stringtranslate.com

Расширенный формат

Расширенный формат ( AF ) — это любой формат секторов диска , используемый для хранения данных на магнитных дисках на жестких дисках (HDD), размер которых превышает 528 байт на сектор, часто сектора размером 4096, 4112, 4160 или 4224 байта (4  КБ ). Большие сектора диска расширенного формата ( AFD ) позволяют интегрировать более сильные алгоритмы исправления ошибок для поддержания целостности данных при более высокой плотности 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 увеличением плотности размещения данных и традиционным используемым форматом 512 байт на сектор. в жестких дисках. [3] Без революционных прорывов в технологиях систем магнитной записи, плотности записи, а вместе с ней и емкости хранения, жесткие диски, по прогнозам, перейдут в стагнацию.

Торговая организация отрасли хранения данных, Международная ассоциация дискового оборудования и материалов (IDEMA), в ответ организовала в 2000 году комитет IDEMA по сектору длинных данных, где IDEMA и ведущие поставщики оборудования и программного обеспечения сотрудничали в определении и разработке стандартов, регулирующих секторы длинных данных. включая методы, с помощью которых будет поддерживаться совместимость с устаревшими вычислительными компонентами. [3] В августе 2005 года компания Seagate отправила отраслевым партнерам для тестирования тест-драйвы с 1 тыс. физических секторов. [4] : Рисунок 3.  В 2010 году были разработаны отраслевые стандарты для первого официального поколения длинных секторов данных с использованием конфигурации 4096 байт на сектор или 4 КБ. Все производители жестких дисков обязались выпустить новые платформы жестких дисков для настольных компьютеров и ноутбуков с форматированием сектора Advanced Format к январю 2011 года. [4] [5]

Расширенный формат был придуман, чтобы охватить то, что, как ожидалось, станет несколькими поколениями технологий с длинными секторами данных, а его логотип был создан, чтобы отличать жесткие диски на основе длинных секторов данных от тех, которые используют устаревшие 512-байтовые секторы. Корпоративные диски можно форматировать с использованием дополнительных 8-байтовых полей целостности данных , в результате чего получаются физические секторы размером 520 или 528 байт. [6]

Обзор

Расширенный формат первого поколения, технология секторов 4 КБ, более эффективно использует поверхность хранения данных за счет объединения данных, которые хранились бы в восьми секторах по 512 байт, в один сектор длиной 4096 байт (4 КБ). Ключевые элементы конструкции традиционной архитектуры 512-байтового сектора сохраняются, в частности, метки идентификации и синхронизации в начале и область кодирования с коррекцией ошибок (ECC) в конце сектора. Между заголовком сектора и областями ECC объединяются восемь 512-байтовых секторов, что устраняет необходимость в избыточных областях заголовка между каждым отдельным фрагментом 512-байтовых данных. Комитет по сектору длинных данных выбрал длину блока 4 КБ для стандарта AF первого поколения по нескольким причинам, включая ее соответствие размеру подкачки, используемой процессорами и некоторыми операционными системами , а также ее корреляцию с размером стандартных транзакций в системах реляционных баз данных . [8]

Прирост эффективности формата благодаря секторной структуре 4K варьируется от 7 до 11 процентов в пространстве физического диска. [9] Формат 4K обеспечивает достаточно места для расширения поля ECC с 50 до 100 байт для поддержки новых алгоритмов ECC. Расширенное покрытие ECC улучшает способность обнаруживать и исправлять ошибки обработанных данных, выходящие за пределы 50-байтовой длины дефекта, связанной с устаревшим форматом 512-байтового сектора. [10] Стандарт расширенного формата использует ту же конфигурацию пробелов , синхронизации и адресной метки , что и традиционная структура 512-байтовых секторов, но объединяет восемь 512-байтовых секторов в одно поле данных. [11]

Эффективность формата жесткого диска благодаря технологии Advanced Format 4K и распределенному ECC

Поскольку к середине 2010 года было поставлено огромное количество устаревших жестких дисков с размером сектора 512 байт, многие системы, программы и приложения, обращающиеся к жесткому диску, разработаны с учетом соглашения о 512 байтах на сектор. Раннее взаимодействие с Комитетом по сектору длинных данных дало возможность поставщикам компонентов и программного обеспечения подготовиться к переходу на расширенный формат.

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 расширенного формата [18], а OS X Mountain Lion 10.8.2 дополнительно поддерживает их шифрование. Windows 8 и Windows Server 2012 также поддерживают расширенный формат 4Kn. [12] Oracle Solaris 10 и 11 поддерживают жесткие диски 4Kn и 512e для файловых систем ZFS без полномочий root, а версия 11.1 обеспечивает поддержку установки и загрузки для 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 выравнивались по границам 4 КБ.

Категории

Среди инициатив по расширенному формату, предпринятых Комитетом по сектору длинных данных, также рассматривались методы обеспечения обратной совместимости с устаревшими вычислительными решениями. Для этого было создано несколько категорий устройств Advanced Format.

эмуляция 512 (512e)

Многие аппаратные и программные компоненты главного компьютера предполагают, что размер жесткого диска настроен вокруг границ сектора в 512 байт. Сюда входит широкий спектр элементов, включая наборы микросхем , операционные системы , механизмы баз данных , инструменты разбиения жесткого диска и создания образов , утилиты резервного копирования и файловой системы , а также небольшую часть других программных приложений . Чтобы обеспечить совместимость с устаревшими компьютерными компонентами, многие поставщики жестких дисков поддерживают технологии Advanced Format на носителях записи в сочетании с микропрограммным обеспечением преобразования 512 байт. Жесткие диски с физическими секторами размером 4096 байт и микропрограммой размером 512 байт называются дисками расширенного формата 512e или дисками эмуляции 512.

Потенциальные области использования 512-байтового кода

Преобразование собственного физического формата размером 4096, 4112, 4160 или 4224 байта (с полями целостности данных размером 0, 8, 64 или 128 байт ) в виртуальный прирост в 512, 520 или 528 байт прозрачен для объекта, осуществляющего доступ. жесткий диск. Команды чтения и записи выдаются дискам расширенного формата в том же формате, что и устаревшие диски. Однако в процессе чтения жесткий диск расширенного формата загружает весь сектор размером 4096 байт, содержащий запрошенные 512-байтовые данные, в память, расположенную на диске. Микропрограмма эмуляции извлекает и переформатирует определенные данные в блок размером 512 байт перед отправкой данных на хост. Весь процесс обычно происходит с незначительным ухудшением производительности или без него.

Процесс перевода усложняется при записи данных, которые не кратны 4К или не выровнены по границе 4К. В этих случаях жесткий диск должен прочитать весь сектор размером 4096 байт, содержащий целевые данные, во внутреннюю память, интегрировать новые данные в ранее существующие данные, а затем перезаписать весь сектор размером 4096 байт на дисковый носитель. Эта операция, известная как чтение-изменение-запись (RMW), может потребовать дополнительного оборота магнитных дисков, что приводит к заметному снижению производительности пользователя системы. Анализ производительности, проведенный IDEMA и производителями жестких дисков, показывает, что примерно от пяти до десяти процентов всех операций записи в типичной пользовательской среде бизнес-ПК могут быть несогласованы, что приведет к снижению производительности RMW. [20] [21]

При использовании дисков расширенного формата с устаревшими операционными системами важно повторно выполнить выравнивание диска с помощью программного обеспечения, предоставленного производителем жесткого диска. Перевыравнивание диска необходимо, чтобы избежать состояния снижения производительности, известного как разделение кластера , когда смещенный раздел приводит к тому, что кластеры файловой системы охватывают частичные секторы физического диска. Поскольку выравнивание кластера по секторам определяется при создании разделов жесткого диска, программное обеспечение для перераспределения используется после разделения диска. Это может помочь уменьшить количество невыровненных операций записи, генерируемых вычислительной экосистемой. Дальнейшие действия по подготовке приложений к переходу на технологии расширенного формата были инициированы Комитетом по технологиям расширенного формата (ранее Комитет по сектору длинных данных ) [22] [23] и производителями жестких дисков. [24] [25] [26]

Исходное разрешение 4K (4Kn)

Собственный логотип расширенного формата 4K

Для жестких дисков, работающих в собственном режиме 4K , уровень эмуляции отсутствует, и размер физического сектора диска размером 4096, 4112, 4160 или 4224 байта напрямую предоставляется системной прошивке и операционной системе. Таким образом, видимая извне организация логических секторов собственных дисков 4K напрямую сопоставляется с их внутренней организацией физических секторов. С апреля 2014 года на рынке доступны жесткие диски корпоративного класса с разрешением 4K. [27] [28]

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

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

Цветная версия логотипа, обозначающая собственный диск 4K, несколько отличается от логотипа 512e: четыре закругленных угла, синий фон и текст «4Kn» в центре логотипа. [33]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «Расширенные определения формата, сокращения и условные обозначения» . ИДЕМА. Архивировано из оригинала 16 марта 2012 г. Проверено 13 марта 2012 г.
  2. ^ "Главная - INSIC | Консорциум индустрии хранения информации" . ИНСИК. Архивировано из оригинала 12 марта 2014 г. Проверено 12 марта 2014 г.
  3. ^ ab «Появление расширенного формата». ИДЕМА. Архивировано из оригинала 10 мая 2012 г. Проверено 18 ноября 2013 г.
  4. ^ ab «Переход на жесткие диски расширенного формата с сектором 4 КБ». Сигейт. Архивировано из оригинала 20 декабря 2014 г. Проверено 15 декабря 2014 г.
  5. ^ «Расширенный формат – переход на сектора 4 КБ» . Технология Сигейт. Архивировано из оригинала 19 мая 2011 года . Проверено 27 июня 2011 г.
  6. ↑ Мартин К. Петерсен (30 августа 2008 г.). «Целостность данных Linux» (PDF) . Корпорация Оракл . п. 7. Архивировано (PDF) из оригинала 9 января 2015 г. Проверено 14 декабря 2020 г. Большинство дисков используют сектора размером 512 байт. [...] Корпоративные диски (параллельный SCSI/SAS/FC) поддерживают «толстые» секторы размером 520/528 байт.
  7. ^ Мюллер, Скотт (2013). Обновление и ремонт компьютеров (21-е изд.). Издательство Que. стр. 472–473. ISBN 978-0789750006.
  8. ↑ Смит, Райан (18 декабря 2009 г.). «Расширенный формат Western Digital: начинается переход в сектор 4K». www.anandtech.com . Архивировано из оригинала 28 декабря 2020 года . Проверено 14 декабря 2020 г.{{cite web}}: CS1 maint: bot: исходный статус URL неизвестен ( ссылка )
  9. ↑ Суинберн, Ричард (1 апреля 2010 г.). «Факты: жесткие диски расширенного формата 4K». bit-tech.net . Архивировано из оригинала 06 марта 2012 г. Проверено 13 марта 2012 г.
  10. ^ Хасснер, Мартин; Гроховски, Эд (31 мая 2005 г.). Стандарт формата данных жесткого диска с байт-сектором 4 КБ. Конференция по разработке аппаратного обеспечения Windows. Архивировано из оригинала 28 марта 2012 года . Проверено 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 5 ноября 2013 г. Проверено 5 ноября 2013 г.
  12. ^ abc «Обновление совместимости дисков расширенного формата (4K) (Windows)» . 28 ноября 2012 г. Архивировано из оригинала 11 января 2013 г. Проверено 3 января 2013 г.
  13. ^ «Стрела времени – FreeBSD на дисках с секторами 4 КБ» . Ivoras.net. Архивировано из оригинала 16 марта 2014 г. Проверено 12 марта 2014 г.
  14. ^ «2.7. Распределение дискового пространства» . Freebsd.org. Архивировано из оригинала 20 марта 2014 г. Проверено 12 марта 2014 г.
  15. ^ «Настройка диска во FreeBSD» . Wonkity.com. 24 июня 2013 г. Архивировано из оригинала 12 июля 2014 г. Проверено 12 марта 2014 г.
  16. ^ Джонатан Корбет (9 марта 2010 г.). «4К-секторные диски и Linux». LWN.net . Архивировано из оригинала 4 октября 2013 г. Проверено 4 октября 2013 г.
  17. ^ Мартин К. Петерсен (24 ноября 2009 г.). «Топология хранилища Linux и расширенные функции» (PDF) . Корпорация Оракл . Архивировано (PDF) из оригинала 05 октября 2013 г. Проверено 4 октября 2013 г.
  18. ^ «Как установить накопитель WD расширенного формата в операционной системе, отличной от Windows» . 19 января 2012. Архивировано из оригинала 27 мая 2014 года . Проверено 12 апреля 2013 г.
  19. ^ «Администрирование Oracle Solaris 11.1: устройства и файловые системы» . Корпорация Оракл . Архивировано из оригинала 6 марта 2014 г. Проверено 6 марта 2014 г.
  20. ^ Майкл Э. Фицпатрик. «Секторные диски 4 КБ: переход в будущее с технологиями передовых форматов» (PDF) . Тошиба. Архивировано (PDF) из оригинала 6 октября 2014 г. Проверено 24 октября 2013 г.
  21. ^ Голдвин Родригес (11 марта 2009 г.). «Linux и секторы диска 4K». LWN.net . Архивировано из оригинала 5 октября 2013 г. Проверено 24 октября 2013 г.
  22. ^ «О Комитете по технологиям передовых форматов (бывший Комитет СПД)» . www.idema.org . Архивировано из оригинала 30 марта 2016 года . Проверено 14 декабря 2020 г.
  23. ^ «Обновление сектора данных 4 КБ - Технический комитет IDEMA 4 КБ» (PDF) . www.snia.org . Сентябрь 2008 г. Архивировано (PDF) из оригинала 11 августа 2016 г. Проверено 14 декабря 2020 г.
  24. ^ «Технология SmartAlign для жестких дисков расширенного формата» (PDF) . www.seagate.com . 2010. Архивировано (PDF) из оригинала 29 ноября 2010 года . Проверено 14 декабря 2020 г.
  25. ^ «Загрузите инструмент Hitachi Align Tool» . www.hitachigst.com . 2010. Архивировано из оригинала 23 июня 2011 года . Проверено 14 декабря 2020 г.
  26. ^ «Программное обеспечение расширенного формата» . www.wdc.com . 2011. Архивировано из оригинала 29 декабря 2011 года . Проверено 14 декабря 2020 г.
  27. ^ «Технические данные жесткого диска Enterprise Performance 3.5» (PDF) . Технология Сигейт . 23 апреля 2014 г. с. 2. Архивировано (PDF) из оригинала 12 августа 2014 г. Проверено 10 августа 2014 г.
  28. ^ «Спецификация дистрибутива WD Re для центров обработки данных» (PDF) . Western Digital . 21 января 2016. с. 2. Архивировано (PDF) из оригинала 6 сентября 2015 г. Проверено 14 февраля 2016 г.
  29. ^ «Политика поддержки Microsoft для жестких дисков с сектором 4 КБ в Windows» . Майкрософт . Архивировано из оригинала 19 августа 2011 г. Проверено 24 октября 2013 г.
  30. ^ «Дивный новый мир жестких дисков 4Kn: тест с Windows (XP x64), Truecrypt, HDTune и другими (обновление: теперь с Linux, 32-разрядная версия XP) - GAT на XIN.at» .
  31. ^ «Ядро Linux 2.6.31, Раздел 11. Блок». kernelnewbies.org . 9 сентября 2009 г. Архивировано из оригинала 5 ноября 2015 г. Проверено 10 октября 2015 г.
  32. ^ «Примечания к выпуску util-linux-ng 2.17» . ядро.орг . 8 января 2010 г. Архивировано из оригинала 04 марта 2016 г. Проверено 10 октября 2015 г.
  33. ^ «Обзор логотипа расширенного формата» . ИДЕМА. Архивировано из оригинала 19 октября 2013 г. Проверено 10 января 2014 г.

Внешние ссылки