stringtranslate.com

Расширенный формат

Расширенный формат ( AF ) — это любой формат сектора диска, используемый для хранения данных на магнитных дисках в жестких дисках (HDD), который превышает 528 байт на сектор, часто 4096, 4112, 4160 или 4224-байтовые сектора. Большие сектора диска расширенного формата ( AFD ) позволяют интегрировать более сильные алгоритмы исправления ошибок для поддержания целостности данных при более высоких плотностях хранения.

История

Использование длинных секторов данных было предложено в 1998 году в техническом документе, выпущенном Национальным консорциумом индустрии хранения данных (NSIC) [2], в котором обращалось внимание на конфликт между продолжающимся ростом плотности записи и традиционным форматом 512 байт на сектор, используемым в жестких дисках. [3] Без революционных прорывов в технологиях систем магнитной записи, плотности записи, а вместе с ней и емкости хранения, прогнозировалось, что жесткие диски будут стагнировать.

Торговая организация индустрии хранения данных, Международная ассоциация производителей оборудования и материалов для дисковых накопителей (IDEMA), отреагировала на это созданием Комитета сектора длинных данных IDEMA в 2000 году, где IDEMA и ведущие поставщики оборудования и программного обеспечения совместно работали над определением и разработкой стандартов, регулирующих длинные секторы данных, включая методы, с помощью которых будет поддерживаться совместимость с устаревшими вычислительными компонентами. [3] В августе 2005 года компания Seagate отправила тестовые диски с физическими секторами размером 1 КБ партнерам по отрасли для тестирования. [4] : Рисунок 3  В 2010 году были завершены отраслевые стандарты для первого официального поколения длинных секторов данных с использованием конфигурации 4096 байт на сектор, или 4 КБ. Все производители жестких дисков обязались поставлять новые платформы жестких дисков для настольных компьютеров и ноутбуков с форматированием секторов Advanced Format к январю 2011 года. [4] [5]

Расширенный формат был придуман для того, чтобы охватить то, что, как ожидалось, станет несколькими поколениями технологий длинных секторов данных, а его логотип был создан для того, чтобы отличать жесткие диски на основе длинных секторов данных от тех, которые используют устаревший сектор 512 байт. Корпоративные диски могут быть отформатированы с дополнительными 8-байтовыми полями целостности данных , что приводит к физическим секторам размером 520 или 528 байт. [6]

Обзор

Generation-one Advanced Format, технология сектора 4K, использует поверхность носителя хранения более эффективно, объединяя данные, которые хранились бы в восьми секторах по 512 байт, в один сектор длиной 4096 байт. Ключевые элементы дизайна традиционной архитектуры сектора 512 байт сохраняются, в частности, идентификационные и синхронизирующие метки в начале и область кодирования с исправлением ошибок (ECC) в конце сектора. Между заголовком сектора и областями ECC объединяются восемь секторов по 512 байт, что устраняет необходимость в избыточных областях заголовка между каждым отдельным фрагментом данных по 512 байт. Комитет по сектору длинных данных выбрал длину блока 4K для стандарта AF первого поколения по нескольким причинам, включая ее соответствие размеру страницы, используемому процессорами и некоторыми операционными системами , а также ее корреляцию с размером стандартных транзакций в системах реляционных баз данных . [8]

Эффективность формата, получаемая в результате использования структуры сектора 4 КБ, составляет от 7 до 11 процентов в физическом пространстве пластины. [9] Формат 4 КБ обеспечивает достаточно места для расширения поля ECC с 50 до 100 байт для размещения новых алгоритмов ECC. Расширенное покрытие ECC улучшает способность обнаруживать и исправлять ошибки обработанных данных за пределами 50-байтовой длины дефекта, связанной с устаревшим форматом сектора 512 байт. [10] Стандарт Advanced Format использует ту же конфигурацию зазора , синхронизации и адресной метки , что и традиционная структура сектора 512 байт, но объединяет восемь секторов по 512 байт в одно поле данных. [11]

Эффективность формата жесткого диска с технологией Advanced Format 4K и распределенной ECC

Имея огромное количество устаревших жестких дисков с секторами по 512 байт, поставленных до середины 2010 года, многие системы, программы и приложения, получающие доступ к жесткому диску, разработаны на основе соглашения о 512 байт на сектор. Раннее взаимодействие с Комитетом по сектору длинных данных предоставило возможность поставщикам компонентов и программного обеспечения подготовиться к переходу на Advanced Format.

Например, Windows Vista , Windows 7 , Windows Server 2008 и Windows Server 2008 R2 (с установленными определенными исправлениями) поддерживают диски формата 512e (но не 4Kn), [12] как и современные версии FreeBSD [13] [14] [15] и Linux . [16] [17] Mac OS X Tiger и более поздние версии могут использовать диски Advanced Format [18] , а OS X Mountain Lion 10.8.2 дополнительно поддерживает их шифрование. Windows 8 и Windows Server 2012 также поддерживают Advanced Format 4Kn. [12] Oracle Solaris 10 и 11 поддерживают жесткие диски 4Kn и 512e для некорневых файловых систем ZFS, в то время как версия 11.1 обеспечивает установку и загрузку устройств 512e. [19] До Windows Vista , Windows 2000 и Windows XP использовали 4096 байт в качестве размера единицы распределения по умолчанию при использовании NTFS для форматирования локальных жестких дисков, но не выравнивали границы по 4096 байт.

Категории

Среди инициатив Advanced Format, предпринятых Комитетом сектора длинных данных, были также рассмотрены методы поддержания обратной совместимости с устаревшими вычислительными решениями. Для этой цели были созданы несколько категорий устройств Advanced Format.

512 эмуляция (512e)

Многие аппаратные и программные компоненты хост-компьютера предполагают, что жесткий диск сконфигурирован вокруг границ сектора в 512 байт. Это включает в себя широкий спектр элементов, включая чипсеты , операционные системы , движки баз данных , инструменты для разбиения жесткого диска и создания образов , утилиты резервного копирования и файловой системы , а также небольшую часть других программных приложений . Чтобы поддерживать совместимость с устаревшими вычислительными компонентами, многие поставщики жестких дисков поддерживают технологии Advanced Format на носителях записи в сочетании с 512-байтовой прошивкой преобразования. Жесткие диски, сконфигурированные с 4096-байтовыми физическими секторами с 512-байтовой прошивкой, называются дисками Advanced Format 512e или дисками эмуляции 512. На дисках 512e один LBA равен 512 байтам.

Потенциальные области, использующие 512-байтовый код

Перевод собственного физического формата 4096, 4112, 4160 или 4224 байт (с полями целостности данных 0, 8, 64 или 128 байт ) в виртуальный 512, 520 или 528 байт прозрачен для субъекта, получающего доступ к жесткому диску. Команды чтения и записи выдаются дискам Advanced Format в том же формате, что и устаревшим дискам. Однако во время процесса чтения жесткий диск Advanced Format загружает весь сектор размером 4096 байт, содержащий запрошенные 512 байт данные, в память, расположенную на диске. Прошивка эмуляции извлекает и переформатирует определенные данные в 512-байтовый фрагмент перед отправкой данных на хост. Весь процесс обычно происходит с небольшим или нулевым снижением производительности.

Процесс перевода усложняется при записи данных, которые не кратны 4 КБ или не выровнены по границе 4 КБ. В этих случаях жесткий диск должен считать весь сектор размером 4096 байт, содержащий целевые данные, во внутреннюю память, интегрировать новые данные в ранее существующие данные, а затем переписать весь сектор размером 4096 байт на дисковый носитель. Эта операция, известная как чтение-изменение-запись (RMW), может потребовать дополнительного вращения магнитных дисков, что приводит к ощутимому влиянию на производительность для пользователя системы. Анализ производительности, проведенный IDEMA и поставщиками жестких дисков, показывает, что приблизительно от пяти до десяти процентов всех операций записи в типичной среде пользователя бизнес-ПК могут быть невыровнены, и может возникнуть штраф производительности RMW. [20] [21]

При использовании дисков Advanced Format с устаревшими операционными системами важно перенастроить диск с помощью программного обеспечения, предоставленного производителем жесткого диска. Перенастройка диска необходима для предотвращения состояния снижения производительности, известного как кластерный страдлинг , когда смещенный раздел приводит к тому, что кластеры файловой системы охватывают частичные секторы физического диска. Поскольку выравнивание кластера к сектору определяется при создании разделов жесткого диска, программное обеспечение перенастройки используется после разбиения диска на разделы. Это может помочь сократить количество невыровненных записей, генерируемых вычислительной экосистемой. Дальнейшие действия по подготовке приложений к переходу на технологии Advanced Format были инициированы Комитетом по технологиям Advanced Format (ранее Комитетом по секторам длинных данных ) [22] [23] и производителями жестких дисков. [24] [25] [26]

4K нативный (4Kn)

Расширенный формат собственного логотипа 4K

Для жестких дисков, работающих в режиме 4K native , отсутствует слой эмуляции, и дисковый носитель напрямую предоставляет свой физический размер сектора 4096, 4112, 4160 или 4224 байта системной прошивке и операционной системе. Таким образом, внешне видимая организация логических секторов 4K native-дисков напрямую сопоставляется с их внутренней организацией физических секторов. С апреля 2014 года на рынке появились 4K native-жесткие диски корпоративного класса. [27] [28]

Готовность поддержки логических секторов размером 4096 байт в операционных системах различается в зависимости от их типа, поставщика и версии. [12] Например, Microsoft Windows поддерживает собственные диски размером 4 КБ с Windows 8 и Windows Server 2012 (обе выпущены в 2012 году) в UEFI . [29] Собственные диски размером 4 КБ могут работать в старых операционных системах, таких как Windows 7 , но не могут использоваться в качестве загрузочного диска . [30]

Linux поддерживает собственные диски 4K, начиная с версии ядра Linux 2.6.31 и версии util-linux-ng 2.17 (выпущенных в 2009 и 2010 годах соответственно). [31] [32] [33]

Цветная версия логотипа, указывающая на собственный накопитель 4K, несколько отличается от логотипа 512e, имея четыре закругленных угла, синий фон и текст «4Kn» в центре логотипа. [34]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ "Расширенные определения форматов, сокращения и соглашения". IDEMA. Архивировано из оригинала 2012-03-16 . Получено 13 марта 2012 .
  2. ^ "Главная- INSIC | Консорциум индустрии хранения информации". INSIC. Архивировано из оригинала 2014-03-12 . Получено 2014-03-12 .
  3. ^ ab "The Advent of Advanced Format". IDEMA. Архивировано из оригинала 2012-05-10 . Получено 2013-11-18 .
  4. ^ ab "Переход на жесткие диски Advanced Format 4K Sector Hard Drives". Seagate. Архивировано из оригинала 2014-12-20 . Получено 15-12-2014 .
  5. ^ "Advanced Format – The Migration to 4K Sectors". Seagate Technology. Архивировано из оригинала 19 мая 2011 г. Получено 27 июня 2011 г.
  6. ^ Мартин К. Петерсен (30 августа 2008 г.). «Целостность данных Linux» (PDF) . Корпорация Oracle . стр. 7. Архивировано (PDF) из оригинала 9 января 2015 г. Получено 14 декабря 2020 г. Большинство дисковых накопителей используют сектора размером 512 байт. [...] Корпоративные накопители (Parallel SCSI/SAS/FC) поддерживают «толстые» сектора размером 520/528 байт.
  7. ^ Мюллер, Скотт (2013). Модернизация и ремонт ПК (21-е изд.). Que Publishing. С. 472–473. ISBN 978-0789750006.
  8. ^ Смит, Райан (18 декабря 2009 г.). «Western Digital's Advanced Format: The 4K Sector Transition Begins». www.anandtech.com . Архивировано из оригинала 28 декабря 2020 г. . Получено 14 декабря 2020 г. .{{cite web}}: CS1 maint: бот: исходный статус URL неизвестен ( ссылка )
  9. ^ Суинберн, Ричард (1 апреля 2010 г.). "Факты: жесткие диски 4K Advanced Format". bit-tech.net . Архивировано из оригинала 2012-03-06 . Получено 13 марта 2012 г.
  10. ^ Хасснер, Мартин; Гроховски, Эд (31 мая 2005 г.). Стандарт формата данных жесткого диска с байтовым сектором 4 КБ. Конференция по проектированию оборудования Windows. Архивировано из оригинала 28 марта 2012 г. Получено 13 марта 2012 г.
  11. ^ Кертис Э. Стивенс (2011). «Расширенный формат в устаревших инфраструктурах: более прозрачный, чем разрушительный» (PDF) . idema.org. Архивировано (PDF) из оригинала 2013-11-05 . Получено 2013-11-05 .
  12. ^ abc "Обновление совместимости дисков с расширенным форматом (4K) (Windows)". 28 ноября 2012 г. Архивировано из оригинала 2013-01-11 . Получено 3 января 2013 г.
  13. ^ "Стрела времени – FreeBSD на дисках с секторами 4K". Ivoras.net. Архивировано из оригинала 2014-03-16 . Получено 2014-03-12 .
  14. ^ "2.7. Выделение дискового пространства". Freebsd.org. Архивировано из оригинала 2014-03-20 . Получено 12-03-2014 .
  15. ^ "Настройка диска во FreeBSD". Wonkity.com. 2013-06-24. Архивировано из оригинала 2014-07-12 . Получено 2014-03-12 .
  16. ^ Джонатан Корбет (2010-03-09). "4K-sector drives and Linux". LWN.net . Архивировано из оригинала 2013-10-04 . Получено 2013-10-04 .
  17. ^ Мартин К. Петерсен (2009-11-24). "Linux Storage Topology and Advanced Features" (PDF) . Корпорация Oracle . Архивировано (PDF) из оригинала 2013-10-05 . Получено 2013-10-04 .
  18. ^ "Как установить накопитель WD Advanced Format на операционную систему, отличную от Windows". 19 января 2012 г. Архивировано из оригинала 27 мая 2014 г. Получено 12 апреля 2013 г.
  19. ^ "Oracle Solaris 11.1 Administration: Devices and File Systems". Oracle Corporation . Архивировано из оригинала 2014-03-06 . Получено 2014-03-06 .
  20. ^ Майкл Э. Фицпатрик. "4K Sector Disk Drives: Transitioning to the Future with Advanced Format Technologies" (PDF) . Toshiba. Архивировано (PDF) из оригинала 2014-10-06 . Получено 2013-10-24 .
  21. ^ Голдвин Родригес (2009-03-11). "Linux и секторы диска 4K". LWN.net . Архивировано из оригинала 2013-10-05 . Получено 2013-10-24 .
  22. ^ "О Комитете по передовым технологиям форматов (ранее Комитете LDS)". www.idema.org . Архивировано из оригинала 30 марта 2016 г. Получено 14 декабря 2020 г. .
  23. ^ "Обновление сектора данных 4kB - Технический комитет IDEMA 4kB" (PDF) . www.snia.org . Сентябрь 2008 г. Архивировано (PDF) из оригинала 11 августа 2016 г. Получено 14 декабря 2020 г. .
  24. ^ «Технология SmartAlign для жестких дисков расширенного формата» (PDF) . www.seagate.com . 2010. Архивировано (PDF) из оригинала 29 ноября 2010 г. Получено 14 декабря 2020 г. .
  25. ^ "Загрузить Hitachi Align Tool". www.hitachigst.com . 2010. Архивировано из оригинала 23 июня 2011 . Получено 14 декабря 2020 .
  26. ^ "Advanced Format Software". www.wdc.com . 2011. Архивировано из оригинала 29 декабря 2011 . Получено 14 декабря 2020 .
  27. ^ "Enterprise Capacity 3.5 HDD Data Sheet" (PDF) . Seagate Technology . 23 апреля 2014 г. стр. 2. Архивировано (PDF) из оригинала 2014-08-12 . Получено 10 августа 2014 г.
  28. ^ "WD Re Datacenter Distribution Specification Sheet" (PDF) . Western Digital . 21 января 2016 г. стр. 2. Архивировано (PDF) из оригинала 2015-09-06 . Получено 14 февраля 2016 г.
  29. ^ "Политика поддержки Microsoft для жестких дисков с секторами 4K в Windows". Microsoft . Архивировано из оригинала 2011-08-19 . Получено 24 октября 2013 .
  30. ^ «Дивный новый мир жестких дисков 4Kn: Тест с Windows (XP x64), Truecrypt, HDTune и другими (Обновление: теперь с Linux, XP 32-Bit) – GAT на XIN.at».
  31. ^ "Linux kernel 2.6.31, Section 11. Block". kernelnewbies.org . 9 сентября 2009 г. Архивировано из оригинала 2015-11-05 . Получено 10 октября 2015 г.
  32. ^ "util-linux-ng 2.17 Release Notes". kernel.org . 8 января 2010 г. Архивировано из оригинала 2016-03-04 . Получено 10 октября 2015 г.
  33. ^ "Linux_2_6_37-DriversArch - Linux Kernel Newbies, Раздел 2.3. ХРАНИЛИЩЕ". kernelnewbies.org . Получено 2024-03-23 ​​.
  34. ^ "Обзор логотипа расширенного формата". IDEMA. Архивировано из оригинала 2013-10-19 . Получено 2014-01-10 .

Внешние ссылки