Hard disk SMR

Hard disk SMR: cosa è cambiato negli hard disk e perché complica il recupero dati

Negli ultimi anni gli hard disk SMR sono diventati molto diffusi, spesso senza che chi li comprava se ne accorgesse. È una scelta costruttiva che ha permesso ai produttori di aumentare la capacità a parità di piatti, ma che ha conseguenze concrete sulle prestazioni e, soprattutto, sul recupero dei dati quando qualcosa va storto. Vale la pena capire come funziona e dove nascono i problemi.

Cos’è la registrazione SMR

SMR sta per Shingled Magnetic Recording, registrazione magnetica embricata. Il nome viene dalle tegole di un tetto: le tracce dati vengono scritte parzialmente sovrapposte le une alle altre, come tegole appunto. La testina di scrittura è più larga della testina di lettura, quindi sovrapponendo le tracce si recupera spazio fisico e si aumenta la densità per piatto.

Nella tecnologia tradizionale, oggi indicata come CMR (Conventional Magnetic Recording), ogni traccia viene scritta alla sua larghezza definitiva e separata dalle vicine da un piccolo margine di guardia. La testina può tornare su una singola traccia e riscriverla senza disturbare quelle accanto.

Con l’SMR il margine di guardia sparisce e cambia la geometria della scrittura. Il punto è che la testina di scrittura genera un campo magnetico più largo della striscia che alla lettura serve davvero. I produttori sfruttano questo “eccesso”: scrivono una traccia larga, poi ci passano sopra in parte con quella successiva, lasciandone leggibile solo un sottile bordo, quanto basta alla testina di lettura che è più stretta. Le tracce così non sono più indipendenti. Per riscrivere quella che sta sotto bisognerebbe ripassarci con la testina larga, che andrebbe a cancellare la porzione utile delle tracce sovrapposte a valle. Ecco perché un singolo settore non si può aggiornare da solo: il firmware è costretto a leggere e riscrivere in sequenza l’intera banda di tracce coinvolte.

Nei dischi SMR le tracce vengono scritte sovrapposte come tegole: ogni nuova traccia copre in parte la precedente, di cui resta leggibile solo un bordo. Per modificarne una sotto bisognerebbe riscrivere l’intera banda.

Cosa è cambiato rispetto al passato

La parte meccanica resta quella di sempre, è la logica interna a cambiare. Per gestire la sovrapposizione, il firmware raggruppa le tracce in zone, chiamate anche bande. Quando il sistema operativo chiede di modificare anche pochi kilobyte all’interno di una banda, il controller non riscrive solo quel settore: deve leggere l’intera banda, applicare la modifica e riscriverla in sequenza.

Per non bloccare il disco a ogni scrittura, i produttori hanno introdotto una memoria cache su piatto, una zona registrata in modo convenzionale dove i dati in arrivo atterrano prima. Un processo in background, eseguito quando il disco è inattivo, svuota questa cache e riscrive ordinatamente i dati nelle bande embricate. Questo lavoro di riorganizzazione interna è continuo e quasi sempre invisibile a chi usa il computer.

Esistono tre varianti di gestione. Nella più diffusa tra i dischi consumer, la DM-SMR (drive-managed), è il disco stesso a gestire tutta la logica di sovrapposizione, e il sistema operativo non sa nemmeno di avere a che fare con un disco SMR. Nelle versioni host-managed e host-aware, tipiche dell’ambito enterprise e datacenter, è il sistema host a coordinare le scritture. La gestione interna trasparente è comoda per il produttore ma è anche la causa di molti problemi imprevisti.

Modelli SMR verificati

La vicenda è diventata pubblica nel 2020, quando emerse che diversi hard disk venduti come adatti al NAS erano in realtà SMR senza che fosse dichiarato. Da lì i produttori hanno pubblicato gli elenchi ufficiali. Qui sotto trovi i modelli confermati come SMR, raccolti da quelle liste e dai database tecnici. Una premessa che vale per tutti: conta il numero di modello completo riportato sull’etichetta, perché all’interno della stessa famiglia commerciale convivono versioni CMR e SMR.

Western Digital

• WD Red (NAS): WD20EFAX (2TB), WD30EFAX (3TB), WD40EFAX (4TB), WD60EFAX (6TB). Attenzione: l’8TB EFAX è invece CMR.
• WD Blue 3,5″: WD20EZAZ (2TB), WD60EZAZ (6TB)
• WD Blue 2,5″: WD10SPZX (1TB), WD20SPZX (2TB)
• WD Black 2,5″: WD10SPSX (1TB)
• Molti dischi esterni My Passport ed Elements di fascia consumer (piattaforme Spyglass e Palmer)

Seagate

• Barracuda 3,5″ Compute: ST2000DM008 (2TB), ST4000DM004 (4TB), ST6000DM003 (6TB), ST8000DM004 (8TB)
• Desktop 5TB: ST5000DM000
• Barracuda 2,5″ (famiglia Rosewood): ST1000LM035 (1TB), ST2000LM007 (2TB), ST2000LM015 (2TB)
• Archive HDD v2 (cold storage): ST6000AS0002 (6TB), ST8000AS0002 (8TB)

Toshiba

• Desktop P300: HDWD240 (4TB), HDWD260 (6TB). I P300 da 1, 2 e 3TB restano CMR.
• DT02: DT02 4TB, DT02 6TB
• DT02-V (videosorveglianza): DT02-V 4TB, DT02-V 6TB
• L200 2,5″: L200 1TB, L200 2TB
• MQ04 2,5″: MQ04ABF100 (1TB), MQ04ABD200 (2TB)

Restano invece CMR le linee pensate per NAS e per i carichi intensi: WD Red Plus e Red Pro, Seagate IronWolf, IronWolf Pro e Barracuda Pro, Toshiba N300, X300 e la serie enterprise MG. Sul fronte datacenter i produttori stanno introducendo l’SMR sui tagli più alti, dai 26TB in su, ma in quel caso si tratta quasi sempre di unità host-managed non vendute al pubblico. La lista qui sopra non è esaustiva e i cataloghi cambiano nel tempo, quindi nel dubbio verifica sempre la sigla esatta del tuo disco.

Come capire se il tuo disco è SMR

Non esiste una scritta “SMR” sull’etichetta, quindi bisogna fare un po’ di lavoro. Ecco i modi pratici, dal più affidabile al più indiziario:

• Numero di modello. È il dato che conta davvero. Leggi la sigla completa sull’etichetta (es. WD60EFAX, ST4000DM004) e confrontala con gli elenchi ufficiali pubblicati da Western Digital, Seagate e Toshiba, o con i database tenuti dalle community NAS. La famiglia commerciale da sola non basta, perché Red, Blue o Barracuda contengono sia versioni CMR sia versioni SMR.
• Cache spropositata per il taglio. Sui dischi consumer una cache da 256MB su un 2-4TB, o da 128MB su un 2,5 pollici, è spesso un campanello d’allarme: serve proprio ad assorbire le scritture prima dello scarico nelle bande.
• Comportamento in scrittura. Se durante una grande copia continua la velocità parte alta e poi crolla in modo netto dopo qualche decina di GB, restando bassa finché il disco non “respira”, è un sintomo tipico del riempimento della cache di un SMR.
• Specifica ZAC/ZBC. Sui modelli host-managed e host-aware (ambito enterprise) il disco espone i comandi di gestione a zone previsti dalle specifiche ZAC e ZBC: in Linux strumenti come lsscsi o l’utility zbc lo segnalano.

Nel dubbio, parti sempre dal numero di modello: è l’unico metodo che dà una risposta certa.

Le difficoltà: prestazioni e affidabilità

Sul piano prestazionale il limite si vede nelle scritture casuali ripetute. Finché si copiano grandi file in sequenza, come un backup o un archivio, il disco regge bene perché la cache assorbe il flusso. Quando invece la cache si riempie e il disco deve smaltire l’arretrato riscrivendo le bande, le prestazioni crollano, con rallentamenti vistosi o stalli. Per questo l’SMR ha senso nello storage di archiviazione e nei dati che cambiano di rado, mentre è poco indicato come disco di sistema o per carichi intensi.

C’è poi un effetto collaterale che riguarda l’integrità dei dati. Per evitare che le bande si riempiano di frammenti obsoleti, il firmware esegue periodicamente un azzeramento di zona, riscrivendo l’intera banda e scartando i settori già marcati come cancellati dal file system. È un comportamento simile nello spirito al TRIM degli SSD: una volta che la zona viene reimpostata, i dati cancellati spariscono davvero. Per chi tenta un recupero, questo significa che ogni accensione e ogni tentativo maldestro possono distruggere ciò che resta.

Cenni sul traslator di secondo livello

Qui sta il nodo più delicato per il recupero dati. Su un disco CMR esiste un solo traslator: una tabella che converte gli indirizzi logici (LBA) richiesti dal sistema operativo negli indirizzi fisici reali sul piatto. Se si corrompe, il problema è circoscritto e gestibile.

Sull’SMR il traslator diventa doppio. Oltre alla mappa logica classica entra in gioco un traslator di secondo livello, che tiene traccia di dove vivono fisicamente i dati in un dato momento: quali settori sono ancora nella cache convenzionale in attesa di essere svuotati e quali sono già stati riscritti nelle bande embricate. È il modulo firmware più complesso di tutto il disco, ed è anche il più fragile.

Quando questo secondo traslator si corrompe si crea una situazione tipica e ingannevole: il disco si presenta al sistema con la capacità corretta, viene riconosciuto, ma ogni settore restituisce zeri. I dati magnetici sono ancora presenti sul piatto, ma il disco ha perso la mappa di dove si trovano. Su Western Digital questo modulo è noto come T2 (Module 190 nell’area di servizio), su Seagate corrisponde a strutture interne dedicate alla gestione della cache e delle bande.

La conseguenza operativa è netta. Su un disco SMR con sospetto problema firmware non bisogna lasciare che il disco completi la sequenza di accensione e avvii i processi di riorganizzazione in background, perché ogni ciclo di garbage collection riscrive le bande e può cancellare definitivamente la mappa residua. In laboratorio il primo passo è bloccare in scrittura l’area utente prima che il disco inizi a lavorare da solo, poi salvare e ricostruire il modulo del secondo traslator partendo da ciò che resta nella cache. Tutto questo richiede strumentazione dedicata all’area di servizio del firmware e una conoscenza precisa del modello: i comuni software di recupero file non solo non funzionano su questi guasti, ma rischiano di peggiorare la situazione. Quando l’SMR sta dentro un’unità portatile, valgono inoltre le stesse cautele del recupero dati da hard disk esterni, perché lì l’interfaccia USB è spesso saldata sull’elettronica e complica ulteriormente l’accesso.

Cosa tenere a mente

L’SMR resta un compromesso ragionevole: più capacità a costi più bassi, in cambio di scritture casuali lente e di una logica interna parecchio più complessa. Per l’uso quotidiano la cosa migliore è saperlo riconoscere e tenerlo per l’archiviazione, non come disco di sistema.

Il discorso cambia quando c’è un guasto. Il doppio traslator rende questi dischi molto più ostici da recuperare, e qui i tentativi fai-da-te e i software generici sono spesso la causa diretta della perdita definitiva dei dati.

Se hai un disco SMR che non viene letto correttamente, mostra zeri o ha perso una partizione, evita ulteriori accensioni e affidati a un laboratorio specializzato nel recupero dati da hard disk a livello hardware e firmware. Per una valutazione del tuo caso contattaci.