Методы хранения данных на дисках

При хранении данных на дисках снижение производительности со временем - серьезная и распространенная проблема. Иногда люди проводят сравнительный анализ новых дисков, а затем, спустя много месяцев, с удивлением обнаруживают, что диск стал работать медленнее. На самом деле диск, скорее всего, совсем не изменился, но второй бенчмарк, возможно, был выполнен на дорожках, расположенных ближе к центру диска.

Внешние дорожки намного длиннее внутренних, обычно в два раза больше окружности и, соответственно, содержат больше данных, но угловая скорость пластин постоянна независимо от того, с какой дорожки происходит чтение. Чтобы противостоять описанному выше процессу деградации диска, построена эволюционная дисковая система хранения данных.

Современные жесткие диски используют зонную битовую запись (ZBR). Дорожки группируются в зоны. В ZBR на внешних дорожках хранится больше секторов на дорожку, чем на внутренних. Скорость передачи данных при чтении внешних цилиндров значительно выше, чем при чтении внутренних.

В эволюционной системе хранения на дисках на основе ZBR, внешние 10% цилиндров сгруппированы в быстрой полосе, которая поглощает частые данные, в то время как оставшиеся внутренние 90%, которые сгруппированы в медленную полосу, содержат относительно редкие данные. Частота объектов используется для перемещения часто доступных данных в их оптимальное место во время простоя, чтобы не конфликтовать с использованием системы.

Эта же технология может быть использована и в гибридном диске. Гибридный жесткий диск был первоначально разработан компанией Samsung, которая встроила флэш-память в магнитный диск. Гибридный диск превосходит вышеупомянутый быстрый ленточный диск при незначительных дополнительных затратах на флэш-память.

Сочетание преимуществ сверхвысокой плотности хранения данных на магнитных дисках и низкого энергопотребления и быстрого доступа к чтению технологии NAND вдохновляет на создание избыточных массивов гибридных дисков (RAHD; рис. 3), чтобы предложить возможную альтернативу современным RAID и/или MAID. Для массивов RAHD были разработаны два разделяемых режима работы: (1) высокоскоростной (HS) режим, направленный на демонстрацию всей потенциальной скорости гибридных дисков; и (2) энергоэффективный (EE) режим, направленный на снижение энергопотребления при сохранении приемлемой производительности.

Рисунок 3. RAHD. Исходя из того, что большая часть дисковых операций ввода-вывода, вероятно, приходится менее чем на 10 % общего дискового пространства, флэш-память занимает первые 10 % увеличенного дискового пространства, которое является практически непрерывным. Соответственно, наиболее часто используемые блоки данных периодически перемещаются во флэш-память

В режиме HS флэш-память всегда содержит часто встречающиеся объекты данных. Для перемещения частых блоков данных во флэш-память были разработаны две схемы: (1) использование дерева решений из интеллектуального анализа данных для предсказания частоты блоков данных (атрибуты вновь создаваемого файла используются для предсказания его частоты). Блоки с высокой (предсказанной) частотой записываются во флэш-память; (2) отслеживание частоты блоков данных (когда используется диск) и перемещение наиболее часто используемых блоков данных во флэш-память в периоды простоя системы. Из-за большого перекоса в обычных нагрузках приложений большинство запросов, скорее всего, будет удовлетворено во флэш-памяти, не беспокоя более медленные диски.

В режиме EE некоторые «активные диски» продолжают постоянно вращаться, в то время как остальным «пассивным дискам» разрешается раскручиваться после периода бездействия. В первую очередь запрос направляется на флэш-память. Если запрос будет выполнен за счет попадания во флэш-память, спящий диск будить не нужно. В противном случае запрос будет направлен на диск, который уже активен или нуждается в пробуждении от сна.