文档摘要：在当今数字化时代,海量数据的生成和积累呈现出爆炸式增长的趋势,因此对存储容量的需求急速上升.传统磁记录磁盘CMR因其高容量和低成本而被视为解决海量数据存储的首选.然而,由于超顺磁效应的制约,CMR(ConventionalMagneticRecording)磁盘面密度的提升已触及极限.为了突破这一限制,叠瓦式磁记录技术SMR(ShingledMagneticRecording)应运而生.基于传统硬盘架构,该技术以重叠磁道的方式,显著提升了磁盘面密度.但SMR磁盘在处理随机写时,会产生不可预测的写放大效应,从而严重影响I/O性能.为解决这一问题,业界随即提出了交错式磁记录技术IMR(InterlacedMagneticRecording),利用优化的磁道布局和热辅助磁记录技术,有效实现了存储容量与性能的平衡.本文首先详细介绍了SMR和IMR的技术原理和磁盘类型,并量化分析了影响设备I/O性能的关键问题.然后,重点介绍了设备级优化方案,分析并总结了不同策略的优缺点与优化目标.接着,概述了面向设备的系统级和应用级设计方案,如文件系统、独立磁盘阵列技术和数据库等.最后讨论了在未来优化SMR磁盘和IMR磁盘性能可能的研究方向.
Abstract：Inthedigitalage,thegenerationandaccumulationofmassiveamountsofdataareexploding,drivingthedemandforstoragecapacitysharply.Conventionalmagneticrecordingdisks(CMR)areconsideredthepreferredsolutionformassivedatastorageduetotheirhighcapacityandlowcost.However,thepresenceofthesuperparamagneticeffect(SPE)limitsfurtherimprovementsinCMRdiskdensity.Toovercomethislimitation,shingledmagneticrecording(SMR)technologywasdeveloped.Basedontheconventionalharddiscarchitecture,thistechnologydramaticallyincreasesdiskare-aldensitybyoverlappingtracks.However,SMRdisksproduceunpredictablewriteamplificationeffectswhenperformingrandomwrites,whichcanseverelyimpactI/Operformance.Tosolvethisproblem,theindustrythenproposedinterlacedmagneticrecording(IMR)technology,whichusesanoptimizedtracklayoutandheat-assistedmagneticrecordingtechnolo-gytoeffectivelybalancestoragecapacityandperformance.Inthispaper,wefirstintroducethetechnicalprinciples,disktypes,andapplicationsofSMRandIMRindetail,andquantitativelyanalyzesthewriteinterferenceproblemthataffectstheirI/Operformance.ItthenfocusesonsolutionstooptimizetheirI/Operformanceatthedevicelevel,analyzingandsum-marizingtheadvantages,disadvantages,andoptimizationobjectivesofdifferentstrategiesineachtypeofsolution.Anover-viewofdevice-orientedsystem-levelandapplication-leveloptimizationsolutions,suchasfilesystems,redundantarrayofindependentdisk(RAID)technologies,anddatabases,isthenprovided.Finally,possibleresearchdirectionsforoptimizingtheperformanceofSMRandIMRdisksinthefuturearediscussed.
作者：伍卫国 张驰 于芳星 聂世强 李孟涵 牛洁Author：WUWei-guo ZHANGChi YUFang-xing NIEShi-qiang LIMeng-han NIUJie
作者单位：西安交通大学计算机科学与技术学院,陕西西安710000
刊名：电子学报 ISTICEIPKU
Journal：ActaElectronicaSinica
年，卷(期)：2024, 52(5)
分类号：TP333.3
关键词：超顺磁效应 叠瓦式磁记录 交错式磁记录 磁道布局 写干扰 写放大
Keywords：superparamagneticeffect shingledmagneticrecording interlacedmagneticrecording tracklayout writeinterference writeamplification
机标分类号：TP311.13G64TN911-34
在线出版日期：2024年7月22日
基金项目：高密度磁盘性能优化技术研究综述[
期刊论文] 电子学报--2024, 52(5)伍卫国 张驰 于芳星 聂世强 李孟涵 牛洁在当今数字化时代,海量数据的生成和积累呈现出爆炸式增长的趋势,因此对存储容量的需求急速上升.传统磁记录磁盘CMR因其高容量和低成本而被视为解决海量数据存储的首选.然而,由于超顺磁效应的制约,CMR(ConventionalMag...参考文献和引证文献
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