싱글 자기 기록

Shingled magnetic recording
SMR에서는 데이터의 부분 갱신이 어렵습니다.데이터는 다시 쓸 필요가 없는 인접 트랙에 쓰여집니다.

SMR(Shingled Magnetic Recording)은 스토리지 밀도와 드라이브당 전체 스토리지 [1]용량을 높이기 위해 하드 디스크 드라이브(HDD)에 사용되는 자기 스토리지 데이터 기록 기술입니다.종래의 하드 디스크 드라이브에서는, 겹치지 않는 자기 트랙을 서로 평행하게 쓰는 것으로 데이터를 기록(수직 자기 기록, PMR)하는 한편, 싱글 레코딩은 이전에 작성된 자기 트랙의 일부와 겹치는 새로운 트랙을 기록하기 때문에, 이전의 트랙은 좁혀져, 보다 높은 트랙 밀도를 높일 수 있습니다.따라서 트랙은 지붕 널빤지와 비슷하게 부분적으로 겹칩니다.이 접근방식은 물리적 한계로 인해 기록 자기 [2][3][4][5]: 7–9 헤드가 판독 헤드보다 넓기 때문에 선택되었습니다.

중복 트랙 아키텍처는 한 트랙에 쓰는 것도 인접한 트랙을 덮어쓰기 때문에 쓰기 프로세스를 복잡하게 만듭니다.인접한 트랙이 유효한 데이터를 포함하는 경우 트랙도 다시 작성해야 합니다.따라서 SMR 드라이브는 여러 개의 겹치는 트랙의 추가 전용(순차적) 영역으로 나뉘며, 완전히 채워지면 솔리드 스테이트 드라이브의 플래시 블록과 유사하게 다시 작성해야 합니다.디바이스 관리 SMR 디바이스는 펌웨어에서 관리하여 다른 하드디스크와 같은 인터페이스를 제공함으로써 이 복잡성을 숨깁니다.그 외의 SMR 디바이스는, 호스트 관리 대상이며, operating system에 의존해, 드라이브의 특정의 영역에 차례차례 기입합니다.[5]: 11 ff. [6] SMR 드라이브는 DRAM [7][8][9]및 플래시 메모리 캐시를 사용하여 쓰기 성능을 향상시킬 수 있지만 대량의 데이터를 계속 쓰는 속도는 PMR 드라이브보다 현저하게 느립니다.

역사

Seagate는 2013년 9월에 디바이스 관리형 SMR 하드 드라이브를 출하하기 시작했습니다.이것에 의해, 비싱글 [1][10]스토리지에 비해, 전체 용량이 약 25%증가했습니다.2014년 9월 HGST는 호스트 관리 대상 싱글 자기 [11]기록을 사용하는 헬륨으로 채워진 10TB 드라이브를 발표했지만, 2015년 12월에는 기존의 비싱글 수직 레코딩을 [12]사용하는 10TB 헬륨 충전 드라이브를 발표했습니다.2019년 11월 HGST는 14TB 및 15TB 드라이브를 [13]출시했습니다.

Western Digital, Toshiba 및 Seagate는 SMR 드라이브를 라벨 없이 판매하여 SMR 드라이브의 동작이 PMR [14]드라이브보다 훨씬 느리기 때문에 큰 논란이 되고 있습니다.일부에서는 이로 인해 데이터 [15]손실이 발생할 수 있다고 주장하기도 합니다.이러한 잘못된 레이블 지정 방법은 서버, NAS, RAID 및 콜드 스토리지용 전용 데이터 스토리지 HDD와 소비자 중심에서 모두 사용되었습니다.기술이 열등하다고 주장하는 웨스턴 디지털에 대한 미국의 집단 소송은 2021년 [16]8월 27일 또는 그 이전에 해결되었다.

1980년대와 1990년대에 인기를 끌었던 소비자용 헬리컬 스캔 비디오 카세트 레코더(VCR)에도 이전에 심하게 중첩된(싱글링된) 트랙이 나타났습니다.Extended Play(EP 또는 SLP) 모드에서는 VHS와 베타맥스 모두 트랙 피치를 3배 줄였습니다.인접한 선로의 심각한 간섭은 경사 방위 기록을 사용함으로써 부분적으로 완화되었습니다.

데이터 관리

SMR 드라이브에서는, 디바이스 관리, 호스트 관리, 및 [17][18]호스트 인식의 3개의 다른 방법으로 데이터를 관리할 수 있습니다.

디바이스 관리

장치 관리 드라이브 또는 드라이브 관리 드라이브는 호스트에 비싱글 드라이브와 동일하게 표시됩니다.호스트는 특별한 프로토콜을 따를 필요가 없습니다.스토리지의 대상 특성과 관련된 모든 데이터 처리는 장치에 의해 관리됩니다.시퀀셜 쓰기가 더 효율적입니다.또한 호스트는 스토리지가 씬(single)[5]된 사실을 인식하지 못합니다.

디바이스 관리 드라이브의 디스크 컨트롤러는 플래시 미디어의 특수 특성에 따라 필요한 개서를 내부적으로 처리하는 방법과 마찬가지로 대상 드라이브의 특수 특성에 따라 필요한 개서를 내부적으로 처리합니다.

최근까지 [when?]이러한 유형의 SMR 드라이브는 제조업체에서 라벨을 부착하지 않은 경우가 많았습니다.LBA 주소는 온디스크 구조와 큰 상관관계가[vague] 없기 때문에 펌웨어 제어 대상 싱글 변환 레이어 동작은 솔리드 스테이트 드라이브와 비교할 수 있습니다.추가 전용 영역은 랜덤 쓰기에 매우 느리기 때문에 쓰기가 먼저 PMR 캐시로 전송되고 디스크는 유휴 상태일 때 이러한 데이터를 SMR 부품으로 이동합니다.RAID 복원 기능은 [why?]캐시에 과부하가 걸려 SMR 드라이브가 몇 분 동안 일시 [citation needed]중지되는 경향이 있습니다.펌 웨어(WD40EFAX등)에 장해가 있는 경우,[citation needed] 기입되지 않은 주소를 읽어내도록 요구받았을 때에도, 에러가 발생하는 일이 있습니다.RAID 컨트롤러에서는,[19] 어느 동작도 드라이브 장해로 해석되는 경우가 있습니다.

SMR의 존화 특성은 가비지 [20]수집 시 디스크가 쓰기 증폭에 시달린다는 것을 의미하기도 합니다.단, 하드 드라이브의 경우 쓰기 속도는 수명이 아니라 속도입니다.일부 SMR 하드 드라이브는 이러한 [21]이유로 TRIM 명령을 지원합니다.

호스트 관리

호스트 관리 디바이스는 호스트의 특수 프로토콜을 엄격하게 준수해야 합니다.호스트는 스토리지의 대상 특성을 관리하므로 기존 데이터가 파괴되지 않도록 순차적으로 써야 합니다.드라이브는 [5]이 프로토콜을 위반하는 명령 실행을 거부합니다.

호스트 인식

호스트 인식은 드라이브 관리와 호스트 관리의 조합입니다.드라이브는 스토리지의 대상 특성을 관리할 수 있으며 순차적 여부에 관계없이 호스트가 제공하는 모든 명령을 실행합니다.그러나 호스트는 드라이브가 씽크된 것을 인식하고 드라이브에 가득 찬 수준을 쿼리할 수 있습니다.이를 통해 호스트는 대상 데이터에 맞게 쓰기를 최적화하는 동시에 드라이브를 유연하고 [5]역호환할 수 있습니다.

프로토콜

SMR 디바이스는 보통 256 MiB [22]크기의 구역으로 나누어져 있기 때문에 구역으로 분류됩니다.SCSI용 ZBC(Zoned Block Commands, ANSI INCITS 536)와 SATA용 ZAC(Zoned ATA Commands, ANSI INCITS 537)의 2개의 특수 명령 세트를 SMR 디바이스에서 사용할 수 있습니다.각 존이 PMR인지 SMR인지에 대해 호스트에 통지하고 이들 존에 [23]직접 주소를 지정할 수 있도록 합니다.특별히 언급하지 않는 한 명령어는 호스트 인식/관리 디바이스에서만 사용할 수 있습니다.구체적인 명령어는 다음과 같습니다.[24]

  • REPORT ZONES - 디스크 레이아웃 및 존 상태(쓰기 포인터, 시퀀셜 존의 마지막 쓰기 위치 등)에 대한 정보
    • SMR 또는 이와 유사한 영역은 호스트 관리 드라이브에서는 순차적으로 필요하지만 호스트 인식 드라이브에서는 순차적으로 선호됩니다.
  • 쓰기 포인터를 리셋하여 순차 영역이 비어 있도록 쓰기 포인터를 되감습니다.
  • OPEN ZONE: 존에 대한 접근을 명시적으로 선언하고 관련 펌웨어 리소스를 잠급니다.
  • 열린 영역을 잠금 해제하려면 영역 닫기
  • FINish ZONE(영역을 완료) 영역 가득 채우고 읽을 수 있도록 합니다.

각 존에는 일련의 LBA 주소가 관련지어져 있어 호스트 관리 대상 드라이브에서 시퀀셜 요건을 따르는 한 모든 LBA 기반 명령을 사용할 수 있습니다.

SMR 디바이스는 [25][26][5]: 14 다음 항목에 따라 자신을 식별합니다.

  • 호스트 인식 드라이브 또는 디바이스 관리 드라이브는 일반 블록 디바이스(SCSI 00h)로 표시되므로 일반 하드 드라이브로 인식할 수 있습니다.
    • ZONED 필드에는 드라이브가 장치 관리인지, 호스트 인식인지 또는 둘 다 표시되지 않습니다.이 문제는 SCSI 블록 디바이스 특성 VPD 페이지와 ATA 기능 로그 페이지에서 확인할 수 있습니다.
  • 호스트 관리 드라이브는 새로운 디바이스 타입(SCSI 14h)을 사용합니다.ZAC/ZBC 인식 시스템만 검색하여 사용할 수 있습니다.

형제 표준의 새로운 버전인 ZAC-2/ZBC-2는 개발 중입니다.새로운 버전에서는 비연속 [27]LBA를 허용하는 새로운 유형의 "도메인 및 레름존 블록 디바이스"가 도입되었습니다.ZONED 필드는 Western [28]Digital의 제안에 따라 폐기되었습니다.

존 인터페이스는 플래시 스토리지에도 도움이 됩니다.NVM Express [29]조직은 버전을 검토 중입니다.

소프트웨어 및 응용 프로그램

고밀도 SMR 드라이브는 랜덤 판독 특성과 결합되어 순차 액세스 테이프 스토리지와 기존 랜덤 액세스 하드 드라이브 스토리지 사이의 틈새를 메웁니다.수정 가능성은 낮지만 어느 시점에서도 효율적으로 읽어야 하는 데이터를 저장하는 데 적합합니다.사용 사례의 한 예로 Dropbox의 Magic Storage 시스템이 있습니다. 이 시스템은 온디스크 익스텐트를 추가 전용 [30]방식으로 실행합니다.장치 관리 SMR 디스크는 이러한 [31]특성 때문에 "아카이브 HDD"로도 판매되고 있습니다.

Linux 의 많은 파일 시스템은, SMR [32]드라이브에 대응하고 있거나, SMR 드라이브에 맞추어 조정할 수 있습니다.

  • F2FS는 원래 플래시 미디어용으로 설계되었으며 Zoned Block Device(ZBD; 존 블록 디바이스) 모드가 있습니다.메타데이터를 위한 일반 영역이 있는 호스트 관리 드라이브에서 사용할 수 있습니다.
  • Btrfs는 Linux 커널 5.12에서 ZBD 지원이 추가되었으며 CoW의 특성으로 인해 대부분 순차적으로 쓰입니다.
  • ext4는 보다 순차적으로 쓰도록 실험적으로 조정될 수 있습니다.Theodore Ts'o와 Abutalib Aghayv는 2017년에 ext4-lazy에 대해 이야기했다.Seagate는 또한 2015년부터 ZBC/Z를 사용하는 보다 급진적인 "SMRFFS" 확장을 실시했습니다.AC [33]명령어
  • 다른 파일 시스템의 경우 Linux 장치 매퍼에는 호스트 관리 드라이브를 랜덤 쓰기 가능한 드라이브에 매핑하는 dm-zoned 대상이 있습니다.4.10 이후의 Linux 커널에서는 [34]dm 없이 이 작업을 수행할 수 있습니다.2019년의 zonefs는 보다 쉽게 [35]액세스할 수 있도록 영역을 파일로 표시합니다.

Linux와 더불어 FreeBSD는 호스트 관리 SMR 드라이브에 [22][36]대한 프로토콜 수준의 지원을 제공합니다.2020년 4월 현재 Windows와 MacOS 모두 ZBC/Z를 지원하지 않습니다.이러한 드라이브가 동작하려면 , AC 커맨드가 필요합니다.

다이내믹 하이브리드 SMR

종래의 SMR 모델에서는, 제조시에 각 존에 타입이 할당되어 있던 것에 비해, 다이나믹 하이브리드 SMR 드라이브를 사용하면,[37][38] 고객이 존 타입을 씽크에서 재래식으로 재구성할 수 있습니다.SMR/PMR 설정을 조정하면 드라이브를 "핫" 및 "콜드"[20] 데이터의 현재 워크로드에 맞출 수 있습니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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외부 링크

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