SMR erkennen und bewerten

[ReactivateMe347]

Ich habe ein grundlegendes Verständnis, was SMR bedeutet. Allerdings habe ich einige Fragen, die mir auch eine längere Google-Recherche nicht beantworten konnte:

0. Wie groß sind für gewöhnlich die SMR-Blöcke (Zur Klärung: Ich meine damit den Bereich zwischen zwei "Trennlinien", der wegen des Domino-Effekts neu geschrieben werden muss

1. Wie erkenne ich bei einem Gerät, ob PMR (neu-"deutsch" CMR), device-based SMR oder host-based SMR eingesetzt wird? In Beschreibungen wird PMR/CMR oft gar nicht erwähnt und auch bei SMR-Festplatten habe ich noch nicht gesehen, dass explizit die Art von SMR genannt wird. Wenn nichts genannt wird kann man ja auch nicht einfach "hoffen", dass es PMR bedeutet ...

Beispielsweise steh bei folgender externer WD nichts dazu https://shop.westerndigital.com/de-...ves/wd-my-book-usb-3-0-hdd#WDBBGB0100HBK-EESN

2. Haben SMR nicht ein höheres Risiko von Datenfehlern, z.B. weil bei einem Systemabsturz nicht nur gerade geschriebene Daten betroffen sind?
3. Woher "weiß" die platte, welche Bereiche neu geschrieben werden müssen (und nicht z.B. vom Dateisystem ungenutzt sind, analog zu SSD-TRIM)?

4. Wie groß ist der Permancevormanceverlust im schlimmsten Fall?

5. Macht ein Low-Level-reset (SATA-Erase) dann einen Unterschied zum manuellen Nullen, weil nur so SMB-Blöcke als "frisch" markiert werden?

6. Machen SMR-Festplatten ein Re-Mapping, wie man es von SSDs kennt, um leere SMR-Blöcke u erzeugen)? Oder ist das eine schlechte Idee, weil das zu vermehrtem Seek und damit noch mehr Performanznachteil führt?!

6. Haben SMR-Festplatten wie man es erwartet und von SSDs kennt ein Performance-Problem bei Vollverschlüsselung, weil dann ja immer der "der SMR-Block muss neu geschrieben werden"-Fall eintritt?

 

[JJJT]

Zu den meisten Fragen kann ich dir leider keine Antwort geben.

Zu 4:
Ich habe mir vor 2 Wochen 2 8TB Seagate Festplatten (Extern USB 3) mit SMR als Backup gekauft und jeweils knapp 7 TB in einem drauf geschrieben. Im Schnitt haben beide Platten 85 MB/Sek geschafft

 

[Andreas_]

@JJJT
Beim einmaligen Beschreiben wirkt sich SMR ja auch nicht aus. Den Leistungseinbruch gibt es ja dann, wenn bei einer Änderung die überlappenden Spuren ebenfalls neu geschrieben werden müssen..

 

[QShambler]

Ich bin mir ziemlich sicher das die 6 und 8 TB WD My Book / Elements keine SMR sind.

 

[JJJT]

@Andreas_
Selbstverständlich wirkt sich smr auch beim einmaligen beschreiben aus. Vielleicht nicht so stark wie beim zufälligen überschreiben, aber doch stark genug.
Meine 8 anderen pmr Platten kommen alle auf 150 - 220 MB/sek beim schreiben und die haben teilweise schon einige Jahre auf dem Buckel.

Ist doch schon ein ziemlich großer Unterschied

 

[Andreas_]

Du hast das Prinzip anscheinend nicht verstanden.

Das Beschreiben einer Spur lässt einen schmalen, aber ausreichenden Streifen der vorhergehenden Spur stehen, überschreibt aber die Folgespur(en), so dass die Folgespur, sofern sie Daten enthält, ebenfalls erneut geschrieben werden muss; so pflanzt sich die Notwendigkeit, die Daten aufzufrischen, immer weiter in Richtung der Folgespuren fort.

https://de.wikipedia.org/wiki/Shingled_Magnetic_Recording

Beim erstmaligen Beschreiben sind die Folgespuren leer.

 

[JJJT]

Ich habe das Prinzip anscheinend besser verstanden als du und kann es aus der Praxis bestätigen.

Wenn es so wie du behauptest beim erstmaligen Beschreiben nicht so wäre, warum sind die smr Festplatten dann bereits beim ersten Beschreiben deutlich langsamer als herkömmliche bei gleicher Drehzahl und ähnlicher bzw sogar höherer Datendichte?

Btw, habe gerade einen Haufen Daten gelöscht und wieder neu drauf geschoben, schon erstaunlich, dass die Geschwindigkeit wieder im 80 MB/sek Bereich lag. Also genauso schnell wie beim ersten beschreiben.

 

[Andreas_]

Ich habe hier 2 Seagate 8 TB SMR Platten (eine ST8000AS0002 und eine ST8000DM004). Ich hatte beim erstmaligen Beschreiben (habe den Inhalt zweier 4 TB Platten über LAN vom NAS kopiert) Schreibraten um die 110 MB/sek. Laut Hardwarelux soll die ST8000AS0002 durchschnittlich 147 MB/sek erreichen, die ST8000DM004 liegt nach verschiedenen Tests in demselben Bereich. https://www.hardwareluxx.de/index.p...archive-hdd-st8000as0002-im-test.html?start=4

Was bei Dir limitiert hat weiß ich nicht, bei mir war es die LAN-Verbindung. Wenn man mit den Werten von Hardwarelux vergleicht, dann liegen Deine Werte in der Nähe des schlechtesten Werts den sie gemessen haben ...

 

[Nolag]

Ich kann nur die 2.5" SMR Platten von Seagate bewerten. Ich habe mehrere 2TB und 4TB Platten im Einsatz. Selbst bei Backups von großen Dateien kann die sequentielle Schreibrate auf ca. 50 % einbrechen. Die Platten sind für mich nur für Backups zu gebrauchen. Die Platten fühlen sich einfach beim interaktiven Arbeiten z.B. mit einer Photosammlung zäh an. Auch das Arbeiten mit einem Veracrypt-Image fühlt sich auf diesen Platten langsamer an als z.B. auf einer Spinpoint M9T. Am schlimmsten werden die Antwortzeiten wohl immer dann, wenn der Non-SMR Cache voll ist und auf den SMR-Bereich geschrieben wird.
Die Platten mit Non-SMR Cache verraten sich z.B. in Benches durch eine unerwartet hohe 4k Schreibrate: WD20SPZX

 

[Holt]

0. Wie groß sind für gewöhnlich die SMR-Blöcke

Das kann man bei den Host Managed und Host Aware SMR HDDs auslesen, bei rein Drive Managed nicht. Wobei die Drive Managed von Seagate auch Host Aware sind. oder es steht im Datenblatt, aber da auf den äußeren Spuren der Umfang größer ist und daher mehr Sektoren dort Platz finden als auf den inneren, dürfte es für unterschiedliche Bereiche der Platte auch unterschiedliche Werte geben.

1. Wie erkenne ich bei einem Gerät, ob PMR (neu-"deutsch" CMR), device-based SMR oder host-based SMR eingesetzt wird?

PMR steht für Perpendicular Magnetic Recording und dies wird auch bei HDD mit SMR eingesetzt, weshalb PMR kein Gegensatz zu SMR ist. Der Gegensatz zu PMR ist das zuvor verwendete Longitudinal Magnetic Recording (LMR), welches aber schon lange nicht mehr eingesetzt wird. Daher wurde CMR als Bezeichnung für HDDs ohne SMR eingeführt, eben weil auch alle Modelle mit SMR derzeit PMR verwenden.

2. Haben SMR nicht ein höheres Risiko von Datenfehlern, z.B. weil bei einem Systemabsturz nicht nur gerade geschriebene Daten betroffen sind?

Gute Frage, aber ein Systemabsturz ist dem Controller der HDD sowieso egal, außer der Host managt die Platte, wenn SMR vom der Platte selbst gemanagt wird, dann könnten allenfalls unerwartete Spannungsabfälle zu Problemen führen. Ich weiß aber auch nicht ob die Hersteller die Daten solange einfach im DRAM Cache halten und diese dann wirklich verloren gehen könnten oder es einen Schutz davor gibt.

3. Woher "weiß" die platte, welche Bereiche neu geschrieben werden müssen (und nicht z.B. vom Dateisystem ungenutzt sind, analog zu SSD-TRIM)?

Das glaube ich kaum, denn um sich das zu merken wäre ein große Verwaltungsaufwand nötig. SSD Controller verwalten ja sowieso eine Mappingtabelle, da man NAND nicht einfach so überschreiben kann, sondern immer erst einen NAND Block löschen muss der viele Pages umfasst. Genau für diese Verwaltungsdaten
haben die SSD Controller bei ordentlichen SSDs ja auch ihren DRAM Cache und dessen Größe beträgt üblicherweise 1GB pro 1TB Nutzkapazität. Keine der SMR HDD hat auch nur annähernd so viel DRAM oder wenigstens NAND um ebenfalls so eine aufwendige Verwaltung zu machen.

4. Wie groß ist der Permancevormanceverlust im schlimmsten Fall?

Sehr groß, schau Dir den Review der Archive 8TB mit SMR bei Storagereview an, wo die Antwortzeit bis zu 212s betragen hat, allerdings bei extremen Lasten mit vielen zufälligen Schreibzugriffen wie sie ein Heimanwender wohl kaum haben wird.

5. Macht ein Low-Level-reset (SATA-Erase) dann einen Unterschied zum manuellen Nullen, weil nur so SMB-Blöcke als "frisch" markiert werden?

Macht denn das manuelle Nullen überhaupt einen Sinn? Außer das man danach auch ein frisches und damit nicht fragmentiertes Filesystem hat und schon von daher mehr Performance weil die Daten ja zuerst auf den äußeren Spuren landen.

6. Machen SMR-Festplatten ein Re-Mapping, wie man es von SSDs kennt, um leere SMR-Blöcke u erzeugen)? Oder ist das eine schlechte Idee, weil das zu vermehrtem Seek und damit noch mehr Performanznachteil führt?!

Wenn es so etwas gibt, was ich nicht glaube, dann müssten die Daten dafür auf der Disk stehen und der Zugriff darauf würde viele Kopfbewegungen bedeuten. Was die meisten Platten mit SMR aber haben, ist ein OnDisk Cache von einigen GB auf Spuren die nicht mit SMR arbeiten. Dort können die sogar bei zufälligen Schreibzugriffen sehr schnell schreiben und danach überträgt der Controller im Idle die Daten auf ihre endgültige Position. Daher brauchen die Controller solcher SMR Platten mit OnDisk Cache schon eine kleine Mappingtabelle für den Inhalt des Caches, denn wenn ein Sektor überschrieben wurden und die Daten noch nicht an ihre endgültige Adresse geschrieben wurden, dann muss der Controller ja einmal wissen das er nun die Daten aus dem OnDisk Cache lesen muss, die an der eigentlichen Position des Sektors sind ja veraltet und wurden schon überschrieben und zu anderen sollte er auch wissen wo im OnDisk Cache diese Daten nun stehen.

6. Haben SMR-Festplatten wie man es erwartet und von SSDs kennt ein Performance-Problem bei Vollverschlüsselung, weil dann ja immer der "der SMR-Block muss neu geschrieben werden"-Fall eintritt?

Erstmal kostet eine SW Verschlüsselung immer Performance, dann die Daten müssen ja erst verschlüsselt werden, bevor sie geschrieben werden und beim Lesen kommen die Daten an, müssen dann entschlüsselt werden bevor sie an den nächst höheren Layer und damit die Anwendung also z.B. den Benchmark weitergereicht werden können.

Viel wichtiger ist aber die Frage ob die Verschlüsselung die Art der Zugriffe ändert. Wenn die Anwendung z.B. ein 1MB am Stück schreibt, dann könnte es sein, dass die Verschlüsselung statt diese eine MB erstmal komplett zu Verschlüsseln daraus z.B. viele 64k Zugriffe macht, um die ersten Daten schon schreiben zu können, nachdem eben die ersten 64k schon verschlüsselt sind. Dies wäre bei einer normalen HDD wahrscheinlich auch schneller, denn die erreichen schon bei 64k so ungefähr ihre maximalen Transferraten, aber SSD nicht, schon gar nicht NVMe SSDs und bei SMR mit vollem OnDisk Cache würde es dann auch ein vielfaches Überschreiben der überlappenden Spuren und damit eine viel schlechtere Schreibperformance zur Folge haben. Ob und wenn ja welche Verschlüsselungssoftware sowas macht, weiß ich nicht und im Zweifel würde ich bei OpenSource Software im Quellcode nachsehen um eine korrekte Antwort darauf zu bekommen.

Wenn aber die Schreibperformance mit Verschlüsselung bei einer HDD mit SMR viel stark abfällt sobald deren OnDisk Cache voll ist und sie dann im Vergleich zu der gleichen Platte ohne Verschlüsselung weit geringer ausfällt als bei einer HDD ohne SMR mit und ohne Verschlüsselung, dann würde ich dies mal stark als die Ursache dafür vermuten.

 

[Nolag]

Beim 10TB MyBook kann man aber wohl Entwarnung geben. Viele Leute berichten, dass sie in ihrem MyBook eine WD Red 100EFAX gefunden haben und die ist definitiv CMR.

 

[ReactivateMe347]

Auch das Arbeiten mit einem Veracrypt-Image fühlt sich auf diesen Platten langsamer an

Veracrypt empfiehlt ja, leeren Speicherbereich zu initialisieren, heißt mit Zufallsdaten zu füllen. Wenn man das macht wird SMR natürlich verlangsamen, da die Folgespuren dann schon beschrieben sind

Das glaube ich kaum, denn um sich das zu merken wäre ein große Verwaltungsaufwand nötig.

Wäre auch meine Vermutung

SSD Controller verwalten ja sowieso eine Mappingtabelle, da man NAND nicht einfach so überschreiben kann, sondern immer erst einen NAND Block löschen muss der viele Pages umfasst. Genau für diese Verwaltungsdaten

Macht denn das manuelle Nullen überhaupt einen Sinn? Außer das man danach auch ein frisches und damit nicht fragmentiertes Filesystem hat und schon von daher mehr Performance weil die Daten ja zuerst auf den äußeren Spuren landen.

Das hängt mit Detailfragen zusammen. Was passiert z.B., wenn SATA Erase auf fehlerhafte Sektoren trifft?

Viel wichtiger ist aber die Frage ob die Verschlüsselung die Art der Zugriffe ändert. Wenn die Anwendung z.B. ein 1MB am Stück schreibt, dann könnte es sein, dass die Verschlüsselung statt diese eine MB erstmal komplett zu Verschlüsseln daraus z.B. viele 64k Zugriffe macht, um die ersten Daten schon schreiben zu können, nachdem eben die ersten 64k schon verschlüsselt sind. Dies wäre bei einer normalen HDD wahrscheinlich auch schneller, denn die erreichen schon bei 64k so ungefähr ihre maximalen Transferraten, aber SSD nicht, schon gar nicht NVMe SSDs und bei SMR mit vollem OnDisk Cache würde es dann auch ein vielfaches Überschreiben der überlappenden Spuren und damit eine viel schlechtere Schreibperformance zur Folge haben. Ob und wenn ja welche Verschlüsselungssoftware sowas macht, weiß ich nicht und im Zweifel würde ich bei OpenSource Software im Quellcode nachsehen um eine korrekte Antwort darauf zu bekommen.

Bei SSDs überlappen doch keine Spuren? Hast du vielleicht nur etwas ungeschickt formuliert, dass mir das hier so erscheint?!

 

[Holt]

da die Folgespuren dann schon beschrieben sind

Wenn man davon ausgeht, dass die Controller eben wegen des gewaltigen Aufwands den dies bedeuten würde, nicht wissen wo auf der Platte gültige Daten stehen, dann ist es doch egal ob die Folgespuren dann schon beschrieben sind oder nicht.

Was passiert z.B., wenn SATA Erase auf fehlerhafte Sektoren trifft?

Was meinst Du genau mit fehlerhaftem Sektor? Wenn ein Sektor wirklich fehlerhaft ist, wurde er durch einen Reservesektor ersetzt und das SE dürfte dann eben diesen Ersatzsektor löschen. Ist es nur ein schwebender Sektor, so ist noch gar nicht bekannt ob der fehlerhaft ist oder nur die Daten darauf nicht zur ECC gepasst haben, vielleicht weil der Kopf beim Schreiben z.B. wegen Vibrationen Daten der Nachbarspur überschrieben hat. Schwebende Sektoren werden beim Überschreiben geprüft und wenn der neue Inhalt nicht korrekt gelesen werden kann, wird eben ein Reservesektor an ihrer Stelle verwenden. Dies ist normalerweise der einzige Weg wie das überhaupt passiert, denn die HDDs prüfen normalerweise die Daten nach dem Schreiben nicht, außer eben wenn ein Sektor beschrieben wird der vorher als schwebend bekannt war.

Hast du vielleicht nur etwas ungeschickt formuliert

Lies es doch noch mal, die Aussage ist, dass 64k Schreibzugriffe bei normalen HDDs reichen um ungefähr die maximalen Schreibraten zu schaffen, aber nicht bei SSD oder HDDs mit SMR. Bei SSDs weil ein einzelnes NAND Dies zu langsam ist und die Performance erst über die Parallelität erzielt wird und bei HDDs mit SMR eben, weil dann viele Spuren immer wieder neu geschrieben werden müssen, bis endlich ein ganzer Bereich von überlappenden Spuren komplett geschrieben wurde.