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硬盘记录方式详解,垂直记录PMR、叠瓦SMR等到底是怎么回事?
2021/5/30 13:45:48
 


LMR

LMR


PMR

PMR

先看名词:
LMR的全称是Longitudinal magnetic recording,水平磁记录
PMR的全称是Perpendicular Magnetic Recording,垂直磁记录

硬盘发展多年,磁记录方式不断改进,早期都是LMR的磁记录方式,这种水平磁记录方式很快达到瓶颈,后来出现PMR方式,硬盘的容量出现了突破,PMR替代了LMR成为主流。
随着技术的发展,现在PMR的磁记录方式里,又细分出了两种形式:CMR和SMR。
CMR称为传统磁记录方式,这种方式保留了最早PMR替代LMR时的传统技术,即:磁道间留有保护间距,数据不会被重复叠写。
SMR称为叠瓦式磁记录方式,SMR(Shingled Magnetic Recording)叠瓦式磁记录盘,将盘片上的数据磁道部分重叠,就像屋顶上的瓦片一样,该技术在制造工艺方面的变动非常微小,但却可以大幅提高磁盘存储密度,详细解释附后。


CMR

CMR


SMR

SMR


SMR和PMR互相搭配使用: SMR硬盘上的每一条磁轨都仍然是用PMR技术读写的。
与PMR对应的概念应该是LMR。这俩的区别是表示每个比特(0或1)的磁记录是“躺着”还是“站着”,很明显“站着”的PMR空间利用率更高。或者说,PMR相比LMR就是把字写得更“瘦”。
与SMR对应的概念应该是CMR。原来硬盘都是CMR,就是为了照顾体积较大的写磁头(读磁头可以做得更小,写磁头很遗憾不行,这就是万恶之源),让磁轨之间留足距离。SMR就是把这个“行距”干掉了,才引入改写时覆盖邻近磁轨的蛋疼问题。


仅仅说一款硬盘采用PMR磁记录方式,就显得很笼统,需要具体用CMR和SMR这一对称谓来区分。购买硬盘前,可直接到官网上查看硬盘的技术参数描述,需要严谨地查看硬盘的简介和技术数据表Data Sheet。如果一款硬盘只表明PMR技术,大概率是SMR,如果硬盘标明是CMR技术,可以确定非叠瓦技术。只从硬盘的缓存容量大小来判断是否是SMR也不够科学。同样一款CMR(旧称的PMR)硬盘,前后可能出现64M缓存和128M缓存两个版本,两个都是CRM,不能简单地说缓存大就可能是SMR技术。当然,将来如果SMR技术能够进一步成熟完善,日后成为主流后完全替代CMR也未必完全不可能,新的磁记录方式的出现也会颠覆旧技术而向前进步。


例如:查询东芝P300系列3.5英寸台式机硬盘
https://toshiba-semicon-storage.com/cn/canvio/product/internal/p300.html  
https://toshiba-semicon-storage.com/cn/canvio/news/internal-20200428.html

CMR(对应型号:HDWD130、HDWD120、HDWD110、HDWD105)
SMR(对应型号:HDWD260、HDWD240、HDWD220)  

===============
附:硬盘读写原理
硬盘读写具体来说,硬盘盘片被划分为同心圆状的磁道,磁道与磁道之间具有一定间隔,起到保护作用。硬盘的磁头位于盘片记录介质的上方,包含用于写入的写磁头和用于读取的读磁头,二者是独立的部件。在磁盘上想要写入数据,需要写磁头施加较强的磁场来改变盘片上的记录,这就进一步要求写磁头足够大以产生所需的写入磁场强度。因此,如果磁道没有任何重叠,磁盘上每英寸能容纳的磁道数量由写磁头的宽度所决定。
尽管SMR盘的读行为和普通磁盘相同,但它的写行为有了巨大的变化:不再支持随机写和原地更新写。这是由于SMR盘上新写入的磁道会覆盖与之重叠的所有磁道,从而摧毁其上的数据。换言之,相较传统磁盘而言,SMR盘不再支持随机写,只能进行顺序追加写。写入方式的限制给欲使用SMR盘的存储系统带来了巨大的挑战。
为解决此问题,SMR盘在生产制造时就划分好了分区,通过在zone之间出留出较大的间隔来标识zone的起始位置。特别是,硬盘厂商在SMR盘上一小块区域内,通过采用传统硬盘非重叠的磁道组织方式,牺牲了部分存储密度以换取在这些zone内随机写入的能力。这部分zone被称为“传统区”(Conventional Zone),为上层应用的随机写提供了一个落脚点。叠瓦式写入是利用了磁盘读取所需要的磁场强度低于写入所需要的磁场强度的事实。换言之,磁盘读取所需的磁道宽度可以小于写入所需的轨道宽度,读磁头的宽度可以小于写磁头宽度。SMR盘上数据的写入是通过部分重叠前一条磁道写入的,同时留出了足够的空间给较窄的读磁头读取前一条磁道的数据。叠瓦式写入的结果就是留给读用的窄磁道,以及最后用于写入的较宽的写磁道,写入将会覆盖若干个读磁道的宽度。
和传统磁盘相比,SMR盘通过叠瓦式写入在相同的面积内容纳了更多的磁道,从而提高了存储面密度,进而降低了磁盘单位存储容量的成本。
SMR磁盘将磁道划分为若干个带(Band),即由连续磁道所构成的可连续写入区域,每个区域构成一个需要顺序写入的基本单元。Band是SMR盘上的物理概念,其对应的逻辑概念是“区域”(zone),是上层软件所能看到的SMR盘的顺序写区域。一个zone的大小通常在256 MB量级。由于SMR盘仍然确保可以从磁道的未重叠部分读取数据,zone内的数据读取依旧可以随机进行。SMR盘也对上层应用提出了一些限制,包括SMR盘在zone内只能顺序写,不支持随机写,SMR盘的空间回收以一个Zone的大小(例如256MB)为粒度。


(DVOL本文转自:中国DV传媒 http://www.dvol.cn)

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