SMR verwendet ein Zuordnungssystem für LBAs, die zufällig geschrieben werden sollen, um sie nur nacheinander zu schreiben. Ähnlich wie der Flash Translation Layer (FTL) von SSDs verwenden SMR-HDDs einen sogenannten SMR (oder Shingle) Translation Layer (STL), ein ähnliches Konzept. Mit SMR kann jedoch noch viel mehr erreicht werden, wenn der Gastgeber auf die zugrunde liegende SMR-Technologie aufmerksam gemacht wird. Die Branche befindet sich in der Endphase des Standardisierungsprozesses für SMR, wobei ZBC (Zoned Block Commands) der Standard für SAS und ZAC (Zoned ATA Commands) der Standard für SATA ist. Diese Standards definieren ein Zoned Block Device, bei dem der LBA-Raum in unabhängige Zonen unterteilt ist. Innerhalb jeder Zone sollten Schreibvorgänge sequentiell erfolgen. Um Daten zu überschreiben, ist es zunächst notwendig, die Zone zurückzusetzen, ähnlich einem Löschblock bei einer SSD. Was passiert, wenn nicht sequentielle Schreibvorgänge an eine Zone gesendet werden, hängt vom Typ der SMR-Implementierung ab.
SMR verwendet ein Zuordnungssystem für LBAs, die zufällig geschrieben werden sollen, um sie nur nacheinander zu schreiben. Ähnlich wie der Flash Translation Layer (FTL) von SSDs verwenden SMR-HDDs einen sogenannten SMR (oder Shingle) Translation Layer (STL), ein ähnliches Konzept. Mit SMR kann jedoch noch viel mehr erreicht werden, wenn der Gastgeber auf die zugrunde liegende SMR-Technologie aufmerksam gemacht wird. Die Branche befindet sich in der Endphase des Standardisierungsprozesses für SMR, wobei ZBC (Zoned Block Commands) der Standard für SAS und ZAC (Zoned ATA Commands) der Standard für SATA ist. Diese Standards definieren ein Zoned Block Device, bei dem der LBA-Raum in unabhängige Zonen unterteilt ist. Innerhalb jeder Zone sollten Schreibvorgänge sequentiell erfolgen. Um Daten zu überschreiben, ist es zunächst notwendig, die Zone zurückzusetzen, ähnlich einem Löschblock bei einer SSD. Was passiert, wenn nicht sequentielle Schreibvorgänge an eine Zone gesendet werden, hängt vom Typ der SMR-Implementierung ab.
Es gibt drei Kategorien, in die SMR-Laufwerke fallen, oder genauer gesagt, drei Arten von Verwaltungslaufwerken, die Anbieter einsetzen können. Jedes hat seine eigenen Vor- und Nachteile.
Laufwerk verwaltet
Der erste Typ wird als laufwerksverwaltet bezeichnet und auch als transparent bezeichnet. Vereinfacht gesagt verwaltet das SMR-Laufwerk alle Anfragen vom Host, wie heute eine herkömmliche Festplatte. Drive Managed hat den Vorteil, dass kein SMR-fähiger Host erforderlich ist. Die Drive Managed SMRs sind mit fast allem kompatibel und daher am einfachsten bereitzustellen. Der Zonencharakter der zugrunde liegenden SMR-Festplatte bleibt dem Host vollständig verborgen. Dies ist die Art der SMR-Verwaltung, von der wir erwarten, dass sie in der ersten Verbrauchermarktversion allgemein verfügbar sein wird, da es zum jetzigen Zeitpunkt keine kommerziell erhältlichen Betriebssysteme oder Dateisysteme gibt, die SMR-Laufwerke unterstützen. Wenn jedoch mehr Tests durchgeführt werden und die SMR-Technologie immer weiter verbreitet wird, werden wir weit verbreitete Betriebssysteme und Software-Stacks sehen, die SMR unterstützen.
Der Nachteil der Laufwerksverwaltung besteht darin, dass die Leistung unvorhersehbar ist, da das Laufwerk seine Hintergrundprozesse bei Bedarf abwickelt, unabhängig von den E/A-Anfragen. Da eingehende zufällige Schreibvorgänge auf der Hostseite nicht in sequentielle Schreibvorgänge zusammengefasst werden, ist das Laufwerk darüber hinaus stärker belastet und weist daher bei anhaltenden Arbeitslasten eine geringere Leistung auf, als dies der Fall wäre, wenn der Host SMR-fähig wäre. Laufwerksverwaltete SMR-Laufwerke bewältigen diese Mängel, indem sie eine Art „Landezone“ nutzen, in der zufällige Schreibvorgänge verwaltet werden können, bevor sie auf die Festplatte geschrieben werden. Die Art und Weise, diesen Platz auf SMR-Laufwerken zu integrieren, kann jedoch sehr unterschiedlich sein, was je nach Zielmarkt der einzelnen Laufwerke und Hersteller zu erheblich unterschiedlichen Leistungsprofilen führt.
Vom Host verwaltet
Die nächste Art der Verwaltung wird als Host-verwaltet bezeichnet. Bei dieser Art der Verwaltung verwendet der Host Befehle und Zoneninformationen, um das Verhalten des SMR-Laufwerks zu optimieren, indem er E/As verwaltet, um sicherzustellen, dass Schreibvorgänge innerhalb einer Zone immer sequentiell erfolgen. Wenn ein Host einen nicht sequentiellen Schreibvorgang innerhalb einer Zone sendet, weist das Laufwerk diesen zurück und gibt einen Fehler zurück. Dadurch erhält das Laufwerk eine vorhersehbarere Leistung und dürfte zunächst eher in Unternehmens- und Hyperscale-Anwendungen zum Einsatz kommen.
Der Nachteil der Host-Verwaltung besteht darin, dass die SMR-Laufwerke nicht mit Hostsystemen (HBAs, Gerätetreibern, Dateisystemen, Datenbanken usw.) kompatibel sind, die nicht SMR-fähig sind. Das bedeutet, dass Dateisysteme angepasst werden müssen, um SMR-Laufwerke zu unterstützen. Dies geschieht zunächst im Hyperscale-Bereich, wo die größten Player der Welt die Möglichkeit haben, ihre Speicherstapel zu modifizieren, um SMR zu berücksichtigen, und jetzt auch im Mainstream-Open-Source-Bereich. Der xfs-Betreuer Dave Chinner veröffentlichte während der Linux Vault-Konferenz in Boston Anfang März ein Dokument, in dem die SMR-Optimierungen für xfs dargelegt werden. Bei der gleichen Veranstaltung stellte Hannes Rienecke von Suse einen Zone-Caching-Mechanismus vor, der es aktuellen Dateisystemen ermöglichen kann, mit vom Host verwalteten SMR-Laufwerken zu arbeiten. Es ist wahrscheinlich, dass diese Investitionen zusammen mit der Nachfrage nach Kapazität andere dazu ermutigen werden, die neuen Open-Source-Lösungen zu übernehmen und Änderungen an ihren Systemen vorzunehmen, um SMR-Laufwerke zu unterstützen.
Gastgeberbewusst
Die letzte Art der Verwaltung wird als hostbewusst bezeichnet. Kurz gesagt ist Host Aware eine Kombination der beiden oben genannten Managementarten. Das SMR-Laufwerk ist selbstverwaltet, implementiert jedoch auch die neuen ZBC/ZAC-Standards und ermöglicht dem Host die Verwendung des neuen Befehlssatzes zur Optimierung des Laufwerksverhaltens. Wenn das Laufwerk in diesem Fall einen nicht sequentiellen Schreibvorgang vom Host empfängt, akzeptiert es die Anforderung, die Leistung der Anforderung kann dann jedoch unvorhersehbar sein. Host-Aware hat den Vorteil, dass es abwärtskompatibel ist und dem Host eine gewisse Kontrolle gibt. Host-Aware dürfte für die meisten Client- und traditionellen Unternehmenssysteme das Modell der Wahl sein und alle laufwerksverwalteten Bereitstellungen übernehmen, während Host-Management zunehmend als erste Wahl für moderne verteilte Speicherlösungen erscheint.
Was ist Shingled Magnetic Recording (SMR)?
