SMR je zkratka pro Shingled Magnetic Recording, česky šindelový magnetický zápis. Používá se u standardních pevných disků (HDD) a spočívá v tom, že se zapisované stopy částečně překrývají – podobně jako šindele na střeše. Výrobci tuto technologii používají jako jednu z metod, jak zvýšit množství dat zapsatelných na plochu plotny. SMR nemusí být vhodné pro aplikace s náhodným zápisem – typicky v polích RAID nebo v NAS, kde nějaký typ RAIDu obvykle bývá. Běžný uživatel, který má SMR disk třeba jako externí úložiště pro zálohu fotek, často ani neví, že jde o SMR – a v takovém scénáři to nemusí být problém. V intenzivnějších scénářích to ale problém být může.

záchrana dat ze všech typů datových médií

Trochu konkrétněji: zapisovací hlavy využívají větší šířku stopy pro zápis, než kolik je fakticky nutné pro následné čtení dat. Je to dáno technologickými limity. Čtecím hlavám naopak stačí číst ze stopy užší. Disky s klasickou metodou zápisu a čtení (CMR – Conventional Magnetic Recording) skládají stopy jednu vedle druhé, čímž se teoreticky plýtvá místem na plotně, protože část stopy zůstává z pohledu čtení nevyužitá. SMR je založeno právě na využití tohoto nevyužitého prostoru.

Z pohledu čtení je to fajn. Při zápisu je to ale horší – a tady je kámen úrazu. Pokud se část dat smaže a následně disk na totéž místo zapisuje data nová, musí se nějak popasovat s daty, která stále zabírají část stopy smazaných dat. A než se s tímto problémem popasuje, může mu to chvíli trvat. To se uživatelům ani některým zařízením nelíbí.

Jak to disk řeší – cache a reorganizace na pozadí

SMR disky mají na plotně vyhrazenou speciální oblast, která pracuje konvenčním způsobem (CMR), a slouží jako vyrovnávací paměť. Příchozí zápisy putují nejprve sem. Disk pak ve volné chvíli, kdy zrovna nemá co dělat, data postupně přesouvá do šindelových zón, kde se musí kvůli překrývání stop přepisovat celé skupiny stop najednou. Pokud uživatel chce změnit jediný sektor uvnitř takové zóny, disk si nejprve musí přečíst všechny překrývané stopy nad ním, upravit potřebnou část a celý balík přepsat zpět. Tato operace se odborně nazývá Read-Modify-Write a u SMR je nutnou součástí běžného provozu.

Dokud má disk dost klidných chvil mezi zápisy, uživatel z toho nic nepocítí. Problém nastává ve chvíli, kdy se vyrovnávací paměť zaplní rychleji, než ji disk stíhá uklízet do šindelových zón. V tu chvíli rychlost zápisu prudce klesá – z běžných sto a více megabajtů za sekundu mohou rychlosti spadnout na jednotky megabajtů. Disk přestává reagovat na další požadavky včas a v některých scénářích – typicky při rebuildu pole RAID – ho řadič vyhodnotí jako vadný a odpojí.

Proč je to problém v poli RAID a NAS

Rebuild pole RAID je přesně takový scénář, kterému se SMR brání ze všech sil. Po výměně vadného disku se na nový disk hodiny – někdy desítky hodin – kontinuálně zapisují data dopočítaná z paritních informací ostatních disků. SMR disk v této situaci vyrovnávací paměť rychle vyčerpá a dostane se do stavu, kdy nestíhá. Kombinace prodlevy, kolísavé latence a občasných timeoutů vede k tomu, že NAS nebo RAID řadič disk z pole vyhodí. Pokud v tu chvíli začne zlobit ještě další disk v poli, situace se může vyhrotit do ztráty dat – přitom samotný SMR disk nemusí být vůbec vadný, jen nezvládl požadovaný typ zátěže.

Tohle je důvod, proč SMR disky v RAID polích – zejména v RAID 5 a 6 – patří k nejrizikovějším konfiguracím, se kterými se v laboratoři setkáváme. Není to teoretická hrozba. Selhaný rebuild s SMR disky je v praxi opakující se scénář.

Kauza WD Red 2020 – jak to celé začalo

V dubnu 2020 se ukázalo, že Western Digital používá SMR i u řady WD Red, která je primárně určena do NAS. Konkrétně šlo o disky WD Red s kapacitami 2 TB až 6 TB s modelovým označením WDxxEFAX. WD Red Pro touto skrytou vlastností nedisponovaly, stejně tak ani starší modely WD Red.

WD na svém blogu reagovala vysvětlením, že disky WD Red používají odlišnou variantu SMR než vysokokapacitní disky pro datová centra. U WD Red a dalších zde zmíněných spotřebitelských řad se jednalo o technologii zvanou DM-SMR (Device Managed SMR – šindelový zápis ovládaný diskem), zatímco datacentrové disky pracují s Host Managed SMR, kde řízení přebírá speciální protokol hostitele (server a podobně). Podle vyjádření WD měl disk operace spojené se šindelovým zápisem provádět během nečinnosti, takže uživatel ani jeho zařízení by se v praxi neměli o nic starat.

V reálném světě se ale disky vybavené DM-SMR chovaly odlišně. Podle informací dostupných z různých zdrojů na internetu měli někteří uživatelé problém s dopočítáním pole RAID poté, co jeden z disků selhal a byl nahrazen novým diskem vybaveným DM-SMR. Rebuild trval neúměrně dlouho nebo skončil chybou.

Dalšími modely disků WD vybavených DM-SMR byly 3,5" WD Blue 2 TB WD20EZAZ a 6 TB WD60EZAZ, 2,5" WD Blue 1 TB WD10SPZX a 2 TB WD20SPZX, a 2,5" WD Black 1 TB WD10SPSX.

Zprvu to vypadalo, že toto „utajené vylepšení“ některých svých disků použila pouze Western Digital. O pár dní později se ale ukázalo, že čisté svědomí nemají ani Seagate a Toshiba. Seagate funkcí SMR vybavil 5 TB model Seagate Desktop ST5000DM000, dále Seagate Barracuda 4 TB ST4000DM004, Seagate Barracuda 8 TB ST8000DM004 a Seagate Barracuda 2 TB ST2000DM008.

Toshiba dala SMR do vínku diskům řady P300, konkrétně 4 TB HDWD240UZSVA a 6 TB HDWD260UZSVA. Disky z modelové řady P300 s kapacitami 1 TB, 2 TB a 3 TB by se tento problém týkat neměl. Z 2,5" disků pak SMR disponují disky řady L200 MQ04 – 1 TB s tloušťkou 7 mm a 2 TB s tloušťkou 9,5 mm.

Co se stalo dál – vývoj 2020 až 2026

Kauza měla několik doher, které stojí za zmínku, protože vysvětlují, proč se k SMR a NAS dostáváme dodnes:

Hromadné žaloby a vyrovnání. Ve Spojených státech bylo proti Western Digital podáno několik hromadných žalob (class action) za zavádějící marketing WD Red. Soud schválil vyrovnání v prosinci 2021 – nešlo o zásadní finanční odškodnění per kus disku, ale o nápravu komunikační praxe a transparentnější značení produktů.

Vznik WD Red Plus. Western Digital v reakci na kauzu představila v červnu 2020 řadu WD Red Plus jako CMR alternativu k základní řadě Red. Tím se sortiment vyjasnil: Red Plus a Red Pro jsou CMR (vhodné do NAS), základní řada WD Red používá SMR i v současné produkci. Pro nový NAS tedy dnes platí jasné pravidlo – vybírat Red Plus nebo Red Pro, ne základní Red.

Větší transparentnost výrobců. Po roce 2020 začali všichni tři výrobci (WD, Seagate, Toshiba) postupně uvádět typ zápisu (CMR/SMR) přímo v datasheetech a dokumentaci produktů. Western Digital i Seagate dnes provozují veřejné seznamy svých disků s typem zápisu. Při výběru nového disku se proto dá CMR/SMR ověřit ještě před koupí – v roce 2020 to nebylo samozřejmé.

Rozšíření SMR napříč spotřebitelským sortimentem. Co se ale od roku 2020 nezměnilo – nebo se spíš ještě zhoršilo – je celkové rozšíření SMR. Dnes je SMR ve spotřebitelské třídě běžnější než CMR. Drtivá většina nových 2,5" disků (interních i externích) je SMR, většina externích 3,5" disků také, a u 3,5" interních consumer disků existují CMR i SMR varianty paralelně. CMR dnes najdete prakticky jen u enterprise řad (WD Ultrastar, Seagate Exos, Toshiba MG), u NAS-specifických disků (WD Red Plus a Pro, Seagate IronWolf a IronWolf Pro, Toshiba N300) a u starších modelů přibližně do roku 2017.

Podrobnější informace o tom, které řady jednotlivých výrobců používají SMR a jak to ovlivňuje zakázky v naší laboratoři, najdete v souhrnech: Záchrana dat z disků Western Digital, Záchrana dat z disků Seagate a Záchrana dat z disků Toshiba.

Proč je obnova smazaných dat z SMR komplikovaná

U klasických pevných disků s konvenčním zápisem (CMR/PMR) platí, že po smazání souboru data fyzicky zůstávají na plotně, dokud nejsou přepsána novými daty. Operační systém pouze uvolní záznam v tabulce souborového systému. To je důvod, proč u CMR disků mívá softwarová obnova smazaných souborů často slušnou šanci na úspěch – pokud se s diskem hned dál nepracuje.

U SMR disků je situace zásadně jiná. Disk si vede vlastní vnitřní mapu toho, co je v jeho vyrovnávací paměti, co už bylo přesunuto do šindelových zón a co je z pohledu firmware možné v rámci optimalizace přepsat. Jakmile disk dostane prostor pracovat – třeba i jen několik minut po smazání souborů – začne na pozadí provádět reorganizaci dat: přesouvá obsah z cache do zón, čistí stopy, optimalizuje umístění. V průběhu tohoto procesu mohou být smazaná data definitivně přepsána, aniž by uživatel cokoli dělal. Jediná podmínka je, že disk je zapnutý.

Pro praxi to znamená dvě věci:

  • Po nechtěném smazání dat z SMR disku okamžitě vypněte zařízení. Každá další minuta provozu zvyšuje riziko, že disk smazaná data ve volné chvíli přepíše. Klasická rada „odpojte disk a dále s ním nepracujte“ platí u SMR důrazněji než u CMR.
  • Šance na softwarovou obnovu smazaných dat z SMR jsou výrazně nižší než u CMR. Často je nutné jít cestou profesionální záchrany, kde lze v rámci realizace zakázky vypnout interní funkce disku, které by smazaná data jinak postupně přepsaly.

Stojí za upřesnění, že tento mechanismus se nenazývá TRIM. TRIM je funkce flash pamětí (SSD, paměťové karty, mobilní telefony), která má technicky odlišný princip – řadič flash média při příkazu TRIM vyřadí buňky z evidence a v rámci Garbage Collection je vyresetuje. U SMR pevného disku jde o reorganizaci magnetického zápisu, nikoli o vymazání paměťových buněk. Důsledek pro uživatele – „smazaná data mohou být fuč rychleji, než si myslíte“ – je ale podobný.

Záchrana dat z SMR disků v naší laboratoři

SMR disky tvoří dnes významný podíl zakázek, které přijímáme. Externí 2,5" disky WD My Passport, WD Elements, Seagate Expansion a Backup Plus, ale i interní WD Blue 2 TB, Seagate Barracuda 4 TB nebo Toshiba P300 6 TB – to vše jsou modely, na které pravidelně narážíme. Postup záchrany dat se u SMR liší od klasického CMR disku v několika ohledech:

Při realizaci zakázky vypínáme některé interní funkce disku. Každý SMR disk po startu okamžitě začne plnit svou rutinu – přesouvá data z vyrovnávací paměti do šindelových zón, optimalizuje rozložení dat. Pokud má disk vadné čtecí hlavy nebo poškozený povrch plotny, tato automatická aktivita může způsobit další, nevratné poškození. V rámci práce na zakázce proto pomocí specializovaných nástrojů (PC-3000 a další) modifikujeme servisní data disku tak, aby tyto procesy zůstaly vypnuté po celou dobu čtení. Jde o zásah, který vyžaduje specifický hardwarový i softwarový aparát a v běžném IT servisu jej provést nelze.

Pracujeme s vnitřní mapou disku. SMR disky mají vedle běžné mapy logických adres ještě druhostupňovou mapu, která sleduje, která data jsou aktuálně v cache a která už byla přesunuta do zón. Tato mapa je uložena v servisní oblasti disku a může se poškodit při neočekávaném vypnutí, výpadku napájení během reorganizace nebo při firmware chybě. Pro disk, který se k uživateli hlásí se správnou kapacitou ale vrací místo dat samé nuly, bývá poškození této mapy typickou příčinou. Standardní obnovovací software v takovém případě selhává – vyžaduje to specializované nástroje a postupy.

Šance na obnovu závisí na tom, kdy a v jakém stavu disk dorazí. Disk po jednom selhaném pokusu o čtení a okamžitém vypnutí má šanci výrazně vyšší než disk, který uživatel hodiny zkouší připojovat, formátovat nebo „spravovat“ pomocí různých utilit. To platí u všech disků, ale u SMR obzvlášť – každý zbytečný cyklus může spustit nevratné změny v servisní oblasti.

Konkrétní pravděpodobnost obnovy dat sdělíme až po bezplatné diagnostice. Cena záchrany dat začíná u jednotlivých disků na 1 500 Kč, u polí RAID a síťových úložišť NAS na 2 500 Kč. Finální výše závisí na rozsahu poškození a technické náročnosti. Platíte vždy pouze za úspěšně obnovená data.

Mám tedy nějak řešit, jestli můj disk SMR má, nebo nemá?

Záleží na tom, jak disk používáte. Pokud je disk v běžné domácí PC sestavě jako jednotlivé úložiště a doposud žádné zvláštní problémy nevykazoval, není důvod k akci. SMR samo o sobě není vada – disk může roky bezproblémově sloužit, jen má jiný profil chování při náhodném zápisu.

Kde SMR řešit chcete:

  • NAS a pole RAID – pokud máte v NAS nebo v RAIDu základní WD Red, WD Blue, Seagate Barracuda nebo Toshiba P300 a uvažujete o expanzi nebo výměně disku, doporučujeme zvážit přechod na CMR variantu (WD Red Plus/Pro, Seagate IronWolf nebo IronWolf Pro, Toshiba N300). Při rebuildu po výpadku disku se SMR může chovat nepředvídatelně.
  • Před koupí nového disku do NAS – ověřte typ zápisu v datasheetu nebo na výrobcově veřejném seznamu (WD i Seagate dnes oba seznamy provozují). Pokud to není explicitně CMR, počítejte s tím, že to je SMR.
  • Pokud váš disk SMR má a začíná se chovat divně – pomalé odezvy, dlouhé čekání při kopírování velkých souborů, nezvyklé prodlevy – nepokoušejte se ho dlouhodobě zatěžovat dalšími pokusy. SMR disk v problémové fázi snáší zátěž ještě hůře než CMR.

Jak SMR/CMR ověřit u konkrétního modelu:

  • Datasheet výrobce – u nových modelů je dnes typ zápisu typicky uvedený přímo v technické specifikaci.
  • Veřejné seznamy WD a Seagate – oba výrobci po kauze 2020 zveřejnili seznamy disků s typem zápisu. Stačí najít své modelové číslo (např. WD20EFAX, ST4000DM004) a podívat se.
  • Specializované databáze – komunitně udržované přehledy CMR/SMR disků (např. na Reddit r/DataHoarder nebo na nezávislých technických webech) bývají vyčerpávající i pro starší modely.

Pokud si nejste jisti, zda váš disk SMR má, nebo pokud řešíte problém s diskem, který se chová nestandardně, využijte naši bezplatnou diagnostiku. Stav konkrétního disku ověříme a doporučíme další postup.

Pro hlubší kontext mohou být užitečné i naše tematické pilíře:

Základní údaje
By František Fridrich
František Fridrich
Blog