1 de outubro de 2020

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Western Digital aumenta a velocidade de gravação SMR com software

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Apesar do triunfo dos drives de estado sólido, os discos rígidos mecânicos ainda são amplamente usados. Para aumentar a densidade de gravação, eles costumam usar a tecnologia de gravação shingled ou tiled (shingled, SMR), na qual as trilhas dos setores no prato se sobrepõem parcialmente. Se isso tem pouco efeito na velocidade de leitura, a gravação no modo SMR é bastante lenta, uma vez que requer a reescrita das trilhas adjacentes e, mesmo em cenários de arquivamento, tais velocidades podem ser inaceitavelmente baixas. No entanto, a Western Digital parece ter encontrado uma saída.

Vamos lembrá-lo brevemente: na tecnologia SMR, diferentes larguras de trilha são usadas para leitura e escrita, e no modo de gravação, como mais complexo, a trilha é mais larga. Como resultado, os caminhos “se arrastam” uns sobre os outros como telhas no telhado de uma casa, daí o nome da tecnologia. Não é difícil ler tal estrutura, mas se novos dados chegam ao disco, você tem que apagar e reescrever trilhas adjacentes, e isso não adiciona velocidade, mas aumenta seriamente a latência, e de forma imprevisível. Existe até um termo separado latências de cauda.

A implementação de algoritmos SMR pode ser em disco (realizada no nível do controlador na placa de HDD) ou software – neste caso, o sistema host é responsável por isso. A última abordagem geralmente requer modificações no aplicativo ou mesmo a introdução de uma camada de software separada, e isso desacelerou o ritmo de adoção do SMR. No entanto, a Western Digital acredita que encontrou uma saída.

A empresa conseguiu uma parceria com o desenvolvedor de software Kalista.IO, que desenvolveu um software chamado Olympus para acelerar a gravação em unidades SMR ou de zoneamento. Este sistema consiste em dois serviços: um único bloco, interface de arquivo e objeto Phalanx e Abacus computacional, cada um dos quais pode ser iniciado e escalado separadamente. O sistema Olympus está disponível em vários sabores: como uma unidade de hardware, aplicativo de software e até mesmo uma imagem virtual.

O Phalanx é capaz de apresentar qualquer unidade, seja SSD ou HDD, como um disco tiled e não requer nenhuma recompilação ou outras alterações nos aplicativos existentes, nem é necessário instalar um módulo de kernel adicional no Linux – tudo funciona no espaço do usuário. Ao mesmo tempo, os dados são divididos em “linhas e colunas”, ao registrar o Phalanx garante que não haja concentração única de “gravações a quente”, o que elimina o problema de latência imprevisível. O Phalanx é escalado adicionando discos; armazenamento separado é usado para metadados.

Testes preliminares mostram que o uso do software desenvolvido pela Kalista.IO em uma unidade host WD Ultrastar HC600 SMR atinge níveis de latência mais baixos do que um Ultrastar HD530 que não usa gravação SMR. Os resultados obtidos por WD e Kalista.IO no Hadoop e Ceph podem ser baixados do link, em geral, o Phalanx apresentou aumento de IOPS em 58% e estabilidade em 10 vezes.

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