Smr диски что это
Western Digital официально утвердил список моделей жестких дисков с технологией SMR
Производитель твердотельных накопителей, Western Digital опубликовал заявление, в котором был показано, какие модели используют технологию SMR («черепичная» магнитная запись), а какие более быструю технологию CMR (обычная магнитная запись).
Разница между CMR и SMR заключается в способе записи данных на магнитный диск. Не вдаваясь в подробности работы этих технологий, можно сказать, что CMR больше подходит для повседневных пользовательских задач, благодаря тому, что магнитные дорожки находятся параллельно и не перекрывают друг друга. SMR же имеет некоторые проблемы с производительностью при длительной работе, а потому имеет свой спектр задач.
В список накопителей с SMR входят жесткие диски семейств WD Red WD Blue и WD Black. В семейство WD Red, работающих на SMR, вошли 3,5 » накопители объемом от 2 до 6 ТБ, а в WD Blue 3,5 » — HDD на 2 ТБ и 6 ТБ. Касаемо малого форм-фактора, SMR получили жесткие диски семейства WD Blue объемом 1 и 2 ТБ и семейства WD Black на 1 ТБ.
Основной причиной, почему WD выложили информацию в открытый доступ, вероятно, стала разная ориентированность накопителей с SMR и CMR и то, что, зачастую, SMR работает медленнее CMR.
Методы записи на HDD: отличия SMR от стандартных PMR/CMR
Пока 2020-й год подкидывал сюрпризы вроде коронавируса, цен на нефть, беспорядков в США и возможных НЛО, в мире компьютерных комплектующих случился другой сюрприз. Как оказалось, Seagate и Western Digital, два лидера на рынке жестких дисков, уже несколько лет продают HDD с использованием технологии SMR, никому об этом не сказав. Это метод так называемой черепичной записи, которая с одной стороны позволяет увеличить емкость жестких дисков на 15 – 20%, но при этом имеет более низкую скорость чтения и записи, которая важна при использовании в бытовых, рабочих и игровых ПК. В этом материале мы подробнее расскажем, откуда растут ноги этой проблемы, чем хороши и в чем плохи SMR HDD и как отличить их от обычных PMR/CMR «хардов».
Как жесткий диск записывает данные: LMR и CMR
Как правило нормальные люди выбирают жесткие диски по нескольким привычным параметрам:
О том, как именно диск производит запись и что там под капотом, большинство из нас не интересует. Но тут придется немного углубиться в матчасть. Изначально производители жестких дисков использовали систему продольной магнитной записи LMR, когда магнитные домены располагались параллельно плоскости пластины диска.
 |
Затем в середине нулевых появилась перпендикулярная магнитная запись (или PMR/CMR), в которой домены развернулись вертикально по отношению к пластинам. Но идея осталась той же, что и с LMR: головки чтения и записи выполняют запись на необходимую дорожку, не затрагивая соседние.
Ради обновления пришлось полностью перестроить головки чтения и записи, однако профит того стоил: плотность записи выросла в три раза в сравнении с обычным LMR. Активный переход на PMR позволил компаниям вроде Toshiba и Seagate значительно поднять емкость обычных HDD выше их потолка. Говоря о современных винчестерах большинство из нас подразумевает как раз PMR HDD, которые для упрощения часто называют CMR или «conventional magnetic recording», что в переводе с английского означает «обычную магнитную запись».
Что такое SMR и чем это отличается от обычного PMR?
 |
Ради уменьшения расстояния между дорожками была придумана аналогия с обычной черепицей. Как и в кровле дорожки при записи на жесткий диск накладываются друг на друга, увеличивая плотность покрытия «крыши». Профит — увеличение объема памяти жесткого диска. Из-за разных размеров головок чтения и записи при записи целевой дорожки часть информации записывается на соседнюю дорожку. И на другую соседнюю. И если информацию нужно переписать, то придется разбираться с таким «перехлестом» данных, который в некоторых случаях может даже привести к необходимости переписывать все дорожки зоны.
Но это полбеды. SMR HDD оснащаются дисковым кэшем на быстрых внешних дорожках, который дополняет традиционный кэш контроллера. Принцип работы в чем-то похож на SSD: при поступлении новых данных контроллер отправляет их в быстрый кэш, а потом записывает на сам диск. И если данных много, то кэш постоянно заполнен и не успевает быстро обновляться. А пока он не очистится и не отдышится, скорость записи приходится снижать. Поэтому при копировании больших массивов данных SMR HDD значительно снижают скорость записи в лучших традициях дешевых SSD с небольшим кэшем. Только одно дело говорить о «твердотельнике», который спускается с привычных 550 Мб/c до, например, 150 Мб/c. Другое дело — это жесткий диск, который и в лучшие времена не блистал скоростью, а тут буксует как застрявший в песочнице трехколесный велик.
Проблема в том, что нам врут
 |
Как видим, SMR ― это обычная сделка технологий, за увеличение объема при той же цене пользователи получили падение скорости. Однако проблема тут совсем в другом. Официально, «черепичная» запись применяется в ДАТА-центрах и центрах обработки данных когда исповедуется принцип WORM (write once, read many). То есть когда данные именно хранятся на диске для регулярного чтения, но практически не перезаписываются. Чтобы понять возмущение покупателей таких дисков, представьте, что вы купили быструю и красивую Теслу, чтобы позже узнать, что в ней нет автопилота, а вместо двигателя на электрической тяге используется мощный ДВС от Ford Mustang. Рвет такой будь здоров, но тачку-то вы покупали совсем другую.
Как раскопали ребята из издания Blocks & Files, Seagate и Western Digital уже несколько лет хитрят, продавая SMR HDD под видом обычных CMR. По словам исследователя Кристиана Франке, который был далеко не первым, кто заметил след SMR, из-за особенностей этой технологии использование дисков с SMR совместно с «обычными» HDD со временем приводит к деградации массивов и выпадению из них дисков с SMR.
 |
Что еще хуже, бренды-производители выбрали тактику «сам дурак», еще сильнее разозлив покупателей. На прямой вопрос о том, используется ли технология SMR в накопителях WD Red представители компании ответили, что не разглашают особенности внутреннего функционирования дисков конечным потребителям. На вопросы других энтузиастов, включая Франке, представители компании ответили тем же вежливым «идите лесом», но в других вариациях. Дошло даже до приглашения в видеоконференцию от ребят из технического отдела WD, но она так и не состоялась.
После публикации расследования от Blocks & Files ребята из WD выдавили из себя, что да, в дисках семейства WD Red таки используется SMR (хотя, раньше это отрицали), но мы решили не говорить вам об этом, так как тесты не показали никаких проблем с перестроением RAID из-за SMR. В свое оправдание в WD заявили, что в типичном сетевом хранилище для дома или малого бизнеса нагрузки скачкообразны и у системы остается куча времени на уборку «мусора». Журналисты справедливо заметили, что все люди разные, хранилище хранилищу рознь и вы, например, можете сутками туда-сюда гонять видео-исходники, снятые в 4K или 8K, создавая огромную нагрузку на дисковый массив.
Так чем плох SMR?
 |
Как мы уже говорили, по своему принципу работы SMR-накопители с буфером похожи на SSD: вся память довольно медленная, но ее часть используется для быстрой буферизации записей в качестве псевдо-SLC-кеша. И вот сидите включаете вы какой-нибудь CrystalDiskMark и видите совершенно обычные для этого диска цифры. Сюрпризы начинаются тогда, когда объем записанных данных превышает размер области CMR. Или что еще хуже, заполняется весь диск и накопителю приходится оперативно «утрамбовывать информацию». SMR-де-факто становится узким бутылочным горлышком RAID-массива.
К примеру, при использовании массива RAID 5 с контрольными суммами, при записи большого объема данных вроде создания резервной копии, скорость системы со временем резко упадет. Порой даже на один-два порядка. Как писал один пользователь Reddit, время перестроения массивов SHR 1 и RAID 5 заняло у него порядка 4 суток. В комментариях некоторые писали, что это цветочки, как тебе 8 суток на бэкап, а Илон Маск? У некоторых пользователей перестроение и вовсе не получилось, в конце операции вылезала ошибка, а новый диск попросту исключался из массива как неисправный.
Также у SMR менее устойчивая производительность записи, чем у обычного CMR HDD. А это потенциальные проблемы при ресильвере (прим: процесс ресинхронизации и восстановления содержимого поврежденного устройства с использованием данных с уцелевших устройств) или других подобных операций с интенсивной записью. И на этом моменте многие задались справедливым вопросом, а кому вообще нужен медленный и ненадежный RAID-массив? Ким Кардашьян — самая популярная женщина мира, тысячи людей верят в плоскую землю, а все больше людей уверены, что биологический пол — это социальный конструкт. Разве у человечества мало проблем, а Western Digital?
Какие HDD используют черепичную запись?
 |
По итогам того скандала WD сдалась и выкатила список HDD с SMR. В него вошли по 2 модели из линейки Blue, 4 винчестера Red и один Black. Чтобы не путаться в названиях и годах производства, советуем обращать внимания на артикули.
 |
В отличие от WD, Seagate никогда не скрывала, что давно использует SMR в ноутбучных HDD и архивных Archive. Также Seagate никогда не использовала черепичную запись в линейках IronWolf для NAS, и вообще не рекомендует использовать такие варианты при работе с хранилищами. Впрочем, уехать вдаль на белом коне у них не получилось, про черепичную запись в некоторых десктопных винчестерах Barracuda все же мало кто знал.
 |
Действительно ли SMR зло и как его распознать?
Очевидно, что список дисков с SMR со временем будет пополняться, а черепичная запись из-за своей дешевизны имеет большие шансы закрепиться на рынке. Проблемы с ними в первую очередь касается NAS-систем и RAID-массивов. Если же речь идет о бытовом компьютере, перед которым не требуется постоянно выполнять сложные операции чтения и записи, то вы можете даже не заметить, что используете такой накопитель. Особенно, если его получилось урвать по выгодной цене, а он используется чисто как довесок к основному SSD.
Тем не менее, сценарий «установил и забыл» подойдет не многим. В таком случае возникает вопрос, как распознать SMR, если производитель молчит? Тем более, что жесткие диски SMR из-за особенностей архитектуры могут вести себя по разному, усложняя расследование.
Во-первых, можно использовать фильтр SMR у нас на e-katalog. Во-вторых, воспользоваться той самой базой данных (на скрине сверху). Если вы уже купили подозрительный накопитель, то проще всего будет прогнать его через условный CrystalDiskMark и посмотреть на просадки скорости. Если график похож на пилу с множеством просадок-зубьев, то с большой долей вероятности это наш клиент.
 |
Если диск еще не куплен, то советуем смотреть на размер буфера записи. Чем он больше — тем выше вероятность, что тут используется черепичная запись. Второй косвенный признак — это объем самого диска. Пока что «черепицу» нет особого смысла использовать в небольших моделях на 1 ТБ и ниже. Логичнее применять SMR в емких моделях от 4 и выше ТБ.
Впрочем, в списке выше вы можете увидеть модели от WD, Seagate и Toshiba на 1 – 2 ТБ с SMR. Их как бы немного, но они есть. Поэтому третье классическое правило — всегда ищите информацию в свежих обзорах. Судя по всему, официальные сайты в этот раз не помощники.
Срываем покровы. Черепичная запись SMR в накопителях WD и Seagate
Содержание статьи
Оказалось (а точнее — официально подтвердилось), что Western Digital давно и молча продает диски с SMR, наотрез отказываясь раскрыть эту информацию недоумевающим и возмущенным владельцам «рассыпавшихся» RAID-массивов. В чем суть скандала, почему использование черепичной записи вызвало такое возмущение пользователей и в чем различие подходов WD и Seagate? Попробуем разобраться.
Скандальная черепица
Если ты не следишь внимательно за новостями в области средств хранения информации, недавние события могли пройти мимо тебя. Хронология такова.
2 апреля
Все началось с исследования Кристиана Франке (Christian Franke). Он подробно, с выкладками и отчетами, рассказал, что в некоторых дисках WD Red, предназначенных для использования в многодисковых сетевых хранилищах NAS, применяется недокументированная технология SMR (Shingled Magnetic Recording — черепичная запись) и о том, какие именно проблемы возникают из-за этого в рамках массивов. Из-за хорошо известных особенностей технологии использование дисков с SMR совместно с «обычными» дисками (CMR, Conventional Magnetic Recording) приводило к деградации массивов и выпадению из них дисков с SMR. Более того, восстановить такие массивы оказывалось невозможно из-за постоянных повторных выпадений диска с SMR.
Это исследование не было первым, вторым и даже десятым звоночком. Вопросом «не SMR ли это?» пользователи начали задаваться уже давно. Например, в ветке обсуждения на Reddit «WD Red 6tb WD60EFAX SMR? Bad for Existing raid in DS918+ with WD Red 6tb WD60EFRX PMR drives?» уже обсуждалась эта проблема. При желании на том же Reddit можно найти несколько десятков подобных обсуждений.
Все было бы неплохо, если бы производитель упоминал об этой особенности. И даже терпимо, если бы производитель просто ответил «да» на прямой вопрос: используется ли в модели Х технология SMR? Увы, но единственный ответ, который получали пользователи, был таков: «Мы не разглашаем особенности внутреннего функционирования наших дисков конечным потребителям». Вот цитата ответа из техподдержки:
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.
Вот другой вариант ответа — то же самое, другими словами.
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.
Вольный перевод: «Обращаем ваше внимание, что информация об использовании PMR и SMR не является публично доступной и не разглашается нашим клиентам. Однако могу сказать, что большая часть поставляемых WD продуктов использует CMR; ниже — дополнительная информация. Тем не менее в начале 2017 года мы начали отгружать диски с SMR».
Примерно такой ответ получил Кристиан Франке. Кристиан на этом не остановился, получив в результате такой ответ:
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.
Yemi Elegunde Enterprise & Channel Sales Manager UK Western Digital® WDC UK, a Western Digital company
В ответе утверждается, что единственный диск WD с SMR — это накопитель на 20 Тбайт, предназначенный для дата-центров. По утверждению представителя WD, все остальные диски WD используют CMR.
Дальнейшие попытки добиться хоть какой-то внятной информации привели к предложению «обсудить проблему с инженерами и специалистами по жестким дискам в телеконференции». Телеконференция, впрочем, так и не состоялась. Пользователи обратились к журналистам.
14 апреля
Итак, Кристиан написал журналистам специализированного издания Blocks & Files. Журналисты разобрались в проблеме и выпустили статью Western Digital admits 2TB-6TB WD Red NAS drives use shingled magnetic recording.
Почему SMR в предназначенных для NAS дисках — это проблема? В статье приводится несколько примеров. В частности, пользователи, которые заменяли вышедшие из строя диски WD Red 6TB на новые модели WD60EFAX, получали атипично длительное время перестроения массивов SHR 1 и RAID 5 (от двух до восьми дней). У некоторых пользователей перестроение и вовсе завершалось с ошибкой: новый диск попросту исключался из массива как неисправный. Очевидно, что новые диски работают в разы хуже в сравнении с предыдущей моделью, а в некоторых случаях не выполняют заявленную задачу вовсе. Обман потребителя в полный рост — но представители Western Digital до сего дня отказывались как-либо комментировать ситуацию.
И вот впервые журналистам удалось получить от Western Digital внятный и конкретный ответ: «Актуальные модели WD Red 2–6 Tбайт компании Western Digital используют drive-managed SMR (DMSMR). Диски WD Red 8–14 Tбайт основаны на CMR. Вы правы в том, что мы не указываем технологию записи в документации на диски WD Red. При тестировании дисков WD Red мы не обнаружили проблем с перестроением RAID из-за технологии SMR».
В свое оправдание WD приводит следующий аргумент: «В типичной среде домашних NAS и NAS для малого бизнеса типичные нагрузки скачкообразны, это оставляет достаточно времени для сбора мусора и других сервисных операций». Журналисты из Blocks & Files возразили, что далеко не все нагрузки в рамках сетевых хранилищ «типичны» с точки зрения производителя. Скандал продолжал развиваться.
15 апреля
Статья попала в точку: у многих пользователей, что называется, наболело. Вызванная в Сети волна публикаций по следам оригинальной статьи побудила Blocks & Files продолжить расследование.
В статье Shingled hard drives have non-shingled zones for caching writes рассказывается о «ленточной» организации черепичного хранилища, как и о том, что у каждого SMR-накопителя есть буфер, использующий классическую запись CMR. Здесь прямая аналогия с современными накопителями SSD: есть медленная TLC или даже QLC NAND, но часть ее используется для буферизации записей в качестве псевдо-SLC-кеша. Так и здесь: в жестких дисках с черепичной записью SMR есть области CMR, использующиеся для ускорения записи. У пользователя, который тестирует диск популярным пакетом CrystalDiskMark, возникает иллюзия нормальности: диск и читает, и пишет данные без каких-либо сюрпризов.
Сюрприз обнаруживается тогда, когда объем записанных данных превышает размер области CMR или весь диск заполняется данными, после чего накопителю приходится на лету «уплотнять» информацию. Такие ситуации в рамках NAS могут возникать как минимум в двух случаях: при перестроении массива класса RAID 5 и подобных, в которых используются контрольные суммы, и при записи большого объема данных (например, создание и сохранение на диск обычной резервной копии). В таких сценариях видимая снаружи скорость записи падает в разы, а то и на один-два порядка. В моих собственных тестах скорость записи при перезаписи заполненного накопителя падала до 1–10 Мбайт/с при записи единственного файла объемом 1,5 Тбайт (резервная копия моей системы). Я нахожу такую скорость неприемлемой.
В той же статье автор рассказал и о том, что происходит при попытке перестроить массив RAID 5/6, если новый диск использует SMR. Огромное количество операций случайного ввода-вывода быстро вызывает переполнение области CMR; контроллер не успевает справиться с нагрузкой, возвращая ошибку отказа в обслуживании. Спустя короткое время (порядка сорока минут) диск полностью уходит в себя, а контроллер RAID исключает его из массива, помечая как неисправный.
Что интересно, ничего подобного не происходит при использовании других типов массивов — RAID 0/1, а также при создании нового массива RAID 5/6. Создается впечатление, что разработчики Western Digital попросту не проверили новые диски в сценарии перестроения массива RAID 5/6, ограничившись простейшими сценариями.
15 апреля
В очередной статье Seagate ‘submarines’ SMR into 3 Barracuda drives and a Desktop HDD журналисты продолжили эксплуатировать тему SMR, рассказав, что подобной практикой занимается и компания Seagate.
Seagate давно использует SMR в своих накопителях 2,5″, архивных Archive и десктопных Barracuda. Компания никогда не скрывала эту информацию. В то же время диски Seagate, предназначенные для работы в NAS (линейки IronWolf и IronWolf Pro), SMR не используют, что, собственно, и подтвердила компания. Таким образом, скандала не получилось: покупатель, который хотя бы минимально интересуется состоянием дел, всегда имеет возможность понять, какой именно диск он покупает и для чего. Особенности SMR описаны Seagate в технической документации к соответствующим накопителям; о них мы еще поговорим, пока же вернемся к хронологии.
16 апреля
На следующий день журналисты выяснили, что и в некоторых дисках Toshiba также используется SMR: Toshiba desktop disk drives have shingles too. Не уверен, что это кому-то интересно: доля накопителей Toshiba в типоразмере 3,5″ исчезающе мала. Впрочем, ознакомиться со списком моделей дисков Toshiba, в которых используется SMR, в любом случае не помешает. На сегодняшний день это 3,5-дюймовые диски Toshiba P300 Desktop PC и DT02 объемом 4 и 6 Тбайт, а также все без исключения 2,5-дюймовые модели поколения MQ04.
20 апреля
В Western Digital определенно напряглись и забеспокоились. В статье SMR in disk drives: PC vendors also need to be transparent опубликован официальный ответ Western Digital, в котором компания уверяет, что никаких проблем у дисков на самом деле нет, если их правильно использовать. Более свежую версию ответа можно прочесть в блоге Western Digital. Из текста можно сделать вывод, что перестроение массивов RAID 5/6 для дисков серии WD Red — неправильное использование, не надо так делать. И вообще, NAS и RAID совершенно не эквивалентные понятия, не надо их путать. Если пользователь хочет приспособить диск для NAS в составе массива RAID 5/6, то пусть берет что-нибудь подороже — например, из линейки Ultrastar DC, или вот WD Gold, или хотя бы WD Red Pro. Честное слово, именно так и написано: 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 цитировать целиком этот результат работы департамента Western Digital по связям с общественностью, с ним можно ознакомиться по ссылке выше.
21 апреля
Разумеется, основной конкурент — компания Seagate не смогла не прокомментировать ситуацию. В статье Seagate says Network Attached Storage and SMR don’t mix представитель компании подчеркивает, что Seagate никогда не использовала черепичную запись в дисках IronWolf и IronWolf Pro, предназначенных для NAS, и не рекомендует использовать диски с SMR в сетевых хранилищах.
Впрочем, как мы знаем, Seagate тоже не сообщала покупателям десктопных дисков Barracuda о том, что в них используется черепичная запись, — для огромного количества пользователей это стало неприятным сюрпризом.
23 апреля
Журналисты не смогли пройти мимо поста WD. В статье Western Digital implies WD Red NAS SMR drive users are responsible for overuse problems задаются вполне резонные вопросы: а как, собственно, пользователь может — даже в теории! — узнать о потенциальных проблемах, если WD хранила сам факт использования SMR в NAS-накопителях в секрете? И если уж вы обвиняете пользователей в «неправильном» использовании дисков, то, пожалуйста, определите формально «правильные» и «неправильные» сценарии для каждой конкретной модели. Вот в старом WD60EFRX, например, перестроение RAID 5/6 было «правильным» сценарием, а в новой WD60EFAX стало «неправильным» — с этим можно жить, но… Но клиентам об этом сообщить забыли, при этом отказываясь отвечать на заданные недоумевающими пользователями вопросы.
24 апреля
Технология черепичной записи остается в накопителях WD Red, предназначенных для NAS, но производитель после беспрецедентного давления общественности нехотя и с оговорками согласился больше не устраивать из этого секрета. Теперь ты можешь сделать информированный выбор: покупать «старую» модель WD Red без SMR или «новую» с SMR. Или уйти к конкуренту, который не использует SMR в накопителях для NAS вовсе. Или взять наполненный гелием диск объемом от 8 Тбайт.
А пока общественность торжествует, давай посмотрим на то, как же обстоит дело с дисками, использующими технологию черепичной записи, можно ли считать их абсолютным злом, или в некоторых сценариях экономия оправданна.
Продолжение доступно только участникам
Вариант 1. Присоединись к сообществу «Xakep.ru», чтобы читать все материалы на сайте
Членство в сообществе в течение указанного срока откроет тебе доступ ко ВСЕМ материалам «Хакера», позволит скачивать выпуски в PDF, отключит рекламу на сайте и увеличит личную накопительную скидку! Подробнее
Вариант 2. Открой один материал
Заинтересовала статья, но нет возможности стать членом клуба «Xakep.ru»? Тогда этот вариант для тебя! Обрати внимание: этот способ подходит только для статей, опубликованных более двух месяцев назад.
Олег Афонин
Эксперт по мобильной криминалистике компании «Элкомсофт»