Технология advanced format


Что такое Advanced Format?

…В интересное время мы живём, господа-товарищи!..

Кажется, ещё совсем недавно великий Билл заявил: «Мне кажется, любому пользователю ПК всегда будет достаточно объёма оперативной памяти в 640 килобайт…», – а сегодня нам и 4 гигабайта ОЗУ не кажется много!..

Кажется, ещё совсем недавно нам вполне хватало 500-мегабайтного винчестера, – а сегодня покупаем 3-терабайтные, – и это не кажется нам много (не зря же народная мудрость гласит, что памяти – и дисковой, и оперативной – никогда не бывает много!..).

Спрос на всевозможные цифровые носители неуклонно растёт, – при этом требуется, чтобы они вмещали всё больше информации. А посему производителям приходится ломать голову над тем, как повысить (и продолжать повышать!) ёмкость носителей.

Существует 3 основных способа повышения ёмкости носителя:

– повысить продольную плотность записи;

– увеличить плотность дорожек (количество дорожек на дюйм);

– увеличить количество используемых поверхностей (увеличить площадь пластин и/или их количество).

Наилучшие результаты даёт повышение плотности записи данных. Преимущество повышенной плотности записи состоит в том, что она используется на каждой дорожке каждой из сторон носителя.

В 2009 г. компания Western Digital Technologies – один из пионеров и лидеров индустрии накопителей на магнитных дисках – представила технологию Advanced Format.

***

Что такое Advanced Format

Классическая архитектура накопителей

Каждая дорожка винчестера представляет собой последовательность секторов (сектор – это минимальная единица хранения данных на носителе).

В настоящее время данные, хранимые на носителе, располагаются в 512-байтовых секторах (здесь необходимо различать физические и логические секторы). Между секторами есть промежутки – пустые промежуточные области, разделяющие секторы и не содержащие данных. Каждый сектор начинается с поля Sync/DAM (вводная запись). Кроме того, каждый сектор имеет поле ECC (Error Correcting Code), содержащее информацию для исправления ошибок:

Western Digital увеличила размер сектора в 8 раз – с 512 до 4096 байт. При этом используется 1 межсекторный промежуток вместо 8. Таким образом удается увеличить ёмкость носителя на 7 – 11%. Кроме того, использование увеличенного ECC повышает эффективность коррекции ошибок на 50%, что обеспечивает более высокий уровень целостности данных:

Преимущества Advanced Format:

– увеличение ёмкости носителя;

– повышение плотности записи;

– более высокий уровень целостности данных;

– увеличение скорости поиска и чтения данных;

– уменьшение количества ошибок при чтении;

– повышение производительности накопителя;

– уменьшение износа механических частей носителя;

– увеличение срока службы;

– …

netler.ru

Advanced Format жестких дисков. 4 Кб вместо 512 байт на сектор - зачем нужно?

До сегодняшнего дня мы достаточно подробно разбирали универсальные жесткие диски, такие как Seagate Barracuda 7200.14 и WD Caviar Blue/Black. При этом многие пользователи в прайс листах компьютерных магазинов могут заметить существование таких жестких дисков, как Western Digital AV-25, Western Digital Caviar Green, Seagate Barracuda Green, Seagate Barracuda ST1000DM003, Western Digital AV-GP. Стоимость данных винчестеров не сильно отличается от универсальных продуктов, но при этом все они обладают одной уникальной особенностью - поддержкой технологии Advanced Format.Как можно понять из названия самой технологии, Advanced Format, предполагает расширенный режим форматирования жесткого диска. При этом если стандартные жесткие диски имеют физические сектора размерами по 512 байт, то жесткие диски с технологией Advanced Format имеют физический сектор размерами 4 килобайта, то есть содержат в себе четыре стандартных сектора. Данная технология была разработана IDEMA Long Data Sector Committee.

Ключевой необходимостью внедрения данной технологии является удешевление стоимости современных жестких дисков, которые при стандартных габаритах в 3,5 дюйма имеют объемы хранения данных до 4 Тб и уже через некоторое время обещают покорить заветные 8 ТБ. При этом жесткие диски переходят на работу с секторами по 4 килобайта и производят чтение/запись данных сразу по 4 Кб, а не по 512 байт, как в обычных решениях. При этом теоретически уменьшается количество механических движений головок и пластин жесткого диска с одновременным снижением энергопотребления, шумности и расширяются возможности использования более высокотехнологичных магнитных дисков с дорожками по 70 нанометров.

-- Картинка кликабельна --

Необходимость Advanced Format назрела давно Необходимость перехода на 4 килобайтные сектора назрела достаточно давно, так как современные операционные системы даже в рамках популярной файловой системы NTFS используются кластера размерами по 4 килобайта, то есть фактически, операционная система все равно работает данными по 4 килобайта. В реальных же условиях файловая система с кластерами по 512-1024 байта использовалось лишь в операционных системах DOS, Windows 95/Windows 98 и в некоторых случаях Windows Vista. Поэтому необходимость создания секторов по 512 байт является обузой для производителей жестких дисков, так как производить разметку новых более технологичных жестких дисков на мелкие 512 байтные сектора в разы труднее, нежели их разметка на сектора размерами по 4 килобайта.

-- Картинка кликабельна --

Advanced Format - больше места на диске Переход на новый формат Advanced Format подразумевает увеличение свободного пространства жесткого диска. При разметке жесткого диска на сектора по 512 байт, каждый сектор дополняется 50 байтами для кода коррекции ошибок, тем самым пользователь получает лишь 87% фактического места на магнитном диске жесткого диска. В случае использования технологии Advanced Format на каждый сектор размером в 4 килобайта используется 100 байт пространства для кода коррекции ошибок, тем самым экономится 50% пространства и пользователь получает возможность использования 96% физического пространства каждого магнитного диска.

-- Картинка кликабельна --

Совместимость жестких дисков Advanced Format На сегодняшний день полноценная поддержка нового формата жестких дисков реализована начиная с Windows Vista, поэтому современные компьютеры на базе Windows 7 и Windows 8 готовы к работе с новинками. Как правило, пользователи вовсе не замечают какой-либо разницы от использования нового типа жестких дисков. Реализована полноценная поддержка Advanced Format в последних дистрибутивах операционной системы Linux и решениях от Apple под управлением Mac OS X. А вот от использования Windows XP покупателям жестких дисков Advanced Format придется отказаться. Связано это с тем, что данная операционная система не готова к работе с секторами по 4 килобайта, поэтому контроллер жесткого диска совместно с драйверами будет вынужден эмулировать обычные 512 байтные сектора в рамках одного 4 килобайтного реального сектора. Это приводит к повышению нагрузки на вычислительную часть и тормозит процесс чтения/записи данных. Как правило, отмечается падение производительности вплоть до нескольких мегабайт в секунду и работа становится практически не выносимой. Самое плохое от использования Windows XP на жестких дисках Advanced Format заключается в том, что жесткий диск из-за необходимости эмуляции оказывается вынужденным многократно считывать один и тот же сектор, что ведет к повышенному износу его механической части. Определенные нюансы использования Windows XP на жестких дисках Advanced Format заключается также в том, что первый раздел данная операционная система начинает с 63 сектора, в то время как для жестких дисков Advanced Format критичным является начало раздела с 64 сектора, чтоб он был строго кратен восьми. Это позволяет жесткому диску перестать за один запрос кластера считывать два сектора по 4 килобайта и повысить производительность даже в условиях работы под управлением старой Windows XP.

Производители жестких дисков Advanced Format имеют утилиты и собственные технологии для решения данной проблемы. Компания Seagate предлагает технологию Seagate SmartAlign, которая самостоятельно решает проблему форматирования жестких дисков Advanced Format, а компания Western Digital своим покупателям предлагает пользоваться утилитой WD Align System или специальным джампером на жестком диске, которые реализован не на всех экземплярах.

-- Картинка кликабельна --

Насколько актуален Advanced Format Естественно, в условиях старой размерности сектора по 512 байт не может продолжаться дальнейшее развитие жестких дисков, т.е. увеличения их объема. Рано или поздно жесткие диски со стандартными секторами в 512 байт полностью исчезнут с рынка. Внедрение технологии Advanced Format было начато в 2009 году, массовый пользователь увидел новые жесткие диски в 2010 году. Предполагалось, что стремительное внедрение нового формата будет закончено уже в 2011 году, а в 2012 году стандартные жесткие диски с секторами по 512 байт вовсе покинут прилавки магазинов. Объективно мы не наблюдаем массового вытеснения. Скорее можно отметить параллельное существование на рынке жестких дисков со стандартными 512 байтными секторами и жестких дисков с секторами по 4 килобайта в рамках технологии Advanced Format. Производители жестких дисков переход на новый формат Advanced Format объясняют не сколько необходимостью увеличения вместимости самих жестких дисков, сколько необходимостью повышения надежности хранения данных за счет улучшения технологии коррекции ошибок. В частности, считается, что использование 512 байтных секторов в условиях пластин менее 80 нанометров достаточно проблематично, так как появление микрочастиц между головкой жесткого диска и пластиной приведет к появлению ошибок чтения или записи данных. Если же жесткий диск будет оперировать данными по 4 килобайта - этого удастся легко избежать.

Недостатком жестких дисков Advanced Format является то, что при необходимости записи мелких данных размер которых менее 4 килобайт жесткий диск оказывается вынужденным либо заполнить весь сектор в 4 килобайта данными менее этого размера, или дождаться появления новых данных у пользователя. Как правило, контроллер копит данные по 512 килобайт в своей кэш-памяти и как только набирает 4 килобайта данных для заполнения сектора - записывает их. Тем самым, если вы работаете с фалами менее 4 килобайт достаточно часто, имеет смысл позаботиться о резервном источнике питания для уменьшения вероятности потери данных. Для большинства пользователей, которые хранят на жестких дисках музыку, видеофайлы, компьютерные игры по 20 Гб - это не актуально.

megaobzor.com

GPT и WD Advanced format

Одна из внезапных проблем при использовании GPT — (если мы хотим увидеть приличную скорость записи) необходимость руками подстраивать положение раздела на дисках WD с Advanced format. Суть Advanced Format проста: внутри диск имеет 4к сектора, наружу они эмулируются как 512-байт. Если мы делаем запись двух секторов в пределах одного 4к блока, он записывается один раз. Если мы делаем запись двух секторов так, что задеваем два 4к-сектора — диску приходится читать два сектора, обновлять информацию и записывать их обратно. Плохо и медленно. Современные ОС используют 4к блоки для записи, так что если мы попадём правильно, то каждая операция записи будет просто записью, без чтения. Если же мы попадём неровно (например, 2кб из первого сектора и 2кб из второго), то мы получим огромные тормоза (см ссылку внизу на сайт IBM с статистикой «торможения» при ошибках в разметке). WD, когда размышляла насчёт 512 VS 4k, не учла, что помимо MBR есть ещё GPT. В случае 2Тб дисков MBR ещё терпит, однако, впереди диски на 3Тб, и в них MBR просто математически не сможет обеспечить разделы и переход на GPT неизбежен. Так что проблему GPT и WD нужно учитывать уже сегодня. Основным инструментом для манипуляций с GPT в настоящий момент является parted и его графическая версия gparted. К сожалению, gparted не умеет того, что нам нужно, так что всё последующее описывает использование parted. Основная мысль: Все величины (начало, конец раздела) должны быть кратны 4кБ, или, что чуть проще, 8 секторам. Это требование WD advanced format. Сама GPT занимает некоторый объём (33 сектора: 32 сектора GPT, 1 сектор — фальшивый MBR-затычка), так что первое кратное 8 число, с которым мы можем работать — 40 секторов. Оконечное число зависит от ёмкости диска, но тоже, желательно, кратное 8. Кроме того, GPT дублируется в конце диска, так что место в конце диска так же будет «обкусано». Для наилучшей производительности нужно учесть размер PE для LVM — 4Mb (8192 сектора) и установить размер тома кратным количеству PE. В результате всех этих манипуляций мы потеряем чуть-чуть места (меньше 8Мб), но зато получим быстрый том, у которого будут отсутствовать «unused» килобайты в описании в LVM. Помимо этого есть ещё мнение самого gparted, о том, что лучшее положение тома — кратно мегабайтам. Таким образом, итоговые требования звучат так: том должен начинаться и заканчиваться на величинах, кратных 4Мб. Итак, создание LVM тома на WD'шном диске с Advanced Format:

# parted /dev/sdx

mklabel gpt

оздание таблицы разделов GPT

unit s

#считать место в секторах.

print

>Disk /dev/sdx: 3907029168s вывести информацию о винте. В этом выводе нас интересует количество секторов, обратите внимание, так как у нас WD'шный диск, то число секторов просто обязано быть кратным 8. Если оно не кратно 8 — либо это не Advanced Format, либо кто-то играется с джамперами, либо ещё что-то страшное случилось (например, вы ошиблись винтом и только что командой mklabel gpt снесли содержимое диска с самым ценным). Считаем наши значения: самое старшее, кратное 8192 секторам — 3907026944. Кстати, тут небольшой мухлёж, мы теряем место не два раза, а один, т.к. общий размер нашего тома будет 3907029168-8192 сектора.

mkpart primary 8192 3907026944

Если появится надпись >Warning: You requested a partition from 39s to 3907029167s. >The closest location we can manage is 39s to 3907029134s. >Is this still acceptable to you? >Yes/No? То это означает, что вы ошибись с математикой и нужно пересчитать заново. После создания раздела можно выйти из parted и выполнить обычные ритуалы LVM: pvcreate, vgexpand и т.д.

Литература:

Теги:
  • Linux
  • HDD
  • Advanced format
  • WD
  • GPT

habr.com


Смотрите также