叠瓦磁记录（英語：，SMR，直译为分层磁记录），是一种用于硬盘驱动器的磁存储数据记录技术，可提高存储密度和每个驱动器的整体存储容量。

2023-10-12 20:40
文章标签 数据 技术 整体 用于 记录 分层 存储 提高 一种 驱动器 每个 英語 smr 磁记录 存储密度 叠瓦 硬盘驱动器 直译 存储容量

本文主要是介绍叠瓦磁记录（英語：，SMR，直译为分层磁记录），是一种用于硬盘驱动器的磁存储数据记录技术，可提高存储密度和每个驱动器的整体存储容量。，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

叠瓦磁记录

叠瓦磁记录（英語：，SMR，直译为分层磁记录），是一种用于硬盘驱动器的磁存储数据记录技术，可提高存储密度和每个驱动器的整体存储容量。 常规的硬盘驱动器通过写入彼此平行而不重叠的磁道来记录数据（垂直磁记录，PMR）。而叠瓦磁记录技术的硬盘写入的新磁道则与先前写入的磁道部分重叠，从而使先前的磁道更窄，因此能拥有更高的磁道密度。由此可以看出，使用叠瓦磁技术的磁道相互重叠，与用作屋顶的瓦片堆叠方式类似。我们之所以能这样做，是因为磁盘写入磁头由于物理上的原因比读取磁头宽上许多，因而由正常方式写入的磁道宽度远比读取磁头所需的磁道宽度来得宽。

随机写入SMR较为困难：写入一个磁道会覆盖下一个磁道上的数据。必須要有管理系統來避免重複寫入。

由于磁道存在重叠，叠瓦磁盘的写入过程较为复杂。如果我们随机写入一个磁道，由于写入磁头的宽度比磁道宽，因此写入会影响到临近磁道；如果这个临近磁道有数据，这些数据就也需要重写以免数据被破坏，依此类推。因此，SMR 磁盘一般分成很多块只能追加数据（顺序写入）的区域（），这和固态硬盘的闪存页管理类似。使用“设备管理”（）方式的 SMR 磁盘通过内部固件处理了 SMR 磁盘复杂的写入问题，从而对使用者封装了 SMR 磁盘的复杂性，令使用者可以像使用 PMR 硬盘一样随机写入 SMR 硬盘。其他 SMR 磁盘则使用“主机管理”（）方式，需要操作系统识别 SMR 磁盘并拥有能对 SMR 磁盘进行正确顺序写入的驱动程序才能被正常使用。

历史

希捷科技从2013年开始出售“由设备管理”的 SMR 磁盘，并声称使用 SMR 技术的磁盘总体容量比普通磁盘的高出25%。2014年，HGST推出了一个容量达10 TB的 SMR 氦气硬盘，不过到2015年12月又推出了10TB的 PMR 氦气硬盘。2018年11月，HGST 推出了14 TB和15 TB的 SMR 硬盘。

鑒於SMR的複雜性，威騰電子、希捷、东芝都曾在或仍在未标明磁盘是否使用 SMR 技术的情况下出售硬盘。这导致了很大的争议：因为 SMR 硬盘在一些情况下显著慢于 PMR 硬盘。无论是面向数据存储（服务器、NAS、冷存储）的硬盘以及面向普通消费者的硬盘有这个问题。由于一些 NAS 设备在使用 SMR 硬盘后出现数据损坏，导致消费者投诉，主要硬盘品牌最终公布了使用 SMR 技术的硬盘产品型号并保证特定系列型号不使用 SMR 技术。

数据管理

SMR 盘上的数据有3种管理模式：

  • 由设备管理（）
  • 由主机管理（）
  • 主机可感知（）

由设备管理

由设备管理的 SMR 硬盘在接口上对主机来说和一般磁盘没有区别。主机不需要使用任何特殊方式来写入磁盘，并且也不需要知道磁盘是否使用了叠瓦存储技术。其连续写入性能较随机写入高。一切关于数据位置的处理由磁盘本身管理。

这类 SMR 硬盘的固件控制机理和固态硬盘类似：主机所使用的 LBA 地址和磁盘实际的物理结构没有直接关系，而是在固件中存在一个“转换层”对两者进行转换。由于在只能追加（顺序写入）的区域里进行随机写入非常慢，所以这类硬盘都会先把数据写到一个 PMR 缓存区，等到空闲的时候再将数据整理进 SMR 区域中。由于硬盘在处理 RAID 重新同步时的写入次数很多，这使得在 RAID 中使用 SMR 硬盘容易使缓存超出，进而导致 SMR 盘不时需要暂停数分钟进行整理。还有些问题固件（如 WD40EFAX）会拒绝读取没有写过的 LBA 地址，并向调用者报告一个错误。SMR 硬盘的这两种处理方式都会导致 RAID 控制器认为磁盘损坏。

SMR 硬盘的分块结构和固件的垃圾回收机制也意味着磁盘存在写入放大的问题，不过这对于硬盘来说写入导致的主要是速度而不是寿命问题。有些 SMR 盘支持Trim命令，以便避免整理不需要的空间。

由主机管理

由主机管理的 SMR 硬盘需要主机严格按照特别的协议流程来写入数据。主机必须顺序写入，以避免破坏已有的数据。磁盘会拒绝执行违反这一协议的命令。

主机可感知

主机可感知是由设备管理和由主机管理两者的组合。磁盘可以处理任意顺序的写入命令，但是主机可以知道磁盘使用了叠瓦存储，也能知道具体的叠瓦空间使用情况。一方面新主机可以尽量顺序写入提高性能，另一方面对旧系统也保持了兼容。

协议

SMR 设备在协议中称为“分区域块设备”（），每个区域的大小一般为 256MiB。在由主机管理和主机可了解的 SMR 盘上，SCSI 的 ZBC 和 SATA 的 ZAC 这两套命令会暴露给主机。这些命令可以让主机了解每个区域的储存科技（SMR/PMR），并对这些区域直接进行访问。 ZBC/ZAC的命令有：

  • 报告区域 REPORT ZONES，用来获得磁盘区域布局和区域情况（包括表示每个顺序区域写了多少的写入指针）
    • SMR这类的区域在由主机管理的磁盘上会标为“必须顺序”（），在主机可了解的磁盘上则是“偏好顺序”（）
  • 重设写入指针 RESET WRITE POINTER，用来归零指针，清空顺序区域
  • 打开区域 OPEN ZONE，用来给区域“加锁”，以便独占访问
  • 关闭区域 CLOSE ZONE，用来解锁区域
  • 收尾区域 FINISH ZONE，用来填充区域，并标记为可读

每个区域都有自己的LBA范围。只要遵守了“必须顺序”区域的规定，所有一般的 LBA 命令都可以使用。

SMR 磁盘可以通过以下的方式报告自己的分区域属性：:14

  • 由设备管理和主机可了解的磁盘会有一般块设备（SCSI 00h）的标记，方便一般计算机识别。
    • 一个叫做ZONED的字段会显示设备是由主机管理，主机可了解，还是都不是。这个字段处于 SCSI 的块设备特性（）VPD 页面和 ATA 的设备能力日志页。
  • 由主机管理的块设备有一个新的设备种类标记（SCSI 14h）。只有支持这些协议的电脑才可以识别。

这套标准的第二版称为 ZAC-2/ZBC-2，截至2020年4月仍在开发中。这类设备引入了一种“领域和范围式分区域块设备”（），支持不连续的 LBA 地址。西部数据的代表提议，要在新标准里移除对 ZONED 字段的描述。

这套分区系统可以对闪存也有意义，有助于降低内部控制器的工作需求，优化写入放大并降低预留空间。NVMe组织也已提供一个类似的接口，称作 ZNS。

软件及应用

叠瓦磁记录的属性介于只能顺序读写的磁带和可以随机的读写的普通硬盘之间：其数据密度较高，可以随机读取，但只能顺序写入。这类硬盘适合写入一般不需要回头修改，但需要经常随机读取的数据。Dropbox 的“魔术口袋”（）就是这样一种系统，它把用户的数据存储在只能向后添加的文件里。也有些由设备管理的 SMR 硬盘被当作“存档用磁盘”售卖。

Linux有一些文件系统已经支持 SMR 设备或者可以调整得性能更好：

  • F2FS 本来为闪存设计，现在也有一个分区域块设备（）的模式。可以在由主机管理的磁盘上使用，不过需要一块普通区域来随机读写元数据。
  • Btrfs 的 ZBD 支持在 5.12 内核添加，不过这个寫入時複製的文件系统本来就基本上进行顺序写入了。
  • 有调整 Ext4 使其更多进行顺序写入的实验。
  • 对于其他文件系统，需要使用 Linux 设备映射器的 dm-zoned 目标把由主机管理的硬盘映射成一个普通的随机写入硬盘。4.10以上版本的内核不需要 dm 就可以自行映射。

FreeBSD 也有对分区域块设备的协议级支持。截至2020年4月，Windows 和 macOS 都没有支持这些协议。

动态混合SMR

传统的 SMR 盘是在生产时就规定了每一个分块的用途，但新兴的动态混合 SMR 盘可以由顾客随时重新指定分块是当 SMR 用还是当 PMR 用。

参考资料

  1. ^  Anand Lal Shimpi. . AnandTech. September 9, 2013 [February 9, 2015]. （原始内容存档于2020-06-04）.
  2. ^  Roger Wood. (PDF). ewh.ieee.org. October 19, 2010 [December 14, 2014]. （原始内容 (PDF)存档于2014-10-04）.
  3. ^  . storagereview.com. January 30, 2015 [February 9, 2015]. （原始内容存档于2015-02-09）.
  4. ^  Mary Dunn; Timothy Feldman. (PDF). Storage Networking Industry Association. September 22, 2014 [February 9, 2015]. （原始内容 (PDF)存档于2020-06-16）.
  5. ^  Jake Edge. . LWN.net. March 26, 2014 [December 14, 2014]. （原始内容存档于2015-02-02）.
  6. ^  Geoff Gasior. . The Tech Report. September 9, 2014 [February 9, 2015]. （原始内容存档于2019-03-16）.
  7. ^  Sebastian Anthony. . Ars Technica. 3 December 2015 [3 December 2015]. （原始内容存档于2016-07-16）.
  8. ^  . www.hgst.com. [30 October 2018]. （原始内容存档于2018-10-31） （英语）.
  9. ^  Alcorn, Paul. . Tom’s Hardware  . [17 April 2020].
  10. ^  新浪科技综合. . tech.sina.com.cn. 2020-04-29 [2020-05-23].
  11. ^  . www.pceva.com.cn. [2020-05-23].
  12. ^  (PDF). t10.org. ANSI T10 Committee. [22 January 2018]. （原始内容存档 (PDF)于2020-07-03）.
  13. ^  Campello, Jorge. (PDF). 24 September 2015 [22 January 2018]. （原始内容存档 (PDF)于2020-06-16）.
  14. ^  Mellor, Chris. . Blocks and Files. 15 April 2020 [2020-04-23]. （原始内容存档于2020-04-23）.
  15. ^  Brewer, Eric; Ying, Lawrence; Greenfield, Lawrence; Cypher, Robert; T'so, Theodore. . Proceedings of USENIX FAST 2016. 2016 [2020-04-23]. （原始内容存档于2020-03-10） （英语）.
  16. ^  . WD support. [2020-04-23]. （原始内容存档于2020-04-17）.
  17. ^  zonectl(8) – FreeBSD系统管理（System Manager's）手册页
  18. ^  . Tom's IT Pro. [2018-03-03]. （原始内容存档于2017-06-11） （英语）.
  19. ^  (PDF). [2020-04-25]. （原始内容存档 (PDF)于2018-11-23）.
  20. ^  Seagate. (PDF): 472. [2020-04-25]. （原始内容存档 (PDF)于2020-03-12）.
  21. ^  T10, 2020.
  22. ^  Weber, Ralph O. (PDF). www.t10.org. April 23, 2020 [2020-04-25]. （原始内容存档 (PDF)于2020-04-24）. 无效|url-access=registrationjiangdixierufa (帮助)
  23. ^  . [2022-11-15]. （原始内容存档于2023-01-28）.
  24. ^  Magic Pocket Hardware Engineering Teams. . dropbox.tech. [2020-04-23]. （原始内容存档于2020-04-18）.
  25. ^  (PDF). Seagate. [2018-03-03]. （原始内容存档 (PDF)于2017-10-11） （英语）.
  26. ^  . ZonedStorage.io. [2020-04-23]. （原始内容存档于2020-01-29）.
  27. ^  . ZonedStorage.io. [2020-04-23]. （原始内容存档于2020-05-22）.
  28. ^  Collins, Brendan. . Western Digital. 13 November 2017 [25 August 2018]. （原始内容存档于2018-08-26）.
  29. ^  . blog.google. Google. 13 November 2017 [22 January 2018]. （原始内容存档于2018-05-29）.

参见 

  • 熱輔助磁性錄寫 (HAMR)
  • 陣列媒體
  • 二维磁记录
  • 日志结构文件系统，一类为仅添加存储设备优化的文件系统

外部链接

  • LSFMM: A storage technology update（页面存档备份，存于）, LWN.net, April 23, 2013, by Jonathan Corbet
  • SMR Impact on Linux Storage Subsystem（页面存档备份，存于）, HGST, 2014, by Jorge Campello and Adam Manzanares
  • Layout optimisation for using XFS on host-managed SMR drives（页面存档备份，存于）, March 2015
  • SMR in Linux Systems（页面存档备份，存于）, Seagate, March 18, 2015, by Adrian Palmer
  • Host-Aware SMR（页面存档备份，存于）, Seagate, November 10, 2014, by Timothy Feldman

部分硬盘制造商、NAS制造商和科技社群公布的使用叠瓦磁记录技术的硬盘列表：

  • On WD Red NAS Drives（页面存档备份，存于）, Western Digital, April 22, 2020
  • Use of Shingled Magnetic Recording (SMR) technology in Toshiba Consumer Hard Drives（页面存档备份，存于）, Toshiba, April 28, 2020
  • List of known SMR drives（页面存档备份，存于）, iXsystems Forums, April 16, 2020
  • Synology Products Compatibility List (pre-filtered to SMR HDD), Synology

爭議事件

  • WD 在紅標 NAS 硬碟上使用 SMR 技術，國外消費者準備集體提告 | T客邦（页面存档备份，存于）

This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.

这篇关于叠瓦磁记录（英語：，SMR，直译为分层磁记录），是一种用于硬盘驱动器的磁存储数据记录技术，可提高存储密度和每个驱动器的整体存储容量。的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！


http://www.chinasem.cn/article/198333。

相关文章

mybatis的整体架构

mybatis的整体架构

mybatis的整体架构分为三层： 1.基础支持层 该层包括：数据源模块、事务管理模块、缓存模块、Binding模块、反射模块、类型转换模块、日志模块、资源加载模块、解析器模块 2.核心处理层 该层包括：配置解析、参数映射、SQL解析、SQL执行、结果集映射、插件 3.接口层 该层包括：SqlSession 基础支持层 该层保护mybatis的基础模块，它们为核心处理层提供了良好的支撑。
阅读更多...
大模型研发全揭秘：客服工单数据标注的完整攻略

大模型研发全揭秘：客服工单数据标注的完整攻略

在人工智能（AI）领域，数据标注是模型训练过程中至关重要的一步。无论你是新手还是有经验的从业者，掌握数据标注的技术细节和常见问题的解决方案都能为你的AI项目增添不少价值。在电信运营商的客服系统中，工单数据是客户问题和解决方案的重要记录。通过对这些工单数据进行有效标注，不仅能够帮助提升客服自动化系统的智能化水平，还能优化客户服务流程，提高客户满意度。本文将详细介绍如何在电信运营商客服工单的背景下进行
阅读更多...
基于MySQL Binlog的Elasticsearch数据同步实践

基于MySQL Binlog的Elasticsearch数据同步实践

一、为什么要做 随着马蜂窝的逐渐发展，我们的业务数据越来越多，单纯使用 MySQL 已经不能满足我们的数据查询需求，例如对于商品、订单等数据的多维度检索。 使用 Elasticsearch 存储业务数据可以很好的解决我们业务中的搜索需求。而数据进行异构存储后，随之而来的就是数据同步的问题。 二、现有方法及问题 对于数据同步，我们目前的解决方案是建立数据中间表。把需要检索的业务数据，统一放到一张M
阅读更多...
关于数据埋点，你需要了解这些基本知识

关于数据埋点，你需要了解这些基本知识

产品汪每天都在和数据打交道，你知道数据来自哪里吗？ 移动app端内的用户行为数据大多来自埋点，了解一些埋点知识，能和数据分析师、技术侃大山，参与到前期的数据采集，更重要是让最终的埋点数据能为我所用，否则可怜巴巴等上几个月是常有的事。   埋点类型 根据埋点方式，可以区分为： 手动埋点半自动埋点全自动埋点 秉承“任何事物都有两面性”的道理：自动程度高的，能解决通用统计，便于统一化管理，但个性化定
阅读更多...
使用SecondaryNameNode恢复NameNode的数据

使用SecondaryNameNode恢复NameNode的数据

1）需求： NameNode进程挂了并且存储的数据也丢失了，如何恢复NameNode 此种方式恢复的数据可能存在小部分数据的丢失。 2）故障模拟 （1）kill -9 NameNode进程 [lytfly@hadoop102 current]$ kill -9 19886 （2）删除NameNode存储的数据（/opt/module/hadoop-3.1.4/data/tmp/dfs/na
阅读更多...
异构存储（冷热数据分离）

异构存储（冷热数据分离）

异构存储主要解决不同的数据，存储在不同类型的硬盘中，达到最佳性能的问题。 异构存储Shell操作 （1）查看当前有哪些存储策略可以用 [lytfly@hadoop102 hadoop-3.1.4]$ hdfs storagepolicies -listPolicies （2）为指定路径（数据存储目录）设置指定的存储策略 hdfs storagepolicies -setStoragePo
阅读更多...
HDFS—存储优化（纠删码）

HDFS—存储优化（纠删码）

纠删码原理 HDFS 默认情况下，一个文件有3个副本，这样提高了数据的可靠性，但也带来了2倍的冗余开销。 Hadoop3.x 引入了纠删码，采用计算的方式，可以节省约50％左右的存储空间。 此种方式节约了空间，但是会增加 cpu 的计算。 纠删码策略是给具体一个路径设置。所有往此路径下存储的文件，都会执行此策略。 默认只开启对 RS-6-3-1024k
阅读更多...
Hadoop集群数据均衡之磁盘间数据均衡

Hadoop集群数据均衡之磁盘间数据均衡

生产环境，由于硬盘空间不足，往往需要增加一块硬盘。刚加载的硬盘没有数据时，可以执行磁盘数据均衡命令。（Hadoop3.x新特性） plan后面带的节点的名字必须是已经存在的，并且是需要均衡的节点。 如果节点不存在，会报如下错误： 如果节点只有一个硬盘的话，不会创建均衡计划： （1）生成均衡计划 hdfs diskbalancer -plan hadoop102 （2）执行均衡计划 hd
阅读更多...
【专题】2024飞行汽车技术全景报告合集PDF分享（附原数据表）

【专题】2024飞行汽车技术全景报告合集PDF分享（附原数据表）

原文链接： https://tecdat.cn/?p=37628 6月16日，小鹏汇天旅航者X2在北京大兴国际机场临空经济区完成首飞，这也是小鹏汇天的产品在京津冀地区进行的首次飞行。小鹏汇天方面还表示，公司准备量产，并计划今年四季度开启预售小鹏汇天分体式飞行汽车，探索分体式飞行汽车城际通勤。阅读原文，获取专题报告合集全文，解锁文末271份飞行汽车相关行业研究报告。 据悉，业内人士对飞行汽车行业
阅读更多...
【Prometheus】PromQL向量匹配实现不同标签的向量数据进行运算

【Prometheus】PromQL向量匹配实现不同标签的向量数据进行运算

✨✨ 欢迎大家来到景天科技苑✨✨ 🎈🎈 养成好习惯，先赞后看哦~🎈🎈 🏆 作者简介：景天科技苑 🏆《头衔》：大厂架构师，华为云开发者社区专家博主，阿里云开发者社区专家博主，CSDN全栈领域优质创作者，掘金优秀博主，51CTO博客专家等。 🏆《博客》：Python全栈，前后端开发，小程序开发，人工智能，js逆向，App逆向，网络系统安全，数据分析，Django，fastapi
阅读更多...

Copyright China编程 23002807@qq.com

沪ICP备2023033072号-2