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SMR Festplatte: Definition, Vorteil und Nachteile der SMR-Technologie

Beim SMR, also dem Shingled Magnetic Recording, handelt es um eine Weiterentwicklung des Perpendicular Magnetic Recordings (PMR). Bei diesem Speicherverfahren werden Daten auf die Magnetscheiben der Festplatte geschrieben. Anders als beim PMR-Verfahren werden bei der SMR-Technik die einzelnen Datenspuren leicht überlappend beschrieben und dabei nicht voneinander getrennt. Dadurch wird es möglich, auf einer Fläche der gleichen Größe mehr Daten zu speichern. Mit dieser Methode wird also sowohl die Datenkapazität als auch die Datendichte erhöht. Diesen Vorteilen stehen aber auch Nachteile gegenüber, etwa beim Verlust von Daten.

Was ist eine SMR-Festplatte?

Bei einer SMR-Festplatte werden Datenspuren überlappend beschrieben, wobei die Technik als Shingled Magnetic Recording bezeichnet wird.

Welche Vor- und Nachteile haben SMR-Festplatten?

Durch die SMR-Technik können größere Datenmengen gespeichert werden. Die Produktionskosten sind günstiger. Allerdings sind SMR-Festplatten etwas langsamer. Die Wiederherstellung von verlorenen Daten ist zudem schwierig.

Der Schreib-Lese-Kopf ist dabei kleiner als die Schreibeinheit dimensioniert, wodurch die Lesbarkeit der Daten trotz des Teilüberschreibens weiterhin gegeben ist. Durch die überlappende Beschreibung ist es allerdings nötig, dass die benachbarten Spuren bei einem Schreibvorgang auch neu beschrieben werden müssen.

Allerdings ist eine Datenrettung von Festplatten mit SMR Technologie durch die besondere Technik mit einem erhöhten Aufwand verbunden. Weshalb dies so ist und wodurch sich die SMR-Technik auszeichnet, zeigt der folgende Beitrag. 

Die Anwendungsgebiete von SMR 

Die SMR-Technik wird vor allem bei Datenträgern genutzt, die eine sehr hohe Speicherkapazität aufweisen. Seit kurzem wenden die Hersteller Seagate und Western Digital die Methode jedoch auch bei deutlich kleineren Datenträgern an. 

Der Grund besteht darin, dass die Herstellungskosten heutzutage verhältnismäßig gering ausfallen, das Gleiche gilt für den Materialverbrauch. Allerdings existiert keine besondere Kennzeichnung dafür, ob die Festplatte SMR oder PMR nutzt, weshalb es zu Problemen hinsichtlich der unterschiedlichen Speichermethoden kommen kann. Besonders die Nutzer von externen Festplatten wissen häufig nicht, welche Methode genutzt wird. Das dürfte aber nicht lange so bleiben. Denn in den USA gibt es bereits erste Klagen, u.a. gegen den Hersteller Western Digital, weil dieser langsamere SMR-Festplatten in NAS-Server verbaute, ohne den Verbraucher darauf hinzuweisen.

Die Vorteile von SMR

Die SMR-Technik bietet einige Vorteile. Dazu gehört beispielsweise, dass eine rund 25 Prozent höhere Speicherkapazität und eine höhere Speicherdichte geschaffen wird. Außerdem sind die Kosten für die Herstellung gering. Die Methode eignet sich besonders für lange sequenzielle Schreibvorgänge. 

Jedoch fällt die Schreibgeschwindigkeit niedriger aus, da auch die Nachbarspuren während des Schreibvorgangs stets erneut beschrieben werden müssen. Werden also hauptsächlich viele zufällige und kurze Schreibvorgänge vorgenommen, eignet sich SMR weniger gut. 

So funktioniert die SMR Technik

Wie bereits beschrieben, müssen im Zuge des Schreibvorganges auch die benachbarten Spuren erneut beschrieben werden. Damit es nicht zu einer Ausdehnung dieses Vorgangs auf die vollständige Magnetscheibe kommt, ist diese in unterschiedliche Zonen unterteilt, die jeweils eine bestimmte Anzahl von Spuren aufweisen. Darüber hinaus gibt es auf der Festplatte einen Cache, in dem die Daten, die neu geschrieben werden, zwischengespeichert werden. 

Die SMR-Festplatte ist vergleichbar mit einem Lagerhaus, indem die Pakete zur besseren Lagerung ineinander gepackt wurden. Das hat Vorteile, aber auch Nachteile.

Die Festplatte kann somit mit einem Lagerhaus verglichen werden, in dem es unterschiedliche große Pakete gibt. Diese Pakete bilden auf der Festplatte die Zonen. In einem großen Paket sind wiederum 20 kleinere Päckchen untergebracht, die den überlappenden Spuren entsprechen. Die Daten sind dann kleine Gegenstände, die in den jeweiligen Päckchen verteilt sind. 

Wenn Pakete, Päckchen und Inhalte ausgetauscht werden...

Muss aus einem dieser Päckchen ein bestimmter Gegenstand ausgetauscht werden, so muss dieses mithilfe einer Maschine, die auf der Festplatte dem Schreib-Lesekopf entspricht, aus dem großen Paket genommen werden und in einem weiteren Raum, dem Cache, ausgepackt werden. 

Im ersten Schritt müssen aus dem großen Paket dann alle kleinen Päckchen entnommen werden, bis das gewünschte Päckchen gefunden ist. Danach kann der gewünschte Gegenstand aus dem Päckchen genommen werden. Die Päckchen müssen dann wieder in das große Paket gepackt und dieses mithilfe der Maschine ins Lager zurückgebracht werden. 

Für dieses Vorgehen wird natürlich mehr Arbeitsspeicher und Zeit benötigt, als bei der Methode, bei der ein Gegenstand sofort im Regal aus dem Päckchen entnommen wird. Deswegen fällt die Schreibgeschwindigkeit wesentlich geringer aus. 

Wichtige Konsequenz: Das Formatieren läuft im Vergleich zu der PMR-Methode ebenfalls anders ab. Werden Daten gelöscht oder eine Festplattenformatierung vorgenommen, findet das Löschen stets direkt statt und ist endgültig. Falls es zu einer ungewollten Formatierung der SMR-Festplatte kommt, sollte daher unbedingt direkt die Stromversorgung unterbrochen werden, ansonsten könnte es zu einem unwiderruflichen Verlust der Daten kommen. 

Datenrettung bei SMR-Festplatten

Bei der SMR-Technik wird eine Unterteilung in verschiedene Pakete vorgenommen. Diese müssen immer wieder ausgepackt, verändert und dann wieder eingepackt werden, falls es zu einer Änderung kommt. 

Dadurch, dass die Pakete gebündelt sind – sich die Spuren also überlappen – ist das bisher etablierte Standardverfahren der Datenwiederherstellung kaum mehr möglich. Es müssen deswegen effektivere und innovative Verfahren entwickelt und erprobt werden. Im Vergleich zu den Datenrettungen bei einer PMR-Technik ist der Entwicklungs- und Zeitaufwand wesentlich höher. 

Bei neueren Laufwerken stellt die Rettung der Daten ebenfalls eine größere Herausforderung dar, weil keine in sich geschlossene Service Area vorhanden ist. Daher ist die Bearbeitung nicht ohne Weiteres möglich. 

Warum ist das ein Problem?

Für die Durchführung einer Datenrettung ist es nötig, auf die Service Area zuzugreifen und diese entsprechend zu manipulieren. Der Zugang zu der Service Are wird aus Schutzzwecken vor externen Zugriffen jedoch gesperrt. Dadurch wird die Rettung von Daten nahezu unmöglich. 

Die Lösung: Die einzige Möglichkeit, an die Daten zu gelangen, stellt das Data Mining dar. Dabei geht allerdings die Struktur der Ordner verloren. Dieses Problem tritt zwar aktuell leidglich bei dem Hersteller Western Digital auf, allerdings werden die anderen Hersteller bald nachziehen. Das zukünftige Ziel besteht somit darin, gemeinsam mit den Herstellern eine Lösung für eine effiziente Wiederherstellung der Daten, ohne, dass es dabei zu Verlusten kommt, zu finden. 

Das Data Mining

Im Rahmen des beispielhaften Lagerhauses kann die Service Area mit einem Computer verglichen werden, der alle Informationen darüber enthält, an welchem Platz welche Gegenstände gelagert sind. Ist der Zugriff auf diesen Computer gesperrt, müssen die einzelnen Gegenstände ohne Hilfe in Eigenregie herausgesucht werden. 

Das bedeutet, dass jedes einzelne Paket ausgepackt werden, die 20 Päckchen herausgeräumt und in diesen nach dem jeweiligen Gegenstand gesucht werden muss. Zwar ist es dadurch durchaus möglich, irgendwann alle Gegenstände zu finden, danach sind die Pakete und Päckchen allerdings unsortiert über das gesamte Lager verteilt und es herrscht ein großes Chaos.

Warum ist die Service Area gesperrt?

Die Hersteller wenden die Sperrung der Service Area vor allem an, um die genaue Funktion ihrer Festplatte geheim zu halten. Schließlich herrscht in der Branche ein starker Wettbewerbsdruck. 

Die SMR-Technik – ein Fazit

Grundsätzlich bietet die Nutzung der SMR-Technik vielfältige Vorteile, besonders hinsichtlich der Speicherkapazität. Allerdings stellt die Methode für die Wiederherstellung von Daten ein großes Risiko dar, falls es einmal zu einem Defekt der Festplatte kommen sollte. 

Die Datenrettung gestaltet sich im Zuge der Standardverfahren äußerst schwierig und lässt sich nur durch einen sehr hohen Entwicklungs- und Zeitaufwand realisieren. 

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Datenverlust? So hilft SMR-Technik
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