problemNET

Так что не мешает описать современное состояние SMART. Начнем с критически важных атрибутов, ухудшение которых почти всегда свидетельствует о проблемах с накопителем. Именно их первым делом смотрят ремонтники при диагностике HDD.  

• #01 Raw Read Error Rate — частота ошибок при чтении данных с диска, происхождение которых обусловлено аппаратной частью диска. Для всех дисков Seagate, Samsung (семейства F1 и более новые) и Fujitsu 2,5″ это — число внутренних коррекций данных, проведенных ДО выдачи в интерфейс; на пугающе огромные цифры можно не обращать внимания.

• #03 Spin-Up Time — время раскрутки пакета пластин из состояния покоя до рабочей скорости. Растет при износе механики (повышенное трение в подшипнике и т.п.), также может свидетельствовать о некачественном питании (например, просадке напряжения при старте диска).

• #05 Reallocated Sectors Count — число операций переназначения секторов. Когда диск обнаруживает ошибку чтения/записи, он помечает сектор переназначенным и переносит данные в резервную область. Вот почему на современных HDD нельзя увидеть bad-блоки — все они спрятаны в переназначенных секторах. Этот процесс называют remapping, на жаргоне — ремап. Поле Raw Value атрибута содержит общее количество переназначенных секторов. Чем оно больше, тем хуже состояние поверхности диска.
• #07 Seek Error Rate — частота ошибок при позиционировании блока магнитных головок (БМГ). Рост этого атрибута свидетельствует о низком качестве поверхности или о поврежденной механике накопителя. Также может повлиять перегрев и внешние вибрации (например, от соседних дисков в корзине).
• #10 Spin-Up Retry Count — число повторных попыток раскрутки дисков до рабочей скорости в случае, если первая попытка была неудачной. Если значение атрибута растет, то велика вероятность проблем с механикой.
• #196 Reallocation Event Count — число операций переназначения. В поле Raw Value атрибута хранится общее число попыток переноса информации со сбойных секторов в резервную область диска (она, как правило, не слишком велика — несколько тысяч секторов). Учитываются как успешные, так и неудачные операции.
• #197 Current Pending Sector Count — текущее число нестабильных секторов. Здесь хранится число секторов, являющихся кандидатами на замену. Они не были еще определены как плохие, но считывание с них происходит с затруднениями (например, не с первого раза). Если «подозрительный» сектор будет в дальнейшем считываться успешно, то он исключается из числа кандидатов. В случае же повторных ошибочных чтений накопитель попытается восстановить его и выполнить ремап.
• #198 Uncorrectable Sector Count — число секторов, при чтении которых возникают неисправимые (внутренними средствами) ошибки. Рост этого атрибута указывает на серьезные дефекты поверхности или на проблемы с механикой накопителя.
• #220 Disk Shift — сдвиг пакета пластин относительно оси шпинделя. В основном возникает из-за сильного удара или падения диска. Единица измерения неизвестна, но при сильном росте атрибута диск не жилец.

         Также следует принимать во внимание и информационные атрибуты, способные много чего поведать об «истории» диска.

• #02 Throughput Performance — средняя производительность диска. Если значение атрибута уменьшается, то велика вероятность, что у накопителя есть проблемы.
• #04 Start/Stop Count — число циклов запуск-остановка шпинделя. У дисков некоторых производителей (например, Seagate) — счетчик включения режима энергосбережения.
• #08 Seek Time Performance — средняя производительность операции позиционирования головок. Снижение значения этого атрибута свидетельствует о неполадках в механике привода головок (в первую очередь о замедленном позиционировании).
• #09 Power-On Hours (POH) — время, проведённое во включенном состоянии. Показывает общее время работы диска, единица измерения зависит от модели (не только 1 час, но и 30 мин, и даже 1 минута).
• #11 Recalibration Retries — число повторов рекалибровки в случае, если первая попытка была неудачной. Рост этого атрибута указывает на проблемы с механикой диска.
• #12 Device Power Cycle Count — число полных циклов включения-выключения диска.
• #13 Soft Read Error Rate — частота появления «программных» ошибок при чтении данных. Сюда можно отнести ошибки программного обеспечения, драйверов, файловой системы, неверную разметку диска — в общем, почти все, что не относится к аппаратной части.
• #190 Airflow Temperature — температура воздуха внутри корпуса HDD. Для дисков Seagate атрибут выдается в нормировке 100º минус температура (тем самым критический нагрев соответствует значению 45), а модели Western Digital используют нормировку 125º минус температура.
• #191 G-sense error rate — число ошибок, возникших из-за внешних нагрузок. Атрибут хранит показания встроенного акселерометра, который фиксирует все удары, толчки, падения и даже неаккуратную установку диска в корпус компьютера.
• #192 Power-off retract count — число зафиксированных повторов включения/выключения питания накопителя.
  
• #193 Load/Unload Cycle Count — число циклов перемещения БМГ в специальную парковочную зону/в рабочее положение.
  
• #194 HDA temperature — температура механической части диска, в просторечии банки (HDA — Hard Disk Assembly). Информация снимается со встроенного термодатчика, которым служит одна из магнитных головок, обычно нижняя в банке. В битовых полях атрибута фиксируются текущая, минимальная и максимальная температура. Не все программы, работающие со SMART, правильно разбирают эти поля, так что к их показаниям стоит относиться критично.
  
• #195 Hardware ECC Recovered — число ошибок, скорректированных аппаратной частью диска. Сюда входят ошибки чтения, ошибки позиционирования, ошибки передачи по внешнему интерфейсу. На дисках с SATA-интерфейсом значение нередко ухудшается при повышении частоты системной шины — SATA очень чувствителен к разгону.
  
• #199 UltraDMA (Ultra ATA) CRC Error Count — число ошибок, возникающих при передаче данных по внешнему интерфейсу в режиме UltraDMA (нарушения целостности пакетов и т.п.). Рост этого атрибута свидетельствует о плохом (мятом, перекрученном) кабеле и плохих контактах. Также подобные ошибки появляются при разгоне шины PCI, сбоях питания, сильных электромагнитных наводках, а иногда и по вине драйвера.
• 
  #200 Write Error Rate/ Multi-Zone Error Rate — частота появления ошибок при записи данных. Показывает общее число ошибок записи на диск. Чем больше значение атрибута, тем хуже состояние поверхности и механики накопителя.

Как видим, большинство «интересных» атрибутов отражает функционирование механики накопителя. Технология SMART действительно позволяет предсказывать выход диска из строя в результате механических неисправностей, что, по статистике, составляет около 60% всех отказов. Полезен и мониторинг температур: перегрев головок резко ускоряет их деградацию, так что превышение опасного порога (45-55º в зависимости от модели) — сигнал срочно улучшить охлаждение диска.

Вместе с тем не следует переоценивать возможности SMART. Современные диски нередко «дохнут» на фоне отличных атрибутов, что связано с тонкими процессами дефект-менеджмента в условиях высокой плотности записи и не всегда, мягко говоря, качественных компонентов (разнобой в отдаче головок сегодня — обычное дело). Тем более SMART не способен предсказать последствия таких «форс-мажоров», как скачок напряжения, перегрев платы электроники или повреждение накопителя от удара.

Практически у всех атрибутов наибольший интерес представляет поле Raw Value: «сырые» значения наиболее информативны. Их нормировка (степень приближения к абстрактному порогу) часто ничего не дает и только запутывает дело. Поэтому и программы, полагающиеся на эти проценты, нельзя считать вполне надежными. Типичный случай для них — ложные тревоги. Программа сообщает, что новый, недавно установленный накопитель того и гляди «склеит ласты». А все дело в том, что в начале эксплуатации некоторые атрибуты SMART быстро меняются и примитивная экстраполяция приводит к пугающим пользователя прогнозам.

Я советую бесплатную программу HDDScan — она корректно понимает все атрибуты, в том числе и новые, правильно разбирает температурные показатели. Отчет выводится в виде аккуратной xml-таблицы с цветовой индикацией, которую можно сохранить или распечатать.

Крайне полезна у HDDScan возможность считывать SMART у внешних накопителей, столь распространенных сегодня. Практически ни одна другая программа этого не умеет, ведь на пути данных стоит контроллер, преобразующий интерфейс PATA/SATA в USB или FireWire. Автор целенаправленно работал в этом направлении, и ему удалось охватить широкий спектр контроллеров. Не забыты и диски с интерфейсом SCSI, до сих пор широко применяемые в серверах (атрибуты у них особые — например, выводится общее число записанных или считанных байтов за всю жизнь накопителя).

Барьеры HDD

Механика давно стала ахиллесовой пятой HDD, и даже не столько из-за чувствительности к ударам и вибрации (это еще можно компенсировать), сколько из-за медлительности. Самые быстрые «дерганья» блоком магнитных головок (2-3 мс у лучших серверных моделей) в тысячи раз уступают скоростям электроники.

И принципиально ничего тут не улучшишь. Поднимать скорость вращения пакета дисков некуда, 15000 об./мин уже предел. Японцы несколько лет назад подступались к 20000 об./мин (вполне гироскопная скорость), но в итоге отказались — не выдерживают материалы, конструкция получается слишком дорогая и для массового производства слабо пригодная. В малых же сериях винчестеры выйдут золотыми, такие никто не купит — это не гироскопы, которые заменить нечем.

Выходит, уткнулись в барьер. Механику на кривой козе не объедешь. Единственный выход — поднимать плотность записи, поперечную и продольную. Продольная плотность (вдоль дорожки) влияет на производительность накопителя, т.е. на поток данных к остальным узлам компьютера. Но все равно, даже достигнутые 100-130 Мбайт/с — это для нынешних компьютеров слишком мало. Например, рядовая оперативная память (DRAM) имеет реальную производительность около 3 Гбайт/с, а кеш процессора — еще больше. Разница на порядки, и она сильно сказывается на общем быстродействии. Конечно, никто не требует от энергонезависимого накопителя, емкость которого в сотни раз превышает DRAM, такой же производительности. Но даже простое удвоение было бы заметно любому пользователю.

Поперечная плотность записи — это густота дорожек на пластине, в современных HDD она превышает 10000 на 1 миллиметр. Получается, что сама дорожка имеет ширину менее 100 нм (между прочим, нанотехнологии в чистом виде). Это позволяет резко поднять емкость в расчете на одну поверхность, а также ускоряет позиционирование за счет изощренных алгоритмов (их разработка потянула бы на пару докторских диссертаций).

Как итог, за последние годы емкость и производительность HDD значительно выросли. Все это стало возможным благодаря технологии перпендикулярной записи, которая существует уже более 20 лет, но до массового внедрения дозрела только в 2007 году. Причем емкость тогда выросла даже сильнее, чем требуется: первые терабайтные диски встретили вялый отклик пользователей. Народ просто не понимал, куда приспособить таких монстров, тем более что они поначалу строились на пяти пластинах, были капризными, шумными и горячими (речь о тогдашних флагманах Hitachi).

Потом, конечно, люди разобрались, торренты заработали в полную силу, да и количество пластин поуменьшилось. В то же время плотность записи выросла до 500-750 Гбайт на пластину (имеются в виду диски настольного сегмента с форм-фактором 3,5″). Вот-вот в массовое производство пойдут терабайтные пластины, что даст возможность выпустить винчестеры объемом до 4 Тбайт (больше четырех пластин в стандартном корпусе высотой 26,1 мм не уместить; хитачевские пятипластинные первенцы большого развития не получили).

 Увы, скорость позиционирования выросла, мягко говоря, несильно, а у массовых моделей так вообще осталась на прежнем уровне, а то и упала в угоду… тишине. Маркетологи доказали, что потребитель голосует кошельком за гигабайты в расчете на один доллар, а не за миллисекунды доступа. Поэтому и небыстры дешевые диски по сравнению с породистыми серверными собратьями. Медлительность хорошо проявляется в скорости загрузки ОС, когда надо читать с диска большое количество мелких файлов, разбросанных по пластинам. Здесь главную роль играет скорость вращения шпинделя и мощный привод БМГ, дающий возможность больших ускорений.

Между прочим, «быстрые» диски легко отличить даже на вес — они заметно тяжелее «медленных». Полноразмерная банка с утолщенными стенками, способствующая геометрической стабильности и подавлению вибраций, скоростной шпиндельный двигатель, мощные магниты позиционера, двухслойная крышка повышенной жесткости — все это прибавляет такому накопителю десятки и сотни граммов. Еще больше отрыв в серверных моделях на 15000 об./мин, где пластины уменьшенного размера окружены внушительным объемом литого алюминия, а общий вес «харда» доходит до килограмма.

С удешевлением твердотельных SSD, использующихся, в первую очередь, под операционную систему, нужда в высокопроизводительных HDD стала снижаться, а сами они постепенно выделяются в особый сегмент рынка (такова, например, «черная» серия у WD). Подобными дисками комплектуются профессиональные рабочие станции с ресурсоемкими приложениями, критичными к скорости доступа. Рядовые же пользователи брать достаточно дорогие накопители не торопятся, предпочитая объем производительности.

На другом конце спектра — популярные «зеленые» модели с намеренно замедленным вращением шпинделя (5400-5900 об./мин вместо 7200) и небыстрым позиционированием головок. Дешевые, тихие, холодные и достаточно надежные, эти винчестеры идеально подходят для хранения мультимедийных данных в домашних компьютерах, внешних корпусах и сетевых хранилищах. На наших прилавках все эти Green и LP сильно потеснили другие линейки, так что в мелких «точках» порой ничего больше и не найдешь.

Расточительность магнитной записи

Намагниченность доменов жесткого диска, как и в середине двадцатого века, меняют с помощью магнитной головки, поле которой возбуждается переменным электрическим током и действует на магнитный слой через зазор. Также эта технология требует быстрого вращения пластин, прецизионного контроля положения головки и т.д. Двигатель и позиционер жесткого диска, а также управляющая ими электроника потребляют заметную мощность, да и стоят немало. Но главное — на само возбуждение магнитного поля тратится очень много энергии.

Расточительность стандартного метода магнитной записи трудно оценить, работая на персональном компьютере. Жесткие диски массовых серий даже при активной работе потребляют менее 10 Вт, что на фоне прочих комплектующих (100 Вт и более) почти незаметно. Но ваши взгляды сразу переменятся после посещения серверной комнаты какого-нибудь крупного банка, а чтобы получить впечатлений на всю оставшуюся жизнь, достаточно подойти к дисковой стойке суперкомпьютера. В шуме сотен и тысяч жестких дисков, обдувающих их вентиляторов и прецизионных кондиционеров становится понятно, сколько энергии в глобальном масштабе тратится на такую работу.

Недаром для систем хранения данных энергоэффективность в списке характеристик выходит на первый план. Вот уже и Google переводит свои дата-центры на баржи в море (вот где настоящие офшоры!). Оказывается, охлаждение СХД забортной водой радикально сокращает операционные затраты, в первую очередь за счет экономии на кондиционерах.