До недавнего времени черепичная запись Shingled Magnetic Recording (SMR) использовалась в недорогих моделях жёстких дисков Seagate, а также во всех моделях компании типоразмера 2.5”. Такие диски заслуженно получили репутацию медленных, с нестабильной скоростью записи и случайного доступа. Второй производитель жёстких дисков, Western Digital, долгое время оставался в стороне, продолжая выпускать накопители, использующие конвенционный способ записи CMR. Многие пользователи основывали свой выбор накопителя, исходя именно из этого критерия.

Недавние событие перевернуло привычные представления: в дисках Western Digital, предназначенных для работы в составе многодисковых сетевых хранилищ, обнаружилась «черепица», что приводило к отказам в работе RAID массивов. В этой статье мы подробно расскажем о том, что такое черепичная запись, в каких сценариях её использование допустимо, в чём состоят отличия между подходами WD и Seagate и к чему привело журналистское расследование.

Скандальная черепица

Не так давно в сети развернулся скандал: в дисках линейки WD Red, предназначенных для работы в составе сетевых хранилищ, обнаружились недокументированная особенность. Хронология событий такова.

2 апреля 2020

Пользователем Кристиан Франке (Christian Franke) было опубликовано исследование, в котором было рассказано об использовании недокументированной технологии SMR (черепичной записи Shingled Magnetic Recording) в некоторых дисках линейки WD Red. Кристиан описал, к каким именно проблемам это приводит в рамках массивов. Известные особенности технологии приводили к деградации массивов RAID в случаях, когда такие диски использовались совместно с «классическими» дисками (CMR, Conventional Magnetic Recording). Более того, восстановление таких массивов оказывалось невозможным из-за постоянных повторных выпаданий диска с SMR.

Задолго до этого пользователи задавались вопросом «не используется ли в данной модели технология SMR?» Представители Western Digital под разными предлогами отказывались разглашать используемую в дисках технологию. «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.

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.

(Источник)

В переводе: «Большое спасибо за обращение. Обращаем ваше внимание, что информация об использовании PMR и SMR не является публично доступной и не разглашается нашим клиентам. Однако могу сообщить, что большая часть поставляемых WD продуктов использует CMR; ниже – дополнительная информация. Тем не менее, в начале 2017 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.

With regards

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 ТБ, предназначенный для крупных хранилищ данных. По утверждению представителя WD, все остальные диски компании использовали CMR.

Дальнейшие попытки добиться хоть какой-то внятной информации привели к предложению «обсудить проблему с инженерами и специалистами по жёстким дискам в телеконференции». Телеконференция, впрочем, не состоялась. Пользователи обратились к журналистам.

14 апреля 2020

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

Как мы знаем, основной конкурент Western Digital – компания Seagate, — использует черепичную запись в накопителях линеек Archive и BarraCuda Compute уже много лет. Почему же именно в данном случае использование SMR стало проблемой?

В статье приводится несколько примеров. В частности, пользователи, которые заменяли вышедшие из строя диски WD Red 6TB WD60EFRX на новые модели WD60EFAX получали атипично длительное время перестроения массивов SHR1 и RAID5 (от 2 до 8 дней). У некоторых пользователей перестроение и вовсе завершалось с ошибкой: новый диск попросту исключался из массива как неисправный. Очевидно, что в ряде сценариев 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 отказывались как-либо комментировать ситуацию или просто признать сам факт использования новой технологии записи.

Именно в этот момент журналистам удалось впервые получить от Western Digital внятный ответ: «Актуальные модели WD Red 2TB-6TB компании Western Digital используют drive-managed SMR (DMSMR). Диски WD Red 8TB-14TB 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 своё оправдание WD приводит следующий аргумент: «В типичной среде домашних NAS и NAS для малого бизнеса типичные нагрузки скачкообразны, оставляя достаточное время 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 2020

Статья попала в точку: проблема назрела уже у большого количества пользователей. Поднявшаяся в сети волна публикаций и обсуждений 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 её используется для буферизации записей в качестве псевдо-SLC кэша. Так и здесь: в жёстких дисках, использующих черепичную запись SMR, есть области CMR, использующиеся для ускорения записи. Таким образом у пользователя, который тестирует диск популярным пакетом CrystalDiskMark, возникает иллюзия нормальности: диск и читает, и пишет данные без каких-либо сюрпризов.

Неожиданность просиходит тогда, когда объём записанных данных превышает размер области CMR или весь диск был однажды заполнен данными, после чего накопителю приходится на лету «уплотнять» информацию. Такие ситуации в рамках NAS могут наступить как минимум в двух случаях: в случае перестроения массива класса RAID5 и подобных, в которых используются контрольные суммы, и в случае записи большого объёма данных (например, при создании и сохранении на диск обычной резервной копии). В таких сценариях видимая скорость записи падает в разы, а то и на один-два порядка. В моих собственных тестах скорость перезаписи заполненного накопителя периодически проседала до 1-10 МБ/с при записи единственного файла объёмом 1.5 ТБ (резервная копия системы). Я нахожу такую скорость неприемлемой.

В той же статье автор рассказал и о том, что происходит при попытке перестроения массива RAID5/6, если новый диск использует SMR. Огромное количество операций случайного ввода-вывода быстро приводит к переполнению буферной области CMR; контроллер не успевает справиться с нагрузкой, возвращая ошибку отказа в обслуживании. Спустя короткое время (порядка 40 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 – RAID0/1, а также при создании нового массива RAID5/6. Создаётся впечатление, что разработчики Western Digital попросту не проверили новые диски в сценарии перестроения массива RAID5/6, ограничившись лишь самыми простейшими сценариями.

15 апреля 2020

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 на 2.5, архивных Archive и десктопных BarraСuda Compute. Об этом было известно давно, 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 в официальном пресс-релизе. 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 черепичной записи SMR описаны Seagate в технической документации к соответствующим накопителям; о них мы ещё поговорим, пока же вернёмся к хронологии.

16 апреля 2020

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 с учётом исчезающей доли накопителей Toshiba в типоразмере 3.5”. Впрочем, ознакомиться со списком моделей дисков Toshiba, в которых используется SMR, в любом случае не помешает. На сегодняшний день это 3.5” диски Toshiba P300 Desktop PC и DT02 объёмом 4 и 6 ТБ, а также все без исключения 2.5” модели поколения MQ04.

20 апреля 2020

В Western Digital определённо 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 RAID5/6 для дисков серии WD Red – неправильное использование и нецелевое, а понятия NAS и RAID – понятия хоть и близкие, но не эквивалентные. Если пользователь желает использовать диск для NAS в составе массива RAID5/6, то стоит купить модель подороже – например, из линейки Ultrastar DC, WD Gold или WD Red Pro. Именно так и написано, буквально: «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 шедевр работы департамента Western Digital по связи с общественностью, с ним можно ознакомиться по ссылке выше.

21 апреля 2020

Разумеется, основной конкурент, компания Seagate, не смог не прокомментировать ситуацию. В статье Seagate says Network Attached Storage and SMR don’t mix представитель компании подчёркивает, что Seagate никогда не использовал черепичную запись в дисках Ironwolf и Ironwolf Pro, предназначенных для NAS, и не рекомендует использовать диски с SMR в сетевых хранилищах.

23 апреля 2020

Журналисты не смогли пройти мимо постинга 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, отказываясь даже честно ответить на прямо заданный вопрос? И если уж пользователей обвинили в  «нецелевом» использовании дисков, то определите формально «целевые» и «нецелевые» сценарии для каждой модели и линейки моделей. В старом WD60EFRX перестроение RAID5/6 было «целевым» сценарием, а в новой WD60EFAX стало «нецелевым». С этим можно работать, но… Но клиентам об этом сообщить забыли, а на заданные вопросы отвечать отказались. Прямо скажем, игра на грани фола – что и привело впоследствии к подаче коллективного судебного иска.

24 апреля 2020

В Western Digital сдались: компания опубликовала полный список накопителей в форм-факторе 3.5”, в которых используется SMR.

Технология черепичной записи остаётся в накопителях WD Red, предназначенных для NAS, но производитель после беспрецедентного давления общественности нехотя и с оговорками согласился больше не делать из этого секрета. Теперь пользователь может 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 объёмом от 8 ТБ.

23 июня 2020

Не прошло и двух месяцев, как компания «решила проблему», и выходит очередная новость: модельный ряд накопителей WD Red расширен линейкой WD Red Plus, в которой используется конвенционный способ записи CMR. Теперь серия накопителей WD Red включает в себя стандартную версию WD Red (в ней будет использоваться черепичная запись SMR), WD Red Plus (классический способ записи CMR) и оставшуюся без изменений WD Red Pro.

В версию WD Plus вошли жёсткие диски объёмом от 2 до 6 ТБ, в которых, как и до журналистского расследования, будет использоваться классическая запись CMR. В наименованиях новых дисков также появилось отличие — вместо предпоследней буквы «A» (модели WDxxEFAX) теперь ставится «R» (WDxxEFRX), что позволяет отличить диски с CMR от моделей с SMR.

Всё бы неплохо, но «новая» модель WD Red Plus с идентификатором WD60EFRX с точностью до надписей на этикетках совпадает со «старой», снятой с производства моделью WD Red WD60EFRX. Только теперь «новая» модель носит гордое название Plus, а продаётся дороже снятой было с производства «старой». За такой способ решения собственноручно созданной проблемы компания уже подверглась массивной критике.

Что ж, посмотрим на то, как на самом деле обстоит дело с дисками, использующими технологию черепичной записи; являются ли они абсолютным злом или в некоторых сценариях экономию можно оправдать.

Реализация SMR у Seagate: привычное зло

Проще всего дела обстоят у Seagate. Покупая недорогой диск от Seagate, пользователь, скорее всего, получит модель с черепичной записью. На сегодняшний день дела в стане Seagate обстоят следующим образом.

Линейки Seagate Archive и BarraCuda Compute: как правило, поставляются с SMR. Именно такие диски устанавливаются во внешние накопители линеек Expansion Desktop и Backup Plus Hub ёмкостью до 8 ТБ включительно.

Линейка BarraCuda Pro обходится без SMR. Кстати, все диски Seagate объёмом от 10 ТБ также используют обычный способ записи CMR; это объясняет заметную разницу в цене между моделями внешних накопителей Seagate на 8 и 10 ТБ.

Во всех дисках для NAS линеек IronWolf и IronWolf Pro используется честная перпендикулярная запись (CMR).

Что такое черепичная запись? Подробная иллюстрированная статья выложена на сайте Seagate — очень рекомендую ознакомиться.

При черепичном способе записи дорожки записываются на диск не параллельно, а с перехлёстом, как черепицы на крыше, что позволяет дополнительно уплотнить запись. Использование черепичного способа записи позволяет производителям сэкономить на производстве, сделать диск менее шумным и менее тяжёлым за счёт меньшего количества вращающихся «блинов» и головок чтения-записи.

А что насчёт надёжности дисков с SMR? Когда технология только появилась на рынке, у пользователей были большие сомнения относительно долговременной надёжности таких дисков. На сегодняшний день можно констатировать, что надёжность дисков с SMR при обычном использовании в качестве архивных накопителей не хуже надёжности дисков с CMR аналогичной ёмкости, а в отдельных случаях может даже превышать её за счёт упрощения механической части.

Неприятная особенность реализации SMR у Seagate в том, что диски выдерживают хорошую скорость записи на протяжении лишь первого цикла заполнения диска. Но стоит пользователю заполнить диск целиком и начать перезаписывать данные (сценарий, совершенно типичный для регулярных резервных копий), как скорость перезаписи падает в разы в сравнении с записью на свежий диск. Ситуация чем-то напоминает ту, в которой оказались производители первых твердотельных накопителей SSD: запись в блок происходит быстро, а для перезаписи единственного байта требуется считать целый (и довольно крупный) блок данных, модифицировать нужные данные и сохранить изменённую информацию. Так и здесь: для перезаписи единственной дорожки нужно сначала считать все последующие дорожки, которые входят в объединённый блок (ленту), после чего записать нужную дорожку и восстановить из буфера все последующие.

Вот что имеет на эту тему сказать производитель Seagate:

C технологией SMR связана следующая проблема: если нужно перезаписать либо обновить часть информации, переписать придётся не только требуемый фрагмент, но и данные на последующих дорожках. Поскольку записывающий элемент шире неперекрывающейся области дорожки, он захватывает также данные на граничащих дорожках, а значит, потом придётся перезаписать и их (рис. 3). Таким образом, при изменении данных на нижней дорожке, нужно скорректировать данные на ближайшей наложенной дорожке, потом на следующей, и так далее, пока не будет переписана вся пластина.

Рис. 3. Записывающий элемент перекрывает накладывающиеся дорожки

По этой причине дорожки SMR-диска объединены в небольшие группы, называемые лентами. Накладываются друг на друга, соответственно, только дорожки в пределах одной ленты (рис. 4). Благодаря такому группированию в случае обновления некоторых данных перезаписывать придется не всю пластину, а лишь ограниченное количество дорожек, что существенно упрощает и ускоряет процесс.

Рис. 4. Структура ленты на SMR-диске

(источник)

Такая организация приводит к тому, что скорость перезаписи данных падает с условных 180 МБ/с до 40-50 МБ/с. Обойти проблему можно попытаться, включив для диска кеширование записи и осуществляя запись крупными блоками, размер которых не меньше размера одной ленты. Так, тестовый образец LaCie 2.5″ 4TB демонстрировал скорость записи на чистый накопитель порядка 130 МБ/с. После первого заполнения диска скорость записи данных упала до 20-40 МБ/с; что характерно, не помогло ни форматирование диска, ни переразбивка на разделы. Ещё хуже себя показал вариант ёмкостью 5 ТБ, скорость перезаписи данных которого упала ниже 10 МБ/с. Частично исправить ситуацию помогло включение кеширования записи и запись данных крупными блоками; впрочем, даже так первоначальная высокая скорость записи не восстановилась.

Проиллюстрирую работу SMR в момент перезаписи данных. Увидеть подобные цифры получится лишь после того, как весь объём диска был заполнен хотя бы единожды, а объём записываемых в течение одной сессии данных превышает размер буфера CMR (при этом очистка или переформатирование диска никак не повлияют на производительность). На первом скриншоте — запись с отключённым кэшированием записи. Скорость записи периодически проседает от 1 до 10 МБ/с. Эта скорость обнажает внутреннюю суть процесса. В процессе записи контроллер считывает ленту (блок черепичных дорожек) в буфер; модифицирует одну дорожку; записывает всю ленту из буфера на диск. Следующая дорожка — повторение цикла. В результате имеем процесс, который на Reddit описали так: «Многие говорят, что SMR — это медленно, но мало кто представляет, насколько медленно это на самом деле. Представьте, что вам нужно пропихнуть слона через замочную скважину. Представили? А теперь представьте, что с другой стороны активно сопротивляются. Вот это и будет запись SMR.»

Скорость перезаписи с отключённым кэшем на запись.

На втором скриншоте — то же самое, но с включённым кэшированием записи. Теперь в буфер накопителя попадает не дорожка, а вся лента целиком (точнее, может попадать — фактического размера ленты и того, как он соотносится с размером буфера накопителя, мы не знаем). Если бы контроллер накопителя был чуточку умнее (или хотя бы поддерживал инструкцию trim, как в WD), то он понял бы, что нужно перезаписать всю ленту целиком — и сделал бы именно это. Но — нет; контроллер раз за разом считывает ленту в буфер, модифицирует данные и записывает их обратно. Скорость записи в результате варьируется от нулевой до максимальной (около 100 МБ/с в этой части диска).

Скорость перезаписи с включённым кэшем на запись.

На скриншотах хорошо видна одна из проблем накопителей с SMR: чрезвычайно медленная перезапись больших массивов данных. Учитывая, что такие диски (на скриншоте – модель Seagate Backup Plus 5TB) часто продаются для хранения резервных копий, размер которых может достигать от сотен гигабайт до нескольких терабайт, такая производительность на основной (и, по сути, единственной) задаче устройства – совершенно неприемлема.

А что насчёт скорости чтения? Хорошо известная проблема SMR – низкая скорость позиционирования головок, связанная с высокой плотностью расположения дорожек. Соответственно, случайный доступ к данным, в отличие от последовательного, при прочих равных условиях в моделях с SMR будет ниже, чем в дисках без «черепицы». Но на этом проблемы не заканчиваются. В дисках с SMR без trim так же, как и в накопителях SSD, используется механизм трансляции адресов. Диск старается записать новую порцию данных сначала в CMR буфер, а когда он заполнен — в первую свободную ленту. Соответственно, происходит трансляция логических адресов в физические; при этом возникает внутренняя фрагментация данных. И если для SSD внутренняя фрагментация не играет никакой роли, то в случае с механическими дисками мы получаем двойной удар: файлы «размазываются» по незанятым лентам, и при этом скорость случайного доступа низкая из-за увеличенных требований к точности позиционирования головки. В результате при неудачном стечении обстоятельств мы получаем диск, чтение данных с которого превращается в пресловутое проталкивание слона через замочную скважину.

Впрочем, модель модели рознь. В упомянутом выше внешнем накопителе используется диск Seagate BarraCuda 5TB (ST5000LM000), которая была одной из первых 2.5” моделей с SMR. Реализация черепичной записи в нём сырая, чем-то напоминает поведение самых первых SSD, которые теряли в скорости записи сразу после первого заполнения. Моё мнение: в таком виде накопитель нельзя было выпускать на рынок.

А в каком – можно? Можно ли сделать так, чтобы дисками с SMR можно было пользоваться, не испытывая заметных неудобств? Оказывается, даже в рамках технологии SMR можно создавать вполне неплохие диски (разумеется, со своими ограничениями и узким спектром сценариев использования), если правильно сделать программную часть – прошивку контроллера. И получилось это сделать впервые не у Seagate, пионера технологии, а у основного конкурента – компании Western Digital, героя этой статьи.

Реализация SMR от WD: команда trim, как в SSD

На сегодняшний день между реализацией SMR от Seagate и Western Digital есть одно, но очень важное отличие: поддержка накопителями WD команды trim. Использование этой команды меняет если не всё, то многое. Но позволяет ли поддержка trim говорить о том, что накопители с SMR можно использовать в рамках RAID массивов? Разберёмся детально.

Первые опыты Western Digital в отношении SMR были сугубо секретными: компания до сих пор не призналась, использовалась ли эта технология в модели WD My Passport объёмом 4 ТБ. Большинство пользователей склоняется к тому, что использовалась: невысокая скорость случайной записи и низкая надёжность модели привели к закономерным подозрениям. Впрочем, уверенности в этом до сих пор нет ни у кого, даже у технически подкованных специалистов. Об использовании SMR в этой модели упоминается вскользь как о вероятности. Что интересно, в этой модели параметры S.M.A.R.T. декларируют поддержку функции trim, но фактически её активировать не удаётся. А вот в новой модели WD My Passport 5TB (а также WD_Black 5TB) функция trim и декларируется, и поддерживается фактически.

Благодаря поддержке trim последовательная запись большого массива данных всегда осуществляется так, как будто данные сохраняются на свежий накопитель. Вот как выглядит график производительности диска WD My Passport 5TB (с поддержкой trim):

Источник

А вот так – график производительности аналогичного диска Seagate (поддержки trim нет):

Как видим, у диска Seagate первые 10 минут идёт запись в буфер CMR, после чего начинается бесконечный цикл уплотнения-перезаписи, из-за которого скорость записи то падает до 10 МБ/с, то восстанавливается до максимальной, то снова падает. Накопитель от Western Digital подобного поведения не демонстрировал.

Как проверить, поддерживает ли данный конкретный диск команду trim? С одной стороны, можно посмотреть показания S.M.A.R.T. С другой – у меня есть несколько дисков, в параметрах которых поддержка trim заявлена, но по факту отсутствует (вероятно, это особенности использованных производителем USB контроллеров). Проверить же можно, запустив PowerShell с административными привилегиями и выполнив команду

Optimize-Volume -DriveLetter X: -Retrim

Если процесс оптимизации успешно начнётся, то система выполняет тримминг накопителя. Если же выдаст ошибку – значит, функция trim не поддерживается (кстати, она не поддерживается при использовании любой файловой системы, кроме NTFS).

Казалось бы, при чём здесь trim – команда, традиционно использующаяся в твердотельных накопителей для упрощения сборки мусора?

В статье TRIM Command Support for WD External Drives даётся подробный ответ. Согласно этой статье, функция trim используется для оптимизации сборки мусора на дисках WD, использующих черепичный способ записи.

TRIM / UNMAP поддерживается для внешних (и внутренних тоже – ОА) жестких дисков с технологией записи SMR (Shingled Magnetic Recording) для управления таблиц соответствия адресов и повышения производительности SMR с течением времени. Одним из преимуществ (там так и написано – ОА) черепичной записи является то, что все физические сектора записываются последовательно в радиальном направлении и перезаписываются только после циклического переноса. Перезапись ранее записанного LBA (адресация логического блока) приведет к тому, что предыдущая запись будет помечена как недействительная, и LBA будет записана в следующий последовательный физический сектор. TRIM/UNMAP позволяет ОС информировать накопитель о том, какие блоки более не используются и могут быть вновь использованы жестким диском для выполнения последующих операций записи на полной скорости.

Что это означает на практике? Если использовать такой диск в Windows 10 (и диск отформатирован в NTFS), то скорость записи больших массивов данных будет оставаться высокой независимо от числа перезаписей. Система автоматически сообщит контроллеру об освобождении адресов, которые более не используются. Соответственно, скорость записи будет восстанавливаться автоматически после удаления файла или форматирования диска – это то, чего катастрофически не хватает накопителям от Seagate.

Если речь идёт о диске формата 3.5”, то некоторые NAS (например, производства Synology) также определят его как накопитель, поддерживающий trim. Работу trim можно настроить по расписанию.

Пусть вас не введёт в заблуждение название пункта “SSD trim”: в накопителе установлен механический жёсткий диск на 6 ТБ – как раз из новой серии WD с черепичной записью. Впрочем, у этого метода есть и ряд ограничений; в частности, trim не работает в массивах RAID5/6. Аналогичные ограничения есть и у других NAS.

Что приводит нас к очевидному выводу: даже поддержка накопителями команды trim не делает новые диски Western Digital с черепичной записью SMR пригодными для использования в составе массивов RAID 5 и RAID 6 (а также, по опыту пользователей, в составе ZFS и массивов SHR 1 и, возможно, SHR 2). В составе таких массивов непрерывная череда мелкоблочных операций записи быстро (в течение 40 минут) перенасытит контроллер и переполнит ограниченный буфер CMR.

Нельзя и использовать диск с SMR совместно с классическими в рамках одного массива: в зависимости от нагрузки, диск с SMR может замедлить работу всего массива и даже привести к его деградации, если контроллеру покажется, что диск слишком долго не отвечает.

С другой стороны, новые диски WD с черепичной записью вполне допустимо использовать в однодисковых NAS, а также в составе массивов уровней JBOD, RAID 1 или RAID 0 в многодисковых сетевых накопителях, причём последние два (RAID1/0) при условии, что все диски в составе массива используют одинаковую технологию записи (только CMR или только SMR).

И, разумеется, диски WD с черепичной записью отлично работают в качестве архивных. Правда, до тех пор, пока их используют совместно с Windows, а сам накопитель отформатирован в NTFS. Использование таких дисков в macOS способно преподнести неприятные сюрпризы в силу особенностей реализации trim в ОС от Apple.

При этом использование диска SMR с поддержкой команды trim предпочтительнее аналогичного диска без поддержки trim – обширный список, в который входят практически все «домашние» накопители Seagate.

Стоит ли покупать диски с SMR

Разница в цене между наполненным гелием накопителем WD My Book или WD Elements Desktop 8TB, использующими классическую запись CMR, и черепичными Seagate Backup Plus Hub или Seagate Expansion Desktop 8TB на сегодня порядка 10-15 евро. Разница в цене между WD Red 6TB с PMR (модель WD60EFRX) и SMR (WD60EFAX) – исторически те же 10 евро, но на фоне последних публикаций ценник на классическую модель резко и необоснованно взлетел, догнав ценник на 8-гигабайтный накопитель.

Стоит ли переплатить за отсутствие SMR и всегда ли это возможно? В некоторых компактных (2.5”) накопителях ёмкостью от 2 ТБ используют SMR для того, чтобы получить более тонкий корпус. В компактных дисках ёмкостью в 5 ТБ запись SMR используют просто для того, чтобы сделать такую ёмкость возможной. А вот десктопные диски ёмкостью 2, 4, 6 и 8 ТБ вполне можно выпустить и без SMR. Использование черепичной записи позволяет производителю сэкономить; часть этой экономии достаётся на долю покупателя, но большую часть денег производитель кладёт в собственный карман.

Решение о покупке того или иного диска принимать в любом случае пользователю. Есть сценарии использования, в которых использование SMR недопустимо в принципе – это массивы RAID 5 и 6 уровней. Использовать SMR в составе массивов RAID 0 и RAID 1 принципиально допустимо, но при соблюдении простого правила – использовать в рамках массива только диски без или только с SMR. В однодисковом NAS, который умеет использовать trim, пользователь не заметит большой разницы между диском с PMR и диском SMR, поддерживающим команду trim. Наконец, диски с SMR и trim вполне допустимо использовать в качестве архивных.

А вот за использование дисков с SMR, но без поддержки trim, производитель просто обязан давать гигантскую скидку. В противном случае мне сложно понять потребителя, приобретающего себе заведомо медленный и нестабильный по скорости работы накопитель.

Заключение

В этой статье мы подробно рассмотрели как саму черепичную технологию записи SMR, так и особенности её реализации двумя крупнейшими представителями индустрии – компаниями Seagate и Western Digital. Является ли SMR абсолютным злом? Нет, не является – если покупатель понимает, какие проблемы и ограничения он приобретает за свои деньги, и получает за это достаточную скидку. Но делать это нужно с открытыми глазами, а сознательно скрывать информацию – совершенно недопустимо.