFRX з точністю до написів на етикетках збігається зі «старої», знятої з виробництва моделі WD Red WD60EFRX. Тільки тепер «нова» модель носить горду назву Plus, а продається дорожче знятої з виробництва «старої». За такий спосіб вирішення власноруч створеної проблеми компанія вже зазнала масивної критики.
Що ж, подивимося на те, як насправді йде справа з дисками, що використовують технологію черепичного запису; чи є воно абсолютним злом або в деяких сценаріях економію можна виправдати.
23 червня 2020
Не минуло й двох місяців, як компанія «вирішила проблему», і виходить чергова новина: модельний ряд накопичувачів WD Red розширено лінійкою WD Red Plus, в якій використовується конвенційний спосіб запису CMR. Тепер серія накопичувачів WD Red включає в себе стандартну версію WD Red (в ній буде використовуватися черепичний запис SMR), WD Red Plus (класичний спосіб запису CMR) і WD Red Pro, яка залишиться без змін.
У версію WD Plus увійшли жорсткі диски об'ємом від 2 до 6 ТБ, в яких, як і до журналістського розслідування, буде використовуватися класичний запис CMR. У найменуваннях нових дисків також з'явилося відмінність - замість передостанній літери «A» (моделі WDxxEFAX) тепер ставиться «R» (WDxxEFRX), що дозволяє відрізнити диски з CMR від моделей з SMR.
Все б непогано, але «нова» модель WD Red Plus з ідентифікатором WD60EFRX з точністю до написів на етикетках збігається зі «старої», знятої з виробництва моделі WD Red WD60EFRX. Тільки тепер «нова» модель носить горду назву Plus, а продається дорожче знятої з виробництва «старої». За такий спосіб вирішення власноруч створеної проблеми компанія вже зазнала масивної критики.
Що ж, подивимося на те, як насправді йде справа з дисками, що використовують технологію черепичного запису; чи є воно абсолютним злом або в деяких сценаріях економію можна виправдати.
Реалізація SMR у Seagate: звичне зло
Простіше за все справи йдуть у Seagate. Купуючи недорогий диск від Seagate, користувач, швидше за все, отримає модель з черепичним записом. На сьогоднішній день справи в стані Seagate йдуть таким чином.
Лінійки Seagate Archive і BarraCuda Compute: як правило, поставляються з SMR. Саме такі диски встановлюються у зовнішні накопичувачі лінійок Expansion Desktop і Backup Plus Hub ємністю до 8 ТБ включно.
Лінійка BarraCuda Pro обходиться без SMR. До речі, всі диски Seagate об'ємом від 10 ТБ також використовують звичайний спосіб запису CMR; це пояснює помітну різницю в ціні між моделями зовнішніх накопичувачів Seagate на 8 і 10 ТБ.
У всіх дисках для NAS лінійок IronWolf і IronWolf Pro використовується чесний перпендикулярний запис (CMR).
Що таке черепичний запис? Детальна ілюстрована стаття викладена на сайті Seagate - дуже рекомендую ознайомитися.
При черепичному способу запису доріжки записуються на диск не паралельно, а з перехлестом, як черепиці на даху, що дозволяє додатково ущільнити запис. Використання черепичного способу запису дозволяє виробникам заощадити на виробництві, зробити диск менш шумним і менш важким за рахунок меншої кількості обертових «млинців» і головок читання-запису.
А, як щодо надійності дисків з SMR? Коли технологія тільки з'явилася на ринку, у користувачів були великі сумніви щодо довгострокової надійності таких дисків. На сьогоднішній день можна констатувати, що надійність дисків з SMR при звичайному використанні в якості архівних накопичувачів не гірше надійності дисків з CMR аналогічної ємності, а в окремих випадках може навіть перевищувати її за рахунок спрощення механічної частини.
Неприємна особливість реалізації SMR у Seagate в тому, що диски витримують гарну швидкість запису протягом лише першого циклу заповнення диска. Але варто користувачеві заповнити диск цілком і почати перезаписувати дані (сценарій, абсолютно типовий для регулярних резервних копій), як швидкість перезапису падає в рази в порівнянні з записом на свіжий диск. Ситуація чимось нагадує ту, в якій опинилися виробники перших твердотільних накопичувачів SSD: запис в блок відбувається швидко, а для перезапису єдиного байта потрібно зчитати цілий (і досить великий) блок даних, модифікувати потрібні дані і зберегти змінену інформацію. Так і тут: для перезапису єдиної доріжки потрібно спочатку зчитати всі наступні доріжки, які входять в об'єднаний блок (стрічку), після чого записати потрібну доріжку і відновити з буфера всі наступні.
Ось що сказав на цю тему виробник Seagate:
C технологією SMR пов'язана наступна проблема: якщо потрібно перезаписати або оновити частину інформації, переписати доведеться не тільки необхідний фрагмент, але і дані на наступних доріжках. Оскільки записуючий елемент ширше неперекриваючої області доріжки, він захоплює також дані, які межують на доріжках, а значить, потім доведеться перезаписати і їх (рис. 3). Таким чином, при зміні даних на нижній доріжці, потрібно скорегувати дані на найближчій накладеній доріжці, потім на наступній, і так далі, поки не буде переписана вся пластина.
Рис. 3. Який Записує елемент, який перекриває накладуючі доріжки
З цієї причини доріжки SMR-диска об'єднані в невеликі групи, звані стрічками. Накладаються один на одного, відповідно, тільки доріжки в межах однієї стрічки (рис. 4). Завдяки такому гуртуванні в разі поновлення деяких даних перезаписувати доведеться не всю пластину, а лише обмежену кількість доріжок, що істотно спрощує і прискорює процес.
З цієї причини доріжки SMR-диска об'єднані в невеликі групи, звані стрічками. Накладаються один на одного, відповідно, тільки доріжки в межах однієї стрічки (рис. 4). Завдяки такому гуртуванні в разі поновлення деяких даних перезаписувати доведеться не всю пластину, а лише обмежену кількість доріжок, що істотно спрощує і прискорює процес.
Рис. 4. Структура стрічки на SMR-диску
(Джерело)
Така організація призводить до того, що швидкість перезапису даних падає з умовних 180 МБ / с до 40-50 МБ / с. Обійти проблему можна спробувати, включивши для диска кешування запису і здійснюючи запис великими блоками, розмір яких не менше розміру однієї стрічки. Так, тестовий зразок LaCie 2.5" 4TB демонстрував швидкість запису на чистий накопичувач близько 130 МБ / с. Після першого заповнення диска швидкість запису даних впала до 20-40 МБ / с; що характерно, не допомогло ні форматування диска, ні перерозбивка на розділи. Ще гірше себе показав варіант ємністю 5 ТБ, швидкість перезапису даних якого впала нижче 10 МБ / с. Частково виправити ситуацію допомогло включення кешування запису і запис даних великими блоками; втім, навіть така первісна висока швидкість запису не відновилася.
Проілюструю роботу SMR в момент перезапису даних. Побачити подібні цифри вийде лише після того, як весь обсяг диска був заповнений хоча б один раз, а обсяг записуваних протягом однієї сесії даних перевищує розмір буфера CMR (при цьому очищення або переформатування диска ніяк не вплинуть на продуктивність). На першому скріншоті - запис з відключеним кешуванням запису. Швидкість запису періодично просідає від 1 до 10 МБ / с. Ця швидкість показує внутрішню суть процесу. В процесі запису контролер зчитує стрічку (блок черепичних доріжок) в буфер; модифікує одну доріжку; записує всю стрічку з буфера на диск. Наступна доріжка - повторення циклу. В результаті маємо процес, який на Reddit описали так: «Багато хто говорить, що SMR - це повільно, але мало хто уявляє, наскільки повільно це насправді. Уявіть, що вам потрібно пропхати слона через замкову щілину. Представили? А тепер уявіть, що з іншого боку активно пручаються. Ось це і буде запис SMR. »
(Джерело)
Така організація призводить до того, що швидкість перезапису даних падає з умовних 180 МБ / с до 40-50 МБ / с. Обійти проблему можна спробувати, включивши для диска кешування запису і здійснюючи запис великими блоками, розмір яких не менше розміру однієї стрічки. Так, тестовий зразок LaCie 2.5" 4TB демонстрував швидкість запису на чистий накопичувач близько 130 МБ / с. Після першого заповнення диска швидкість запису даних впала до 20-40 МБ / с; що характерно, не допомогло ні форматування диска, ні перерозбивка на розділи. Ще гірше себе показав варіант ємністю 5 ТБ, швидкість перезапису даних якого впала нижче 10 МБ / с. Частково виправити ситуацію допомогло включення кешування запису і запис даних великими блоками; втім, навіть така первісна висока швидкість запису не відновилася.
Проілюструю роботу SMR в момент перезапису даних. Побачити подібні цифри вийде лише після того, як весь обсяг диска був заповнений хоча б один раз, а обсяг записуваних протягом однієї сесії даних перевищує розмір буфера CMR (при цьому очищення або переформатування диска ніяк не вплинуть на продуктивність). На першому скріншоті - запис з відключеним кешуванням запису. Швидкість запису періодично просідає від 1 до 10 МБ / с. Ця швидкість показує внутрішню суть процесу. В процесі запису контролер зчитує стрічку (блок черепичних доріжок) в буфер; модифікує одну доріжку; записує всю стрічку з буфера на диск. Наступна доріжка - повторення циклу. В результаті маємо процес, який на Reddit описали так: «Багато хто говорить, що SMR - це повільно, але мало хто уявляє, наскільки повільно це насправді. Уявіть, що вам потрібно пропхати слона через замкову щілину. Представили? А тепер уявіть, що з іншого боку активно пручаються. Ось це і буде запис SMR. »
Швидкість перезапису з відключеним кешем на запис.
На другому скріншоті - те ж саме, але з включеним кешуванням запису. Тепер в буфер накопичувача потрапляє не доріжка, а вся стрічка цілком (точніше, може потрапляти - фактичного розміру стрічки і того, як він співвідноситься з розміром буфера накопичувача, ми не знаємо). Якби контролер накопичувача був трішки розумнішими (або хоча б підтримував інструкцію trim, як в WD), то він зрозумів би, що потрібно перезаписати всю стрічку цілком - і зробив би саме це. Але ні; контролер раз по раз зчитує стрічку в буфер, модифікує дані і записує їх назад. Швидкість запису в результаті варіюється від нульової до максимальної (близько 100 МБ / с в цій частині диска).
На другому скріншоті - те ж саме, але з включеним кешуванням запису. Тепер в буфер накопичувача потрапляє не доріжка, а вся стрічка цілком (точніше, може потрапляти - фактичного розміру стрічки і того, як він співвідноситься з розміром буфера накопичувача, ми не знаємо). Якби контролер накопичувача був трішки розумнішими (або хоча б підтримував інструкцію trim, як в WD), то він зрозумів би, що потрібно перезаписати всю стрічку цілком - і зробив би саме це. Але ні; контролер раз по раз зчитує стрічку в буфер, модифікує дані і записує їх назад. Швидкість запису в результаті варіюється від нульової до максимальної (близько 100 МБ / с в цій частині диска).
Швидкість перезапису з включеним кешем на запис.
На скріншотах добре видна одна з проблем накопичувачів з SMR: надзвичайно повільний перезапис великих масивів даних. З огляду на, що такі диски (на скріншоті - модель Seagate Backup Plus 5TB) часто продаються для зберігання резервних копій, розмір яких може досягати від сотень гігабайт до декількох терабайт, така продуктивність на основній (і, по суті, єдиній) задачі пристрою - абсолютно неприйнятна.
А що щодо швидкості читання?
На скріншотах добре видна одна з проблем накопичувачів з SMR: надзвичайно повільний перезапис великих масивів даних. З огляду на, що такі диски (на скріншоті - модель Seagate Backup Plus 5TB) часто продаються для зберігання резервних копій, розмір яких може досягати від сотень гігабайт до декількох терабайт, така продуктивність на основній (і, по суті, єдиній) задачі пристрою - абсолютно неприйнятна.
А що щодо швидкості читання?
Добре відома проблема SMR - низька швидкість позиціонування головок, пов'язана з високою щільністю розташування доріжок. Відповідно, випадковий доступ до даних, на відміну від послідовного, при інших рівних умовах в моделях з SMR буде нижче, ніж в дисках без «черепиці». Але на цьому проблеми не закінчуються. У дисках з SMR без trim так само, як і в накопичувачах SSD, використовується механізм трансляції адрес. Диск намагається записати нову порцію даних спочатку в CMR буфер, а коли він заповнений - в першу вільну стрічку. Відповідно, відбувається трансляція логічних адрес в фізичні; при цьому виникає внутрішня фрагментація даних. І якщо для SSD внутрішня фрагментація не має ніякого значення, то у випадку з механічними дисками ми отримуємо подвійний удар: файли «розмазуються» по незайнятим стрічкам, і при цьому швидкість випадкового доступу низька через збільшених вимог до точності позиціювання головки. В результаті при невдалому збігу обставин ми отримуємо диск, читання даних з якого перетворюється в горезвісне проштовхування слона через замкову щілину.
Втім, модель від моделі бувають різні. У згаданому вище зовнішньому накопичувачі використовується диск Seagate BarraCuda 5TB (ST5000LM000), яка була однією з перших 2.5"моделей з SMR. Реалізація черепичного запису в ньому сира, чимось нагадує поведінку найперших SSD, які втрачали в швидкості запису відразу після першого заповнення. Моя думка: в такому вигляді накопичувач не можна було випускати на ринок.
А в якому - можна? Чи можна зробити так, щоб диски з SMR можна було взяти, не відчуваючи помітних незручностей? Виявляється, навіть в рамках технології SMR можна створювати цілком непогані диски (зрозуміло, зі своїми обмеженнями і вузьким спектром сценаріїв використання), якщо правильно зробити програмну частину - прошивку контролера. І вийшло це зробити вперше не у Seagate, піонера технології, а у основного конкурента - компанії Western Digital, героя цієї статті.
Втім, модель від моделі бувають різні. У згаданому вище зовнішньому накопичувачі використовується диск Seagate BarraCuda 5TB (ST5000LM000), яка була однією з перших 2.5"моделей з SMR. Реалізація черепичного запису в ньому сира, чимось нагадує поведінку найперших SSD, які втрачали в швидкості запису відразу після першого заповнення. Моя думка: в такому вигляді накопичувач не можна було випускати на ринок.
А в якому - можна? Чи можна зробити так, щоб диски з SMR можна було взяти, не відчуваючи помітних незручностей? Виявляється, навіть в рамках технології SMR можна створювати цілком непогані диски (зрозуміло, зі своїми обмеженнями і вузьким спектром сценаріїв використання), якщо правильно зробити програмну частину - прошивку контролера. І вийшло це зробити вперше не у Seagate, піонера технології, а у основного конкурента - компанії Western Digital, героя цієї статті.
Реалізація SMR від WD: команда trim, як в SSD
На сьогоднішній день між реалізацією SMR від Seagate і Western Digital є одна, але дуже важлива відмінність: підтримка накопичувачами WD команди trim. Використання цієї команди змінює якщо не все, то багато що. Але чи дозволяє підтримка trim говорити про те, що накопичувачі з SMR можна використовувати в рамках RAID масивів? Розберемося детально.
Перші спроби Western Digital щодо SMR були суто секретними: компанія до цих пір не зізналася, чи використовувалася ця технологія в моделі WD My Passport об'ємом 4 ТБ. Більшість користувачів схиляється до того, що використовувалася: невисока швидкість випадкового запису і низька надійність моделі привели до закономірних підозр. Втім, впевненості в цьому досі немає ні у кого, навіть у технічно підкованих фахівців. Про використання SMR в цій моделі згадується побіжно як про ймовірність. Що цікаво, в цій моделі параметри S.M.A.R.T. декларують підтримку функції trim, але фактично її активувати не вдається. А ось в новій моделі WD My Passport 5TB (а також WD_Black 5TB) функція trim і декларується, і підтримується фактично.
Завдяки підтримці trim послідовний запис великого масиву даних завжди здійснюється так, як ніби дані зберігаються на свіжий накопичувач. Ось як виглядає графік продуктивності диска WD My Passport 5TB (з підтримкою trim):
Як бачимо, у диска Seagate перші 10 хвилин йде запис в буфер CMR, після чого починається нескінченний цикл ущільнення-перезапису, через якого швидкість, запис то падає до 10 МБ / с, то відновлюється до максимальної, то знову падає. Накопичувач від Western Digital подібної поведінки не демонстрував.
Як перевірити, чи підтримує даний конкретний диск команду trim? З одного боку, можна подивитися свідчення S.M.A.R.T. З іншого - у мене є кілька дисків, в параметрах яких підтримка trim заявлена, але по факту відсутня (ймовірно, це особливості використаних виробником USB контролерів). Перевірити ж можна, запустивши PowerShell з адміністративними привілеями і виконавши команду
Як перевірити, чи підтримує даний конкретний диск команду trim? З одного боку, можна подивитися свідчення S.M.A.R.T. З іншого - у мене є кілька дисків, в параметрах яких підтримка trim заявлена, але по факту відсутня (ймовірно, це особливості використаних виробником USB контролерів). Перевірити ж можна, запустивши PowerShell з адміністративними привілеями і виконавши команду
Optimize-Volume -DriveLetter X: -Retrim
Якщо процес оптимізації успішно почнеться, то система виконує тріммінг накопичувача. Якщо ж видасть помилку - значить, функція trim не підтримує (до речі, вона не підтримується при використанні будь-якої файлової системи, крім NTFS).
Здавалося б, при чому тут trim - команда, традиційно використовується в твердотільних накопичувачах для спрощення збору сміття?
У статті TRIM Command Support for WD External Drives дається докладна відповідь. Згідно з цією статтею, функція trim використовується для оптимізації збору сміття на дисках WD, що використовують черепичний спосіб запису.
Що це означає на практиці? Якщо використовувати такий диск в Windows 10 (і диск відформатований в NTFS), то швидкість запису великих масивів даних залишатиметься високим незалежно від числа перезаписів. Система автоматично повідомить контролеру про звільнення адрес, які більш не використовуються. Відповідно, швидкість запису буде відновлюватися автоматично після видалення файлу або форматування диска - це те, чого катастрофічно не вистачає накопичувачам від Seagate.
Якщо мова йде про диск формату 3.5", то деякі NAS (наприклад, виробництва Synology) також визначать його як накопичувач, який підтримує trim. Роботу trim можна налаштувати за розкладом.
Здавалося б, при чому тут trim - команда, традиційно використовується в твердотільних накопичувачах для спрощення збору сміття?
У статті TRIM Command Support for WD External Drives дається докладна відповідь. Згідно з цією статтею, функція trim використовується для оптимізації збору сміття на дисках WD, що використовують черепичний спосіб запису.
TRIM / UNMAP підтримується для зовнішніх (і внутрішніх теж - ОА) жорстких дисків з технологією запису SMR (Shingled Magnetic Recording) для управління таблиць відповідності адрес і підвищення продуктивності SMR з плином часу. Однією з переваг (там так і написано - ОА) черепичного запису є те, що всі фізичні сектори записуються послідовно в радіальному напрямку і перезаписуються тільки після циклічного перенесення. Перезапис раніше записаного LBA (адресація логічного блоку) призведе до того, що попередній запис буде позначений як недійсний, і LBA буде записана в наступний послідовний фізичний сектор. TRIM / UNMAP дозволяє ОС інформувати накопичувач про те, які блоки більш не використовуються і можуть бути знову використані жорстким диском для виконання наступних операцій запису на повній швидкості.
Що це означає на практиці? Якщо використовувати такий диск в Windows 10 (і диск відформатований в NTFS), то швидкість запису великих масивів даних залишатиметься високим незалежно від числа перезаписів. Система автоматично повідомить контролеру про звільнення адрес, які більш не використовуються. Відповідно, швидкість запису буде відновлюватися автоматично після видалення файлу або форматування диска - це те, чого катастрофічно не вистачає накопичувачам від Seagate.
Якщо мова йде про диск формату 3.5", то деякі NAS (наприклад, виробництва Synology) також визначать його як накопичувач, який підтримує trim. Роботу trim можна налаштувати за розкладом.
Нехай вас не введе в оману назва пункту "SSD trim": в накопичувачі встановлений механічний жорсткий диск на 6 ТБ - як раз з нової серії WD з черепичним записом. Втім, у цього методу є і ряд обмежень; зокрема, trim не працює в масивах RAID5 / 6. Аналогічні обмеження є і у інших NAS.
Що приводить нас до очевидного висновку: навіть підтримка накопичувачами команди trim робить нові диски Western Digital з черепичним записом SMR придатними для використання в складі масивів RAID 5 і RAID 6 (а також, за досвідом користувачів, в складі ZFS і масивів SHR 1 і, можливо, SHR 2). У складі таких масивів безперервна низка малоблочних операцій запису швидко (протягом 40 хвилин) перенаситить контролер і переповнить обмежений буфер CMR.
Не можна і використовувати диск з SMR спільно з класичними в рамках одного масиву: в залежності від навантаження, диск з SMR може уповільнити роботу всього масиву і навіть привести до його деградації, якщо контролеру здасться, що диск занадто довго не відповідає.
З іншого боку, нові диски WD з черепичним записом цілком допустимо використовувати в однодискових NAS, а також у складі масивів рівнів JBOD, RAID 1 або RAID 0 в багатодискових мережевих накопичувачах, причому останні два (RAID1 / 0) за умови, що всі диски в складі масиву використовують однакову технологію запису (тільки CMR або тільки SMR).
І, зрозуміло, диски WD з черепичним записом відмінно працюють в якості архівних. Правда, до тих пір, поки їх використовують спільно з Windows, а сам накопичувач відформатований в NTFS. Використання таких дисків в macOS здатне піднести неприємні сюрпризи в силу особливостей реалізації trim в ОС від Apple.
При цьому використання диска SMR з підтримкою команди trim краще аналогічного диска без підтримки trim - великий список, в який входять практично всі «домашні» накопичувачі Seagate.
Що приводить нас до очевидного висновку: навіть підтримка накопичувачами команди trim робить нові диски Western Digital з черепичним записом SMR придатними для використання в складі масивів RAID 5 і RAID 6 (а також, за досвідом користувачів, в складі ZFS і масивів SHR 1 і, можливо, SHR 2). У складі таких масивів безперервна низка малоблочних операцій запису швидко (протягом 40 хвилин) перенаситить контролер і переповнить обмежений буфер CMR.
Не можна і використовувати диск з SMR спільно з класичними в рамках одного масиву: в залежності від навантаження, диск з SMR може уповільнити роботу всього масиву і навіть привести до його деградації, якщо контролеру здасться, що диск занадто довго не відповідає.
З іншого боку, нові диски WD з черепичним записом цілком допустимо використовувати в однодискових NAS, а також у складі масивів рівнів JBOD, RAID 1 або RAID 0 в багатодискових мережевих накопичувачах, причому останні два (RAID1 / 0) за умови, що всі диски в складі масиву використовують однакову технологію запису (тільки CMR або тільки SMR).
І, зрозуміло, диски WD з черепичним записом відмінно працюють в якості архівних. Правда, до тих пір, поки їх використовують спільно з Windows, а сам накопичувач відформатований в NTFS. Використання таких дисків в macOS здатне піднести неприємні сюрпризи в силу особливостей реалізації trim в ОС від Apple.
При цьому використання диска SMR з підтримкою команди trim краще аналогічного диска без підтримки trim - великий список, в який входять практично всі «домашні» накопичувачі Seagate.
Чи варто купувати диски з SMR
Різниця в ціні між наповненим гелієм накопичувачем WD My Book або WD Elements Desktop 8TB, що використовують класичний запис CMR, і черепичними Seagate Backup Plus Hub або Seagate Expansion Desktop 8TB на сьогодні близько 10-15 євро. Різниця в ціні між WD Red 6TB з PMR (модель WD60EFRX) і SMR (WD60EFAX) - історично ті ж 10 євро, але на тлі останніх публікацій цінник на класичну модель різко і необгрунтовано злетів, наздогнавши цінник на 8-гігабайтний накопичувач.
Чи варто переплатити за відсутність SMR і чи завжди це можливо? У деяких компактних (2.5") накопичувачах ємністю від 2 ТБ використовують SMR для того, щоб отримати більш тонкий корпус. У компактних дисках ємністю в 5 ТБ запис SMR використовують просто для того, щоб зробити таку ємність можливою. А ось десктопні диски ємністю 2, 4, 6 і 8 ТБ цілком можна випустити і без SMR. Використання черепичного запису дозволяє виробникові заощадити; частина цієї економії дістається на частку покупця, але більшу частину грошей виробник кладе у власну кишеню.
Рішення про покупку того чи іншого диска приймати в будь-якому випадку користувачеві. Є сценарії використання, в яких використання SMR неприпустимо в принципі - це масиви RAID 5 і 6 рівнів. Використовувати SMR в складі масивів RAID 0 і RAID 1 принципово допустимо, але при дотриманні простого правила - використовувати в рамках масиву тільки диски без або тільки з SMR. У однодискових NAS, який вміє використовувати trim, користувач не помітить великої різниці між диском з PMR і диском SMR, що підтримує команду trim. Нарешті, диски з SMR і trim цілком допустимо використовувати в якості архівних.
А ось за використання дисків з SMR, але без підтримки trim, виробник просто зобов'язаний давати гігантську знижку. В іншому випадку мені складно зрозуміти споживача, що здобуває собі свідомо повільний і нестабільний по швидкості роботи накопичувач.
Висновок
У цій статті ми детально розглянули як саму черепичну технологію запису SMR, так і особливості її реалізації двома найбільшими представниками індустрії - компаніями Seagate і Western Digital. Чи є SMR абсолютним злом? Ні, не є - якщо покупець розуміє, які проблеми і обмеження він отримує за свої гроші, і отримує за це достатню знижку. Але робити це потрібно з відкритими очима, а свідомо приховувати інформацію - абсолютно неприпустимо.
Oleg Afonin
