Diskovi i njihove oznake: WD i SMR problematika

Kako to obično biva u korporativnom svetu, skandali, malverzacije i zakulisne radnje svoj put do javnosti kreću od tužbe. Ovoga puta u fokus je došao najveći proizvođač hard‑diskova na svetu – kompanija Western Digital. Sva tri velika (jedina) proizvođača, Toshiba, WD i Seagate, našli su se na tapetu, ali je samo WD primio tužbu, zbog nešto neodgovornijeg ponašanja. Da li ste i vi dobili „sumnjiv“ disk?

Problem kreće od Shingled Magnetic Recording (SMR) tehnologije upisa podataka na HDD koja je poznata po vrlo lošim performansama sa fajl sistemima koji se koriste u NAS uređajima. Dok su Seagate i Toshiba prećutno ugurali ove diskove u svoje desktop linije, WD je otišao dalje i uključio ih u svoju najpopularniju Red seriju – namenjenu NAS uređajima.

Šta je SMR

Nova Shingled Magnetic Recording tehnologija uvedena je u svet HDD‑ova 2014. godine i predstavlja novi tip zapisa podataka na magnetni medijum. Umesto konvencionalne Perpendicular/Conventional Magnetic Recording (PMR/CMR) tehnologije gde se podaci upisuju u trakama jedan pored drugog u paralelnim nizovima, SMR uvodi drugačiji sistem upisa i čitanja podataka. Podaci se upisuju u delovima koji delimično preklapaju jedan drugi, nešto poput crepova na krovu. Prednost ove tehnologije je veći kapacitet koji se može upisati po jednoj ploči diska, ali dolazi po cenu performansi. Problem sa SMR tehnologijom nastaje prilikom upisivanja podataka na disk, jer proces upisa preklapa deo postojećih podataka, koji se onda ponovo moraju upisati.

Ovo ćemo lakše objasniti ako za trenutak zamislimo Word kao hard‑disk. Napisali ste tekst na dve strane i setili ste se da morate da promenite neku reč u prvom pasusu. S PMR tehnologijom jednostavno biste obrisali reč i upisali novu, međutim ako Word koristi SMR tehnologiju, morali biste da ponovo napišete ceo pasus zajedno sa izmenom.

Budući da SMR tehnologija donosi povećanje kapaciteta od 25 do čak 50 odsto po magnetnoj ploči, usvojena je kao nova, jeftinija tehnologija za HDD‑ove, jer je povećanje kapaciteta HDD‑ova ovih dana mnogo bitnije od brzine. Problem sa SMR diskovima tu tek počinje. Nije neka velika novost da proizvođači prodaju sporije proizvode bez jasne oznake, to se dešavalo i dešavaće se. Ono što pravi problem nisu samo lošije performanse već činjenica da za adekvatan rad SMR diskovi zahtevaju zaseban firmver/softver za navigaciju kroz trake koje se preklapaju.

Tri vrste SMR tehnologije

Host Managed SMR zahteva host računar koji izdaje komande drajvu da bi funkcionisao kako treba. Ovaj tip SMR diskova najčešće se koristi u cloud serverima jer zahtevaju kontrolu velike količine HDD‑ova, pa zasebno zadavanje host komandi SMR HDD‑u ne predstavlja problem. Host Aware SMR omogućava da SMR diskovi mogu da odgovaraju na host komande ili na regularne komande, pa ovom tipu ne treba poseban softver, ali njegovo korišćenje znatno pomaže, posebno na polju performansi. Treći tip SMR tehnologije je Device Managed SMR (DMSMR) koji ne zahteva nikakve specijalne komande i sistem ga vidi kao regularan HDD.

DMSMR je najčešće korišćena tehnologija, a njeno funkcionisanje je donekle ublaženo korišćenjem CMR keša koji omogućava brzi upis podataka i maskira sporije performanse ovih diskova. To je slično sa nepopularnim QLC SSD‑ovima koji koriste brzi SLC keš kako bi imali brze performanse za ograničenu količinu podataka. Kada upisujete podatke oni idu u brzi keš, prenos podataka se obavi brzo i sve je OK, ali pola sata kasnije i dalje ćete čuti drajv koji koristi vreme kada nije zauzet i prebacuje podatke iz brzog keša na sporije delove. Za većinu korisnika ovo zaista nije preveliki problem, štaviše, dobijate veći kapacitet za manje novca, po cenu nešto lošijih performansi, i to samo u specifičnim scenarijima korišćenja.

Gde nastaje problem?

Korišćenje DMSMR diskova u situacijama kada ne znate da koristite SMR diskove može predstavljati problem, posebno u NAS okruženju. Prostim testiranjem utvrđeno je da SMR diskovi imaju znatno lošije performanse od CMR diskova, i to više nego duplo pri kopiranju velikih fajlova. WD je, kao jedini od tri vodeća proizvođača, „popio“ tužbu zato što je ova kompanija prodavala DMSMR diskove u svojoj Red liniji namenjenoj NAS uređajima, bez jasne oznake da se radi o SMR diskovima.

Samo lošije performanse nisu toliko strašne, ali korišćenje SMR diskova u RAID nizovima otkrilo je znatno ozbiljniji problem. Pošto skoro svi NAS uređaji koriste neki vid RAID niza kako bi se očuvao integritet podataka, proces ponovnog pravljenja RAID niza u slučaju otkaza nekog diska realan je scenario. U testu je jedan od diskova RAID Z niza zamenjen SMR diskom kako bi se izmerilo vreme koje je potrebno da se RAID niz oporavi. Dok je CMR diskovima bilo potrebno između 14 i 17 sati za oporavak RAID niza, SMR disku je trebalo oko 230 sati ili skoro 10 dana da uradi istu stvar!

Testovi su rađeni na ZFS fajl sistemu otvorenog koda koji najčešće koriste popularni NAS sistemi, kao što su Ubuntu, ProxMox i Qnap. U međuvremenu Synology je ažurirao listu nekompatibilnih diskova, na kojoj se nalaze SMR diskovi, što bi moglo da znači da nije izključivo ZFS fajl sistem pogođen opisanim problemima.

U drugim testovima, poput onih s nasumičnim upisom 1 MB podataka, WD Red diskovi su pokazali znatno veće latencije na SMR diskovima u odnosu na CMR. Naime, dok je regularnom disku bilo potrebno 107,8 ms da upiše 1 MB podataka, dotle je WD Red 4 TB EFAX SMR disku trebalo neverovatnih 1315,6 ms, odnosno 1,3 sekunde!

RAID 5 koristimo na sistemima koji se sastoje od najmanje tri diska. Podaci se distribuiraju po njima, zajedno sa informacijama o paritetu. U slučaju otkaza jednog diska, podaci se mogu povratiti na osnovu distribuiranih informacija o paritetu. RAID Z je pandan RAID 5, ali za ZFS fajl sistem. Razlika je u tome što RAID Z koristi dinamičku širinu za distribuiranje podataka, pa se svaki blok distribuira, bez obzira na veličinu. U praksi RAID Z je brži od RAID 5 zbog toga što ne zahteva pročitaj‑promeni‑upiši sekvencu koja je neophodna kod RAID 5.

Oznake

Sve ovo ne bi bilo problem da je WD u startu jasno označavao SMR diskove, kako bi kupci znali šta dobijaju. Ovako je razlika bila samo u jednom slovu: kod 2 TB WD20EFAX (SMR) – WD20EFRX (CMR), kod 4 TB WD40EFAX (SMR) – WD40EFRX (CMR), kod 6 TB WD60EFAX (SMR) – WD60EFRX, WD6003FFBX (CMR) itd. Kako ovi drajvovi ne zahtevaju eksternu kontrolu, kada kupite disk, nemate nikakve naznake da je u pitanju SMR drajv. Isto to su primenjivali i Seagate i Toshiba, ali niko od njih nije bio toliko bezobrazan da to radi sa NAS diskovima.

Nakon podnošenja tužbe, testova i prašine koja se podigla tokom godine sva tri proizvođača uvela su jasnu nomenklaturu za SMR diskove, pa su sada DMSMR diskovi deklarisani za SOHO korisnike, sa starom WD Red oznakom (WD 20/30/40/60 EFAX), dok su CMR diskovi, u zavisnosti od namene, dobili sufikse Plus i Pro.

Kada se podvuče crta, veliki proizvođači su već neko vreme “uvaljivali” SMR diskove korisnicima bez ikakvog upozorenja i jasne napomene. SMR diskovi uopšteno rade dobro kada nisu previše opterećeni, ali imaju katastrofalne rezultate kada su u pitanju zahtevni poslovi, posebno sa ZFS fajl sistemom.

Da li je novo brendiranje dovoljno da korisnicima bude jasno šta kupuju, nismo baš sigurni. Ono u šta smo sigurni jeste to da će većina vas s WD Red diskovima otrčati do kompova da provere oznaku u disk info…