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叠瓦式硬盘技术原理详解

2022-01-16 08:08分类:医疗美容 阅读:

乏味硬盘是当今消歇存储体例中主要的数据存储设备。大师都分明,硬盘单碟容量的已经摸到了天花板。而新一代的HAMR,MAMR技术迟迟弗成已足商用需求。在数据大爆炸的当今,为了将就市场对大容量乏味硬盘的迫切需求,叠瓦式磁记录( ShingledMagnetic Recording,简称SMR)技术答运而生。叠瓦式磁记录是目前最简单实现,难度最矮而又能快捷升迁硬盘单碟容量的技术。

叠瓦式硬盘和传统硬盘分歧,它采用了磁道重叠技术(沟通瓦片堆叠),该技术可能有效升迁硬盘TPI,从而达成升迁硬盘有效容量的方针。SMR技术原理是:动使读磁头的宽度矮于写磁头的特性,把整个磁道的宽度则设计成读磁头的宽度。在实际运用当中,SMR硬盘的读取功能和传统硬盘一律,但是数据写入的培养则远远矮于传统硬盘。在数据写入过程中会施动一系列复杂操作:写磁头要写满整个磁道,而每个磁道都有一单方被相邻磁道掩饰,向磁道中写数据可能会掩饰与其相邻的磁道的数据,导致相邻磁道上的数据被改写;为了保证相邻磁道上数据的高兴性,需求在写之前,先将相邻磁道上的数据读出来,和需求新写的数据一首重新机关后再顺次写入。给SMR硬盘写入带来苛重拖累培养低落。业内称之为:写放大。

SMR硬盘为了挑高写入培养也做了一些有限措施:将磁道机关成若干磁道群,每个磁道群由赓续磁道组成,磁道群之间存在安祥间隔区。SMR硬盘的结构与传统硬盘的结构如图:

如上图所示,张碟片的磁道被分成了众个磁道群(Band1,Band2,…, Band N),群与群之间竖立断绝区防止互干系扰。碟片最外圈竖立非叠瓦式磁道组成的缓冲区,用来缓存电脑央求的随机写操作。依照SMR磁盘的写入模式,目前显露了三栽主要的SMR硬盘结构:

硬盘管理式SMR ( driver-managed)SMR

主机管理式SMR ( host-managed)SMR

主机感知式SMR (host- aware)SMR

硬盘管理式SMR ( driver-managed)SMR

该技术是目前运用最广泛也是唯一可见的SMR技术。采用该技术的硬盘存在1个数据转换区( shingle translation layer,简称STL)。采用数据地址映射和垃圾回收机制将主机央求的随机写操作转换成顺次写操作。在STL的帮忙下,使得SMR硬盘与操作体例文件结构完备兼容:

硬盘管理式SMR固然能解决SMR磁盘与现有文件体例的相互兼容题目,但是随着SMR磁盘上数据量的增大,STL转换层上的垃圾回收策略和数据映射策略越来越复杂,SMR磁盘的写入性能直线低落。

SMR硬盘原因磁道重叠的特性随机写入和原地改写数据变得格外可贵。为维持SMR硬盘随机写性能,引入SMR小块技术。动使SMR磁盘上的缓冲区,将随机写操作和数据更新操作先写人缓冲区,然后重新机关缓冲区里的数据,着末顺次写到磁盘上的切确位置。原因缓冲区容量有限,当写入量增大时,单方写央求无法获得缓冲区容量分配,导致随机写性能急剧低落。为进一步解决该题目,又设计了二栽方案:原地改写和异乡改写。异乡改写时,不在原数据位置改写,而是被写到一个重新唆使的位置,而后将原数据位置标记为无效。

固然解决随机写入造成的写放大题目,但需对无效数据块施动垃圾回收。原因数据更新到新地址,逻辑地址到物理地址的映射外变得日好肥胖繁杂。施动数据原地更新时,则需预留的缓冲区为随机访问区。在进动数据更新时,先将数据写到随机访问区,然后从映射外中找到关系的物理地址,把旧数据写到缓冲区进动旧数据与新数据相符并,着末在回响反映的物理地址上写新数据。为了保证数据的写性能,随机访问区需求采用传统磁盘的非叠瓦式磁道结构。跟异乡更新方案相比,这栽方案无需回收垃圾,映射外结构轻巧。

主机管理式SMR ( host-managed)SMR

主机管理式SMR,将随机写入转换到顺次写入的操作交由电脑端施动。发送到SMR硬盘的指令则全盘为顺次写入。作废硬盘内部的STL功能,硬盘则变成一个不具备自助存储功能的设备。设备端仅招揽电脑端挑交的顺次写央求。主机管理式SMR技术主要是围绕磁道群的固定大小和可变大小打开。

固定大小的磁道群

采用苛格追加方式向SMR硬盘发送顺次写指令,数据顺次写磁道群。该模式里,每个磁道群都有一个指向磁道群的结尾的标记,用于补充新数据;当该磁道群全为无效数据时,才核准重置标记。磁道群可能从头终极招揽新数据掩饰老数据。这栽模式将同等的数据都写标记的新位置,而不是在原有位置更新数据,这栽模式完备解决叠瓦式造成的写放大题目,但是会导致过众无效数据堆积,需屡次回收垃圾及清理数据。

可变大小磁道群

根据运用需求设定磁道带的大小,以此来挑高SMR硬盘空间动使率及读写性能。该方式挑出了非掩饰间距(drive no overlap range, DNOR)和自力间距(drive isolation distance, DID)。DNOR是指对1个磁道进动写操作时,与之相邻的磁道不会被该写操作掩饰的最大磁道数。而DID则是指对1个磁道写操作时,与该写操作会掩饰的很远的磁道之间相隔的总和。譬如写磁头的宽度是2个磁道。当写磁道1时会掩饰磁道2。则磁道的DNOR为15(磁道1、磁道2...、磁道15),磁道0的DID为27(磁道1、磁道2...、磁道27)。每个磁道都有对答DNOR和DID值,硬盘的DNOR值和DID值可能为表层运用的数据写操作挑供很大的变通性。于是,经历这栽方式,将读写数据的最小单位设定在磁道,而非之前的磁道群,便可能解放调整每个磁道群的大小,挑高磁盘的空间动使率。DNOR值和DID值与具体的硬盘结构相关,包括磁道几何分布、碟片的数目等等。

主机感知式SMR (host- aware)SMR

这栽技术属于硬盘管理式SMR 和主机管理式SMR的夹杂体,一时还异国更加缜密的技术流露,一时不做论述。

目前只有硬盘管理式SMR进动商用,而主机管理式SMR一时还间断于实验室阶段。主机管理式SMR技术将写放大题目,交由体例数据接口来解决该题目。

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