Nekřičte na disky: zvuk i ultrazvuk je může poškodit nebo zmást čidla

Nekřičte v datovém centru

Historie náhodných i cílených bádání v této věci sahá možná podstatně dále, jedním z nejslavnějších pionýrů v oblasti likvidace činnosti pevných disků křikem či jiným hlukem je ale Brendan Gregg, který s kolegou před téměř 10 lety nahráli na YouTube video, kde názorně ukazují, co se stane, pokud na JBOD / ZFS diskové pole zakřičíte.

Později to Brendan Gregg doplnil povídáním o pozadí celé věci, z něhož je na YouTube klíčová část k dispozici.

V Michiganu na disky nekřičí

Na před pár dny skončeném 2018 IEEE Symposium on Security & Privacy byl i Connor Bolton, aktuálně doktorand na University of Michigan. Prezentoval zde vlastní výzkum na tomto poli, během kterého byly ověřovány reakce pevných disků na akustické rušení ve slyšitelném i ultrazvukovém pásmu.

Potvrzuje se zde destruktivní vliv zvuků o určitých frekvencích na pevné disky, přesněji řečeno jak na rezonanci ploten, tak čtecí/zápisové hlavičky a stejně tak vliv na čidla detekující pád pevného disku, jejichž účelem je už řadu let zaparkovat hlavičky mimo plotny ještě před dopadem.

Ve videu zaznívají i některá dílčí řešení, přičemž důležité je, že detekci ultrazvukového rušení čidel detekujících pád disku je možné implementovat do spousty stávajících pevných disků pouhou aktualizací firmwaru.

Problém může být výhledově horší

Jak již zaznělo výše, na mnohé věci se mohou výrobci pevných disků připravit. Ostatně jedna věc je křičet na pevný disk v rackovém poli, kde je prakticky nechráněn, jiná věc je snažit se křičet na 3,5palcový pevný disk v 5,25palcovém odhlučňovacím a chladícím boxu osazeném v odhlučněné PC skříni. Tam je šance na replikaci 10 let starého experimentu velmi, velmi nízká.

Jenže vývoj jde dále. Před 10 lety, když Brendan Gregg fenomén objevil, jsme měli na trhu kapacity přinejlepším v řádu stovek GB – na trhu byly první 1TB disky a roku 2008 zvládl Seagate dostat na trh 1,5TB model. Dnes lze běžně koupit pevné disky poslední generace vyznačující se kapacitami kolem 10 až 14 TB (tedy 10× větší) a zbývající hráči na poli HDD – tedy v podstatě Seagate, Western Digital a Toshiba (doprovázené mj. japonskými a jinými společnostmi vyrábějícími diskové plotny a hlavičky) – už v laboratořích kutí až 20TB disky a výhledově bychom měli dojít i ke 100TB.

Co Connor Bolton ve své prezentaci uvedl jako jednu z klíčových informací je toto: víceméně většina zvukových (případně ultrazvukových) frekvencí má nějaký vliv na chod disku – dokáží například vychýlit hlavičky z optimální držené trasy nad stopou. Ale pokud je vychýlení v toleranci, disk neztratí ani schopnost čtení, ani zápisu. Nicméně je jen otázkou vhodného poměru frekvence a hlasitosti akustického signálu, který už vyhodí hlavičku mimo krajní mez a způsobí narušení činnosti disku a ve svém důsledku víceméně odstavení počítače (či části pole) z provozu. Pro některé frekvence stačí signál tišší, pro jiné to musí být opravdový kravál.

Právě šířka stopy je zde stěžejní. Connor Bolton toto ukazoval na postarším disku od Seagate. Od té doby se nám do pevných disků dostaly další technologie.

Jednou z nich je SMR („šindelový“) záznam na plotnách, kdy se jednotlivé stopy částečně překrývají a jsou tudíž užší. Druhou je helium, které vedlo k navýšení počtu diskových ploten a tudíž další ztenčení konstrukcí ploten i hlaviček, které tak jsou opět mechanicky náchylnější na cokoli. A do třetice se objevuje HAMR (heat-assisted magnetic recording), který opět díky zahřívání oblasti plotny při záznamu umožnil další zmenšení velikosti stop a vyšší hustotu záznamu.

Pokud tedy něco prezentoval Brendan Gregg v roce 2008 a Connor Bolton v roce 2018, tak je to skutečnost, že tato technologie v určitou dobu překročila jistou mez, po které je náchylnější na tento typ rušení. Křičet na sálový pevný disk IBM z roku 1957 by jistě k vyřazení z činnosti nevedlo.

Má dobrý důvod, proč se mnohde záměrně používají zastaralé technologie. Hubbleův vesmírný dalekohled je poháněn prehistorickým procesorem, který je nesrovnatelně zabezpečenější proti všemožným zářením a částicím ve vesmíru už z povahy své výrobní technologie.

Pevné disky zkrátka udělaly za 60 let své existence obrovský skok vpřed. Od hustoty záznamu kolem 2 000 bitů na čtvereční palec jsme se dostali k dnešním ~1 500 000 000 000 bitům na čtvereční palec (téměř miliardkrát tolik). A vývoj dále pokračuje. A minimálně pro serverové nasazení zatím NAND flash paměti nedošly do fáze, kdy by představovaly použitelnou náhradu. Takže ještě jednou: nekřičte na pevné disky, nemají to rády.