SMR-диск у NAS: чому він випадає з масиву під час ребілду та як розпізнати його заздалегідь

Коротка відповідь: Диск із черепичним записом (SMR) може прийняти перші приблизно 20–50 ГБ ребілду на повній швидкості — у буферну область, записану класичним способом. Щойно вона заповнюється, диск мусить у реальному часі перезаписувати цілі смуги перекритих доріжок, і пропускна здатність падає приблизно зі 150 МБ/с до кількох МБ/с. Однак контролер і ZFS чекають на відповідь лише 8–20 секунд; якщо диск перевищить цей ліміт, вони повідомлять про помилку та від’єднають його від масиву. А оскільки це стається посеред запису внутрішньої карти секторів, «повільний диск» у цю мить перетворюється на диск із пошкодженою картою, який повідомляє нульову місткість. Саме тому SMR не використовують у масиві — а не через швидкість під час звичайної роботи.

Чим цей збій відрізняється від звичайного

Диск може випасти з масиву з двох цілком різних причин, які майже завжди плутають.

Перша — невідповідність тайм-аутів: настільний диск натрапляє на слабкий сектор, зациклюється на внутрішніх спробах читання, а масив припиняє чекати раніше, ніж диск завершить роботу. При цьому диск справний і після перезапуску читається нормально. Проблему вирішують налаштуванням ERC/TLER; докладніше про неї — у статті диск випадає з NAS, хоча він справний.

Друга причина — черепичний запис, і він поводиться інакше: річ не в одному нечитабельному місці, а в тому, що диск перестає встигати записувати дані, які надсилає йому масив. Він не зациклюється на секторі — він зайнятий власними внутрішніми операціями. І найголовніше: якщо за невідповідності тайм-аутів диск переживає від’єднання без наслідків, то тут воно може пошкодити його назавжди. Загальну різницю між обома способами запису пояснює огляд технологій CMR і SMR.

Що відбувається всередині диска під час ребілду

У диску з черепичним записом доріжки перекриваються, як черепиця на даху, тому одну з них не можна перезаписати, не пошкодивши сусідні. Для обходу цього обмеження використовується механізм із трьох частин:

  1. Буферна область (media cache). Частина пластини, записана класичним способом, куди спочатку потрапляють вхідні записи. Вона невелика — лише кілька відсотків місткості.
  2. Фонове очищення. Коли диск деякий час не завантажений, він переносить дані з буферної області до смуг із перекритими доріжками.
  3. Карта трансляції. Щоб диск знав, де фізично розташований кожен сектор у поточний момент, він веде таблицю у своїй службовій області — у Western Digital це модуль 190. Вона змінюється практично під час кожного запису.

Під час ребілду на диск безперервно надходить довгий послідовний запис, тому паузи для очищення не виникає. Rossmann Group описує перебіг подій так: буферна область приймає перші 20–50 ГБ на повній швидкості, після чого заповнюється, і для кожного наступного запису диск мусить прочитати цілу смугу, змінити її та записати назад. Пропускна здатність падає приблизно зі 150 МБ/с до кількох МБ/с, а процесор диска тим часом надає перевагу власному очищенню перед обслуговуванням хоста. Апаратні контролери та ZFS обмежують час відповіді на команду 8–20 секундами. Коли диск перевищує цей ліміт, контролер повідомляє про помилку IDNF (Sector ID Not Found) і вилучає диск із масиву.

Саме тут усе ламається. Від’єднання стається посеред оновлення карти трансляції та залишає її частково записаною. У дисках великої місткості модуль 190 через свій розмір не має звичайної контрольної суми, тому часткове пошкодження виявляється не одразу — лише коли диск перестає відповідати. Диск, який мав урятувати масив, раптом сам стає випадком для відновлення даних.

Скільки часу це реально забирає

У травні 2020 року ServeTheHome провів вимірювання на реальному масиві: чотиридисковий RAIDZ, заповнений приблизно на 60 %, із додатковим мережевим навантаженням під час resilver. Три класичні диски — WD40EFRX, Seagate IronWolf ST4000VN008 і HGST 0F26902 — відновили масив менш ніж за сімнадцять годин. Диску WD40EFAX із черепичним записом для виконання того самого завдання знадобилося майже 230 годин, тобто дев’ять днів і чотирнадцять годин. Тест повторили на другому екземплярі, щоб виключити помилку оператора; результат був таким самим.

Дев’ять додаткових днів — це не просто незручність. Це дев’ять днів без паритету, коли будь-яка наступна проблема означатиме втрату даних. Чому ребілд є найнебезпечнішим моментом у житті масиву, пояснює стаття чому ребілд знищує RAID-масив.

Задля об’єктивності слід згадати й іншу сторону. У корпоративній заяві від 23 червня 2020 року Western Digital зазначає, що під час ребілду на звичайній платформі Synology або QNAP, тобто без ZFS, її диски з черепичним записом працюють подібно до класичних або трохи повільніше. Водночас компанія визнає, що під час ZFS resilver безперервні випадкові записи не залишають диску часу на внутрішнє очищення, що призводить до значного зниження продуктивності, і для такого використання рекомендує власні лінійки CMR. Отже, навіть виробник визнає, що цей тип диска не підходить для масиву, який відновлюється під навантаженням.

Як виглядає збій, коли він стається

У NAS усе починається не з повідомлення «диск вийшов із ладу». Зазвичай ви побачите:

  • ребілд, який зупинився на певному відсотку, а оцінка часу до завершення продовжує зростати;
  • том, переведений у деградований стан навіть після встановлення нового диска;
  • диск, позначений як несправний невдовзі після початку відновлення, а не після кількох днів роботи;
  • NAS, який неможливо коректно вимкнути або перезапустити, бо він чекає на диск.

Після підключення до окремого комп’ютера такий диск, за даними Rossmann Group, повідомляє безглузду місткість — 0 Б, 32 МБ або частку реального обсягу; таблиця розділів відсутня, у BIOS диск видно, але в системі він ніколи не переходить у стан ready. Це схоже на несправність електроніки, хоча пластини, головки й двигун можуть бути цілком справними, а дані залишаються на пластинах — диск лише не знає, де їх шукати. Окремо задокументовану хвилю пошкоджень цієї карти в моделях WD Blue і WD Red місткістю 2–6 ТБ описує стаття збій прошивки SMR-дисків WD.

Якщо це сталося, діє одне правило, яке можна порушити лише раз: не запускайте другий ребілд. Наступна спроба перезапише залишки карти, за якими можна відтворити початковий стан. Із тієї самої причини в лабораторії диск не вмикають без апаратного захисту від запису — після запуску прошивка намагається самостійно виправити карту й при цьому перезаписує саме ті дані, які потрібні для відновлення.

Як розпізнати SMR до встановлення в відсік

За SMART цього не визначити: жоден атрибут не повідомляє технологію запису. Короткий тест швидкості також не допоможе — доки буферна область не заповниться, диск поводиться нормально. Залишається перевірити номер моделі з етикетки або з smartctl -i за таблицею виробника; пошуковий огляд моделей різних брендів наведено у статті за номером моделі можна визначити, який диск не підходить для NAS.

Для NAS достатньо знати дві речі. По-перше, у WD Red вирішальним є закінчення: EFAX означає черепичний запис, а EFRX та EFPX (Red Plus) — класичний. Документально підтвердженими SMR-моделями є WD20EFAX, WD30EFAX, WD40EFAX і WD60EFAX, тобто диски місткістю від 2 до 6 ТБ — саме ті, які найчастіше купують для домашніх і корпоративних NAS. Згідно із заявою WD від червня 2020 року, Red Plus — це назва класичних дисків тієї самої родини, а Red Pro також залишається класичною лінійкою.

По-друге — і це пастка, яка часто трапляється з уживаними дисками: офіційний список виробника не є доказом. Цей документ описує асортимент, що постачався в певний момент, а не повний історичний каталог. Якщо моделі в ньому немає, це не означає автоматично, що вона класична; потрібно перевірити технічну документацію саме цієї моделі. Аргумент «я перевірив у списку виробника» для диска з оголошення не витримує критики.

Пастка, притаманна лише дискам із черепичним записом: команда TRIM

Цієї відмінності немає у класичних дисків. TRIM — команда, якою система повідомляє, що видалені сектори більше не потрібні, — серед жорстких дисків є практично винятковою особливістю моделей із черепичним записом.

На класичному диску видалений файл залишається на пластині, доки його щось не перезапише, тому його можна відновити. На диску з черепичним записом TRIM негайно вилучає відповідні сектори з карти трансляції. Після цього диск повертає системі нулі, хоча фізично дані ще залишаються на пластині, а фонове очищення невдовзі справді їх перезаписує. Отже, вікно для відновлення видалених файлів значно коротше, ніж у класичного диска, і закриває його сам накопичувач незалежно від дій користувача.

Тому перший крок у разі підозри — не «спробую програму відновлення», а від’єднати диск. Поки система тримає його підключеним, вона може надсилати TRIM і записувати дані до журналу.

Якщо SMR уже встановлено в масиві

Рішення залежить від поточного стану масиву.

Стан масивуЩо робити
Працює без помилок, заміна не плануєтьсяНе запускайте нічого додаткового — ані scrub, ані бенчмарк, ані масове копіювання. Переконайтеся, що маєте резервну копію поза масивом і можете з неї відновитися.
Працює, але ви плануєте заміну диска або розширенняКупіть новий класичний диск і замінюйте накопичувачі по одному, роблячи перерви. Процедуру описано у статті розширення NAS дисками більшої місткості.
Масив деградований, ребілд ще не запущеноНе починайте із заміни. Спочатку з’ясуйте, чому диск випав; для Synology дивіться Storage Pool Degraded і Volume Crashed.
Ребілд триває та застряг на одному відсоткуЗупиніть завдання, що виконують запис. Якщо спільні папки доступні, копіюйте дані за межі масиву — як витягти дані з NAS.
Диск випав і повідомляє безглузду місткістьНе запускайте другий ребілд і не вмикайте диск. Його слід віддати на діагностику, а не повертати у відсік.

У всіх випадках діють два правила. Не переставляйте диски між відсіками — їхній порядок є частиною інформації про масив. І RAID не є резервною копією навіть із двома рівнями паритету; у випадках, які потрапляють до лабораторії, часто є RAID 6, але немає жодної незалежної копії. Що можна зробити після падіння масиву, пояснює стаття відновлення даних із RAID-масиву.

Чим закінчилася ця історія

Справа мала й юридичне продовження. За даними Tom’s Hardware, у червні 2021 року Western Digital запропонувала мирову угоду на суму 2,7 мільйона доларів із виплатою від 4 до 7 доларів за диск без необхідності підтверджувати купівлю; пропозиція також містила визнання того, що диски WD Red із черепичним записом не підходять для NAS і RAID.

Для власника NAS це не означає компенсації, але дає один практичний урок: назви серії на етикетці недостатньо — вирішальним є номер моделі. Диск із написом WD Red може як підходити, так і не підходити для масиву — залежно від двох літер у середині коду.

Часті запитання

Чи можна залишити SMR-диск у масиві, якщо зараз усе працює?

Поки нічого не змінюється, масив працюватиме. Проблема виникає під час заміни або розширення, тобто ребілду: заплановане обслуговування тут небезпечніше за звичайну експлуатацію.

Чи допоможе запустити ребілд уночі без навантаження?

Частково — диск матиме більше часу для внутрішнього очищення. Але буферна область від цього не збільшиться, і безперервний запис під час ребілду однаково її заповнить. Імовірність успішного завершення зросте, але гарантії не буде.

Як визначити, що диск випав через SMR, а не через тайм-аут ERC/TLER?

За моментом збою та подальшою поведінкою. Невідповідність тайм-аутів проявляється під час читання, і після перезапуску диск повертається до нормальної роботи. Диск із черепичним записом виходить із ладу під час запису в процесі ребілду, а після перезапуску часто повідомляє безглузду місткість.

Чи вирішить проблему налаштування ERC/TLER?

Ні. ERC скорочує час, протягом якого диск намагається прочитати проблемний сектор. Але диск із черепичним записом не застряг на читанні — він не встигає записувати, і зміна тайм-ауту цього не виправить.

Чи можна витягти дані з диска з пошкодженою картою?

Часто так, адже механічна частина зазвичай справна, а дані залишаються на пластинах. Умова одна: з диском нічого не можна робити — жодного другого ребілду, жодного підключення, жодної програми відновлення.

Джерела

Не знаєте, чи встановлено у вашому NAS диски з черепичним записом, або ребілд застряг на одному відсотку? Ми разом із вами перевіримо список моделей і журнали до запуску наступної спроби відновлення — як одноразово, так і в межах ІТ-обслуговування для компаній та ІТ-аудиту. Якщо масив уже не запускається, наступним кроком буде відновлення даних із RAID і NAS. Зверніться через контактну форму, за телефоном +420 775 556 063 або електронною поштою info@ithope.cz. Поки що залиште диски у відсіках і головне — не міняйте їх місцями: порядок має вирішальне значення для відновлення.

Де нас знайти

ITHOPE — компанія з Брно, Чехія: ми робимо відновлення даних з дисків, RAID і NAS, сервіс ПК та ноутбуків та IT для бізнесу, усе у власній лабораторії за адресою Viniční 3587/216, 615 00 Brno.

Телефон +420 775 556 063 (цілодобово). Пристрій можна привезти особисто або надіслати курʼєром (Zásilkovna, PPL).