Поддержка секторов размером 4 кб что это
Сектор жёсткого диска имеет следующую структуру:
- Интервал: промежуток между секторами.
- Код синхронизации: метка синхронизации, обозначающая начало сектора и позволяющая синхронизировать работу диска.
- Метка адреса: метка, содержащая данные для идентификации номера и расположения сектора. В ней также хранится информация о состоянии сектора.
- Область данных: в этой области хранятся данные пользователя.
- Область исправления ошибок: в этой области хранятся коды исправления ошибок, с помощью которых исправляются и восстанавливаются данные, которые могли быть повреждены во время чтения или записи. Этот низкоуровневый формат используется в нашей отрасли уже многие годы. Однако в связи с ростом емкости жестких дисков размер сектора неизбежно становится конструктивным ограничением для дальнейшего повышения емкости дисков и эффективности исправления ошибок. К примеру, если соотнести размер сектора с емкостью устаревших и современных дисков, то можно увидеть, что разрешение сектора многократно уменьшилось
Переход к секторам размером 4 КБ (новый формат)
В индустрии хранения данных уже несколько лет ведутся совместные работы над переходом к секторам большего размера. Компания Seagate вместе с партнерами проводит масштабные работы в этом направлении уже более пяти лет В декабре 2009 года в результате совместных усилий IDEMA был создан и утвержден новый формат Advanced Format. Это название стало официальным для стандарта секторов размером 4 КБ. Кроме того, все производители жестких дисков договорились начать поставки новых моделей дисков этого формата для настольных и переносных ПК к январю 2011 года. Как ожидается, жесткие диски формата Advanced Format начнут поступать на рынок раньше этого времени. Компания Western Digital начала поставки жестких дисков нового формата в декабре 2009 года; компания Seagate уже некоторое время поставляет жесткие диски с секторами большого размера OEM-производителям, а также комплектует ими устройства, производимые под собственной маркой, прежде всего внешние жесткие диски с интерфейсом USB, такие как Seagate® FreeAgent®.
Перспективные преимущества секторов размером 4 КБ
Поскольку производители жестких дисков договорились перейти к новому формату секторов к январю 2011 года, остальным участникам отрасли ИТ необходимо заранее подготовиться к этому переходу, чтобы избежать возможных негативных последствий. В краткосрочном периоде потребители не ощутят заметного эффекта, если говорить о быстром росте емкости жестких дисков. Однако переход к секторам размером 4 КБ, несомненно, позволит быстрее добиться большей плотности записи и увеличения емкости жестких дисков, а также надежного исправления ошибок.
Повышение эффективности формата за счет сокращения пространства, занимаемого кодом исправления ошибок
Структура традиционного сектора размером 512 байт такова, что для каждого 512-байтного сектора на диск дополнительно записываются 50 байт, содержащие код исправления ошибок, и еще 15 байт с интервалом, кодом синхронизации и меткой адреса. В результате эффективность секторного формата составляет примерно 88 процентов (512/(512 65))
В новом формате отводится столько же места под интервал, код синхронизации и метку адреса, а код исправления ошибок увеличен до 100 байт. В результате эффективность секторного формата увеличивается до 97 процентов (4096/(4096 115)), то есть почти на 10 процентов.
Запись небольших объемов данных
В современных приложениях данные, такие как документы, изображения и потоковое видео, обрабатываются блоками размером значительно больше 512 байт. Поэтому жесткий диск легко может хранить запросы на запись этих блоков в кэш-памяти до тех пор, пока не будет накоплено достаточное количество блоков размером 512 байт для записи сектора размером 4 КБ. Если логическая структура разделов диска соответствует его физической структуре, то жесткий диск может легко сопоставить сектора размером 512 байт сектору размером 4 КБ без ущерба для производительности. Однако есть низкоуровневые процессы, которые могут заставить жесткий диск работать с «карликовыми» блоками, независимо от соответствия логической и физической структуры. Это происходит в редких случаях, когда компьютер отправляет жесткому диску отдельные запросы, размер которых меньше 4 КБ. Как правило, такие запросы отправляет операционная система при работе с файловой системой, журналировании и выполнении других подобных низкоуровневых задач. В общем случае такие запросы встречаются нечасто и не оказывают существенного влияния на производительность. Однако проектировщикам ПО рекомендуется пересмотреть подобные процессы, чтобы добиться оптимальной производительности, поскольку переход к секторам размером 4 КБ уже «не за горами».
Подготовка и организация перехода к секторам размером 4 КБ
Теперь, когда понятны преимущества перехода к секторам размером 4 КБ, а также возможное влияние такого перехода на производительность, настало время определить наилучший способ организации процесса перехода. Правильнее всего обсуждать эту тему в контексте двух самых популярных современных операционных систем: Windows и Linux.
Организация перехода к секторам размером 4 КБ в ОС Windows
Самый главный вопрос организации перехода к секторам размером 4 КБ — это вопрос соответствия физической и логической структуры, уже рассмотренный выше. Диски нового формата хорошо работают в состоянии «Выравнивание 0», в котором физическая и логическая начальные точки совпадают. Состояние выравнивания возникает в тот момент, когда создаются разделы жесткого диска. Разделы создаются программным обеспечением, которое можно разделить на две категории:
- Версии ОС Windows.
- Специальные средства разбиения жесткого диска на разделы.
В случае когда разделы созданы ОС Windows, есть три версии этой ОС, которые можно обсуждать: Windows XP, Windows Vista и Windows 7. Компания Microsoft участвовала в обсуждении и планировании перехода к большему размеру сектора. В результате в ее продуктах появилась поддержка секторов размером 4 КБ, начиная с Windows Vista с пакетом обновления Service Pack 1. Программные продукты, создающие разделы с «Выравниванием 0» (разделы, хорошо работающие с новым форматом), называются продуктами с поддержкой секторов размером 4 КБ. В таблице отражена ситуация для текущих поколений ОС Microsoft Windows.
| Версия операционной системы | Поддержка секторов размером 4 КБ | Результаты |
| Windows XP | Нет | Создается первичный раздел в состоянии «Выравнивание 1» (без выравнивания) |
| Windows Vista — без пакета обновления Service Pack 1 | Нет | Поддерживаются сектора большого размера, но разделы создаются неправильно (без выравнивания) |
| Windows Vista — с пакетом обновления Service Pack 1 или более поздней версии | Да | Создаются разделы в состоянии «Выравнивание 0» (с выравниванием) |
| Windows 7 | Да | Создаются разделы в состоянии «Выравнивание 0» (с выравниванием) |
Очевидно, что новые компьютеры с последними версиями Windows лучше всего подготовлены к использованию жестких дисков нового формата. Однако на компьютерах, на которых используется Windows XP или Windows Vista без пакета обновления Service Pack 1, есть значительный риск потери производительности при использовании разделов, созданных операционной системой.
Помимо риска несоответствия логической и физической структуры диска при использовании старых версий ОС Windows, существует несколько средств, которыми активно пользуются сборщики систем, OEM-производители, реселлеры и компании, оказывающие услуги управления ИТ-инфраструктурой. Использование этих средств также может стать причиной несоответствия между логической и физической структурой диска. Фактически чаще можно встретить разделы, созданные с помощью этих средств, чем с помощью ОС Windows. Поэтому велик риск создания разделов, в которых логическая структура не соответствует физической, что приводит к потере производительности при использовании дисков с размером сектора 4 КБ. Еще больше эта проблема осложняется тем, что сегодня поставляемые вместе с компьютерами жесткие диски обычно содержат несколько разделов. Это означает, что каждый из разделов такого диска должен быть создан с помощью программы с поддержкой секторов размером 4 КБ, чтобы обеспечить соответствие между логической и физической структурой, а значит, и высокую производительность. На рис. 10 показаны возможные результаты создания нескольких разделов на жестком диске с помощью программы, не обладающей поддержкой секторов размером 4 КБ.
Разделы с несоответствием между логической и физической структурой
Есть три способа избежать несоответствия между логической и физической структурой диска или исправить это несоответствие, чтобы предупредить потери производительности.
- Использовать новую версию ОС Windows или приобрести средство разбиения на разделы с поддержкой секторов размером 4 КБ.
- Выровнять разделы жесткого диска с помощью специального средства.
- Положиться на поставщика жесткого диска в части производительности, независимо от состояния структуры диска.
Использование версии Windows с поддержкой секторов размером 4 КБ — это самый простой и короткий путь обеспечить соответствие между логической и физической структурой диска. Поставщики других средств разбиения на разделы могут сообщить вам, существуют ли версии их средств с поддержкой секторов размером 4 КБ. Если такие версии есть, переходите на них, чтобы предупредить возникновение проблем.
Некоторые производители жестких дисков предлагают специальные средства, позволяющие проверить структуру разделов на жестком диске и изменить выравнивание разделов при необходимости. Для этого нужно потратить дополнительное время и выполнить дополнительные действия при сборке или обновлении компьютера.
Наконец, производители жестких дисков будут разрабатывать все более совершенные способы работы с разделами, в которых есть несоответствие между логической и физической структурой. Эти способы помогут избежать потерь производительности.
По мере увеличения популярности нового формата жестких дисков будут применяться все три способа, и каждый из них поможет потребителям добиться наибольшего полезного эффекта и избежать потерь производительности.
Advanced Format, 512e
Advanced Format — формат разметки области хранения данных на жестких дисках нового поколения, выполненных по технологии 4K (использование физических секторов размером 4 килобайт вместо традиционных 512 байт), разработанный IDEMA Long Data Sector Committee. Технология впервые была применена в жёстких дисках Western Digital.
В настоящее время эта технология внедрена или внедряется всеми производителями жёстких дисков.
За счёт ликвидации лишних межсекторных промежутков удается выиграть примерно 7—11% полезного дискового пространства (по данным производителя). Также улучшается сохранность данных благодаря более эффективной системе исправления ошибок.
Однако длительное время размер сектора в 512 байт был стандартом де-факто, поэтому для работы с существующим программным обеспечением диски с технологией Advanced Format вынуждены эмулировать секторы такого размера, размещая в одном физическом секторе восемь логических.
Операционные системы Windows 7 и Windows Vista не требуют каких-либо мер для достижения оптимального быстродействия, уже поддерживая технологию Advanced Format, а для более старых ОС (в первую очередь — Windows XP) для выравнивания расположения логических секторов относительно физических необходимо воспользоваться программой WD Align, либо ее аналогами, для подготовки диска к работе под ОС Windows XP или перед клонированием диска, содержащего разделы с этой ОС. Также оптимизация возможна запуском этой программы уже после установки ОС.
Основным недостатком этой технологии является падение скорости работы с мелкими (менее 4096 байт) файлами по понятным причинам, однако если не произвести выравнивания разделов при установке или клонировании ОС, не имеющей встроенной поддержки 4K Cluster(другое название технологии Advaced Format), то могут наблюдаться более серьезные проблемы вплоть до трёхкратного падения скорости записи.
Получить дополнительные сведения о технологии WD Align и скачать программу WD Align можно на www.wdc.com
В настоящее время аналогичные технологии с 4Кб сектором стали применять в некоторых своих HDD фирмы Samsung и Seagate.
Что такое диски расширенного формата? Разница между 512n, 4Kn, 512e?
Жесткие диски основаны на 512-байтовых секторах, и доступ к ним осуществляется на основе этого устройства. Однако в наши дни производители жестких дисков начали производить жесткие диски с размером сектора 4096 байт. Они называются дисками расширенного формата, также называемыми дисками с сектором 4K или дисками 512e.
Диски расширенного формата
В ближайшие годы индустрия хранения данных перейдет к использованию этого физического формата жестких дисков с 512-байтовых секторов до 4096-байтовых секторов, также известных как сектора размером 4 КБ или 4 КБ.
Почему? Изменение этого соглашения о формате сектора на более крупные физические секторы позволяет более эффективно использовать площадь памяти, особенно для больших. Это также позволяет улучшить алгоритмы защиты и исправления данных, повысить надежность данных и повысить эффективность форматирования, что приведет к лучшему взаимодействию с пользователем. Посмотрите это слайд-шоу, чтобы узнать о нем больше.
В чем разница между 512n, 4Kn и 512e?
Программы для Windows, мобильные приложения, игры — ВСЁ БЕСПЛАТНО, в нашем закрытом телеграмм канале — Подписывайтесь:)
512n имеет логический размер 512 и размер физического сектора 512. 512e имеет размер физического сектора 4 КБ и имитирует 512-байтовые сектора. 4Kn — это расширенный формат, в котором размер физических и логических секторов составляет 4096 байт.
Для получения дополнительной информации, ресурсов и ссылок на диски расширенного формата перейдите на IDEMA.org. IDEMA (Международная ассоциация оборудования и материалов для дисковых накопителей) — это торговая организация в сфере хранения данных.
Теперь, когда запись размером 512 байт направляется на диски такого расширенного формата, это потребует работы и ресурсов, что достигается за счет производительности и надежности. Чтобы избежать этой дополнительной работы, необходимо обновить приложения, чтобы они изначально поддерживали запись, основанную на уровне детализации сектора 4 КБ.
Собственные диски 512e в настоящее время не поддерживаются Windows. Однако диски 512e поддерживаются последними версиями Windows при условии, что вы будете следовать указаниям в KB2510009.
Microsoft выпустила обновление для улучшения совместимости Windows 7 и Windows Server 2008 R2 с дисками расширенного формата, доступными по адресу KB982018. Это исправление применимо только к дискам расширенного формата, которые сообщают, что имеют размер физического сектора 4 КБ и которые имитируют интерфейс логической адресации размером 512 байт.
.
Программы для Windows, мобильные приложения, игры — ВСЁ БЕСПЛАТНО, в нашем закрытом телеграмм канале — Подписывайтесь:)
Технология Advanced Format: допинг или панацея для жестких дисков?
Жесткие диски, несмотря на наступление по всем фронтам твердотельных накопителей SSD, никак не спешат сдаваться. Причиной тому можно назвать сейчас только высокую стоимость одного гигабайта объема на SSD и в меньшей степени их ограниченный ресурс. Однако зачастую, особенно в мобильных устройствах, применение твердотельной памяти более предпочтительно из-за её компактности, невосприимчивости к ударам и самое главное – высокой производительности. Именно последний фактор у жестких дисков легче всего улучшается, поскольку миниатюризация механических частей приводит к уменьшению производительности и надежности, а ударостойкость вообще невозможно повысить без кардинального изменения механики. Один из пионеров индустрии накопителей на магнитных дисках – компания Western Digital – уже давно пытается вывести производительность своих накопителей на новый уровень. Не так давно инженеры компании придумали оснастить блок головок дополнительным пьезодвигателем, который способствует точному позиционированию головки на нужной дорожке, что улучшает такую характеристику диска, как случайное чтение. Однако самой интересной и массовой новинкой, которая уже внедряется в накопители, можно признать технологию WD Advanced Format.
Advanced Format – что это?
Технология Advanced Format – это «всего лишь» небольшое изменение в структуре разметки диска. Сам ларчик открывается просто – производители увеличивают размер сектора на диске. Как известно, логическая структура жесткого диска включает в себя определенное число цилиндров и секторов, которые подобно решетке, закрученной вокруг оси диска, делят поверхность пластин на так называемые кластеры, объединяющие несколько секторов. Именно в каждый кластер и записываются данные на диск. Стандартный размер сектора, принятый до сих пор, составляет 512 байт – этот размер используется, можно так сказать, испокон веков. Однако у всего есть предел. Еще в 1998 году появилась идея увеличить размер сектора, однако лишь в 2007 году отраслевая организация IDEMA LDS-Committee (International Disk Drive Equipment and Materials Association) «легализовала» идею выпуском документа «Hard Disk Drive Long Data Sector White Paper», где были описаны все основные нюансы новой разметки диска. Чуть позже компания Samsung выпустила пару жестких дисков малого форм-фактора 2.5 дюйма – модели Spinpoint M7E и портативный S1 Mini – в которых была применена технология увеличенного кластера. Western Digital пошла еще дальше, запустив в производство целую линейку дисков с технологией, которую назвали Advanced Format. Что же дает увеличенный сектор? Идея проста: отказ от малых секторов 512 байт в пользу длинных секторов 4 Кб дает не только увеличение объема диска для записи данных, но и увеличение производительности накопителя за счет более оптимизированного расположения данных на диске.
Увеличение объема достигается тем, что вместо восьми секторов по 512 байт вводится один сектор 4 Кб. В результате из структуры накопителя просто исчезают «лишние» блоки синхронизации Sync/DAM, блоки с данными ECC (коррекции ошибок), которые обязательно находятся в структуре каждого сектора на любом диске, а также межсекторные промежутки (которые тоже, понятное дело, неотъемлемая часть разметки любого накопителя). То есть, как вы понимаете, уменьшение количества секторов делает возможным увеличение рабочего пространства диска – именно потому, что уменьшает количество служебной информации, правда область ECC в структуре типа Advanced Format несколько расширена (по сравнению с коротким сектором), но ненамного. Вы спросите, для чего же все это нужно? Нельзя не отметить тот факт, что современные диски в погоне за максимальным объемом оснащаются все более высокой плотностью записи – дорожки мельчают, считывать информацию головкам становится все труднее. Поэтому увеличение сектора вкупе с более широкой зоной ECC дает выигрыш не только в скорости доступа к данным, но и позволяет достичь возникновения меньшего количества ошибок при чтении. Об увеличении рабочей области для хранения данных мы уже сказали выше, остается только уточнить, что прирост по сравнению с привычной структурой диска составляет не более 10-12%, но все же это достаточно внушительная величина, чтобы говорить о выигрыше в объеме всерьез. Наконец, увеличивающаяся при введении нового размера секторов плотность записи позволяет достичь и увеличения линейной скорости чтения, не говоря уже про оптимизацию поиска.
Все вроде бы радужно. Но есть ли подводные камни?
При столь «медовых» характеристиках не обошлось и без ложки дегтя, в данном случае это не только возросшая на электронику диска нагрузка, но и еще один, куда более важный нюанс: дело в том, что с самого начала компьютерного века, все компоненты IBM-совместимых ПК рассчитаны на работу с секторами по 512 байт. Это и операционные системы, и материнские платы, и контроллеры. По какой-то причине Microsoft в своих операционных системах для разметки диска использовала отступ, резервируя первые 63 сектора на диске при установке ОС. Помня о возможной несовместимости с такими системами, инженеры компании Western Digital выбрали следующий формат для новых дисков: физически HDD размечен секторами по 4 кб, однако диск рапортует системе о том, что способен работать с секторами по 512 байт. То есть большие физические сектора на диске имеют по восемь логических 512-байтных секторов – те самые 4 кб.
Таким образом, в новых дисках указанный выше 63-й сектор располагается ровно на восьмом логическом восьмого физического сектора, что приводит к несоответствию кластеров файловой системы секторам, размеченным на жестком диске. Казалось бы, для выравнивания достаточно сместить логическую структуру накопителя на один сектор, но в этом случае весь диск должен быть размечен под один раздел. В случае же нескольких разделов ситуация серьезно усложняется. Таким образом, если с возросшими требованиями к производительности электронной части диска бороться относительно просто – те же диски WD давно уже оснащаются двуядерным контроллером – то со вторым фактором все несколько сложнее. Первый шаг на всеобщем и неотвратимом пути к LDS (Long Data Sector) компания Microsoft уже сделала – её последние операционные системы Windows Vista и Windows 7 уже поддерживают диски с большими секторами – используя новые ОС, можно не волноваться о совместимости с новыми дисками. Также поддержку Advanced Format можно найти и в последних RAID-контроллерах. Да и на уровне BIOS материнских плат постепенно вводится поддержка LDS. Однако стопроцентно утверждать о том, что именно ваша система на 100% поддерживает Advanced Format пока еще рано. Безусловно, новый компьютер будет избавлен от проблем совместимости, но вот более старый ПК может преподнести неприятный сюрприз. То есть, как вы понимаете, для использования диска с увеличенным сектором требуется установка операционной системы Windows Vista или Windows 7 как минимум, а также желательно иметь современную материнскую плату или RAID-контроллер с последней версией прошивки. Однако и использование старых комплектующих и операционных систем вполне возможно. Дело в том, что Western Digital в своих накопителях, так сказать, подготовила пути отступления на случай, если у кого-то возникнет необходимость использования Windows XP и ниже на новых дисках. Вариантов приведения диска в режим, понятный старым операционным системам, два:
1. Использование перемычки на панели контактов жесткого диска. Перемычка, соединяющая восьмой и седьмой контакты, заставляет диск «сдвинуть» логическую структуру на один сектор, в результате 63-й сектор, по мнению операционной системы, станет на самом деле 64-м, что дает полное совпадение файловой системы и логической структуры диска. Все операции по «смещению» в данном случае выполняются электроникой диска. Но и, конечно, как вы поняли из сказанного выше, применение перемычки позволяет отформатировать диск только под один раздел, если же вы собираетесь использовать несколько разделов, то придется воспользоваться следующим способом.
2. Скачать с сайта WD программу WD Align и с её помощью выровнять диск. В данном случае, если разделы были созданы ранее и на диске имеются данные, придется достаточно длительное время ожидать, пока данные будут перемещены, при этом ни в коем случае нельзя прерывать операцию, иначе данные будут потеряны. Поэтому перед выравниванием данные с диска лучше скопировать на резервный накопитель, а операцию проводить на пустом диске – к тому же меньше времени займет.
Вместо заключения
Конечно, Western Digital с одной стороны опережает время, представив более производительные диски с логической структурой, за которой неизбежное будущее. С другой стороны, все еще много людей использует стремительно устаревающие, но такие привычные операционные системы, как Windows XP, 2000 и даже Windows 98. В этом случае компания предлагает воспользоваться обходными путями, используя перемычку или программу для выравнивания диска. Однако остаются вопросы – что, например, будет, если на уже выровненном программой WD Align диске задействовать перемычку? К тому же, очень полезно здесь вспомнить пользователей, архивирующих операционные системы и делающих бэкапы: в данном случае используются такие программы, как Norton Ghost или Acronis True Image, и что самое важное – многие из нас используют так называемые «урезанные» ОС, Preinstallation Environment, в простонародии PE. Такие известные диски, как Bart PE или Microsoft Windows PE основаны на ядрах Windows NT, а значит не имеют поддержки LDS/Advanced Format. Единственные варианты для таких пользователей пока – либо отказаться от использования Windows PE, либо не приобретать накопители с увеличенным сектором. Хотя, нельзя исключать вероятности, что народные умельцы смастерят что-нибудь подобное на основе Windows Vista или 7 – ведь удобная и полезная штука, особенно в том случае, когда требуется срочно вылечить «заболевший» компьютер от вируса или восстановить «упавшую» систему.
Отличить диски WD с Advanced Format несложно: десктопные серии имеют в конце буквы EARS или AARS, мобильные – BPVT. Кроме того, на наклейке диска присутствует текст в черной рамке, сообщающий, что это – «Advanced Format Drive». В общем, будьте внимательны при выборе и покупке жесткого диска: не забывайте о своих интересах, подумайте о производительности и не забудьте о возможных проблемах, если ваш случай их подразумевает. Если же вы покупаете новый компьютер и работать со старыми ОС не собираетесь, то именно «Advanced Format Drive» будет наилучшим выбором.