Nowe napędy HDD – Advanced Format Drive

Napędy HDD- Advenced Format Drive
Dane w duŜych porcjach
PC Format 05/2010 | Data: 15 maja 2010
W cieniu rewolucji zachodzącej na rynku pamięci masowych, jaką są napędy SSD, dokonuje się mała
rewitalizacja klasycznych twardzieli. Na rynku pojawiły się pierwsze napędy z 4-kilobajtowymi
sektorami. Jakie korzyści i pułapki niesie nowy sposób organizacji danych na dyskach?
Wpływ formatowania na wydajność nowych dysków
Dzięki większym sektorom nie poprawią się transfery danych. Test benchmarkiem HD Tune nie
pokaŜe róŜnicy między dyskami o identycznych parametrach (pojemności, stosowanych talerzach),
lecz róŜnych rozmiarów sektorach. DuŜą róŜnicę wydajności moŜna za to ujrzeć, gdy nowy dysk
zostanie źle sformatowany. Cierpi na tym zwłaszcza zapis danych, co świetnie ilustruje test wykonany
narzędziem Intel NAS Performance Toolkit. O ile odczyt danych ze „źle” usytuowanej partycji spada
minimalnie (1–3 proc.), o tyle zapis moŜe spaść dwu- lub nawet trzykrotnie – im mniejsze pliki, tym
gorzej.
Nowe napędy Advanced Format Drive wchodzą na rynek po cichu. Nie oferują bowiem Ŝadnej
zaawansowanej technologii, a jedynie ośmiokrotnie zwiększoną pojemność najmniejszej jednostki
przechowywania danych na dysku – sektora.
MoŜna juŜ kupić pierwsze takie modele firmy Western Digital. Napędy 1 B, 1,5 TB i 2 TB serii WD
Green są dostępne w dwóch wersjach: klasycznej i nowej. Na czym polega odnowiony sposób
przechowywania danych na dyskach i co z niego wynika?
Odzyskiwanie przestrzeni
Cała objętość napędu jest podzielona na – sektory. To najmniejsze fizyczne jednostki alokacji danych.
Cokolwiek jest zapisywane na dysk, musi zająć minimum jeden sektor. Podział na sektory jest
realizowany sprzętowo, przez kontroler dysku. Aby móc z takiej organizacji danych korzystać,
systemy operacyjne dzielą powierzchnię dysku na partycje, a w ramach kaŜdej partycji wykorzystują
określony system plików – np. FAT czy NTFS. Systemy te z kolei wprowadzają własny porządek i
rozbijają dane uŜytkowników na klastry.
Klaster moŜe obejmować od jednego do 64 sektorów, typowo zaś 4 lub 8. Jego wielkość wyznacza
najmniejszą objętość, jaką moŜe zająć plik albo folder. Jeśli plik jest mniejszy niŜ klaster, i tak
wypełnia go w całości. Jeśli jest większy, zajmuje odpowiednią liczbę klastrów.
-1-
Odzyskiwanie przestrzeni
Dotychczas wszystkie dyski miały sektory o rozmiarze 512 bajtów. Wartość tę ustalono jako
optymalną dawno temu, gdy typowe dyski miały kilka-kilkanaście MB pojemności. Współczesne
modele 1 TB mają więc 2 miliardy sektorów.
Takie rozdrobnienie niesie ze sobą kilka dających się we znaki problemów. PoniewaŜ dyski to nośniki
magnetyczne, kaŜdy z sektorów musi być odseparowany od sąsiednich. To konieczne, by przy zapisie
i odczycie danych głowica dysku była pewna, Ŝe nie odczytuje fragmentu sąsiednich sektorów. Na
powierzchni talerzy dysków marnuje się więc sporo miejsca, przy czym im mniejszy rozmiar sektora,
tym większe te straty.
Jak poznać „nowe” dyski?
W chwili pisania artykułu jedyną firmą oferującą dyski w nowej technologii był Western Digital.
Dostępne są trzy napędy WD Green w takiej wersji:
1 TB, 1,5 TB i 2 TB – ale uwaga, te same dyski moŜna nabyć takŜe w wersji klasycznej. Poznasz je po
oznaczeniu seryjnym producenta, umieszczonym na obudowie. W tabelce poniŜej podajemy
oznaczenia zarówno nowych, jak i starych dysków – większość sklepów internetowych rozróŜnia je w
ofercie, ale zawsze warto sprawdzić to samemu.
Do tego dochodzi kwestia tzw. sum kontrolnych. Są one wyliczane dla kaŜdego sektora przez
mechanizm korekcji błędów i zapisywane obok faktycznych danych. Obecnie zajmują dodatkowe 40
bajtów – czyli 8 proc. powierzchni dysku. Przy 4-kilobajtowych sektorach mają zająć 100 bajtów,
więc ledwie 2,5 proc.
Kłopotliwe partycje
Wartość 4 KB na sektor wybrano nieprzypadkowo. Praktycznie kaŜda partycja FAT32, NTFS czy
linuksowego systemu EXT3/4 uŜywa klastrów o wielkości 4 KB. Oznacza to, Ŝe jeden klaster, zamiast
pokrywać 8 sektorów, wykorzysta po prostu jeden „nowy” sektor. Taka sytuacja pozwala np. szybciej
zrealizować zapis klastra – ze względu na liczenie krótszej sumy kontrolnej. Jest to jednak moŜliwe
tylko pod warunkiem, Ŝe obszar klastra pokryje się idealnie z obszarem sektora. Jednak domyślnie tak
się nie dzieje.
Winnym jest leciwy juŜ sposób, w jaki partycjonowane są dyski. Na pecetach powszechna jest obecnie
tzw. mapa partycji PC/DOS, wymyślona równieŜ wiele lat temu – i wykorzystująca załoŜenie, Ŝe
sektor ma 512 B, a takŜe inne detale budowy napędów magnetycznych. W efekcie większość
dostępnych narzędzi do partycjonowania wyrównuje początek i koniec woluminów do granic tzw.
cylindrów. Te zaś obejmują 63 sektory, czyli 31,5 KB.
-2-
W takich warunkach, jeśli załoŜymy, Ŝe same woluminy stosują klastry 4 KB, kaŜdy z nich będzie
przesunięty o 512 bajtów względem faktycznego sektora na dysku. Sytuacja najgorsza z moŜliwych,
bo dokonując np. zapisu jednego klastra, dysk musi odczytać dwa sektory, zmodyfikować ich
zawartość i zapisać je z powrotem. Efekt? Około dwukrotnie gorsze wynikowe transfery przy zapisie
oraz 1,5 raza gorsze przy odczycie danych z tak usytuowanych partycji.
Sytuacja taka wystąpi zawsze dla pierwszej partycji, która rozpoczyna się od 64. sektora (czyli o jeden
za wcześnie). W przypadku pozostałych jest to loteria – wszystko zaleŜy od ich rozmiaru, czyli od
tego, do której wielokrotności 63 sektorów zostaną wyrównane. Statystycznie – masz tylko 12,5 proc.
szans na to, Ŝe będą ulokowane dobrze.
W cieniu rewolucji zachodzącej na rynku pamięci masowych, jaką są napędy SSD, dokonuje się mała
rewitalizacja klasycznych twardzieli. Na rynku pojawiły się pierwsze napędy z 4-kilobajtowymi
sektorami. Jakie korzyści i pułapki niesie nowy sposób organizacji danych na dyskach? [Krzysztof
Roszak]
Ile miejsca na dysku w rzeczywistości zajmuje porcja 4 KB danych
Nie cała powierzchnia dysku jest wykorzystywana na dane uŜytkownika. Dla kaŜdego sektora, na
które podzielony jest dysk, jest wyliczana suma kontrolna, z której korzysta mechanizm korekcji
błędów. Przechowywanie tej informacji wymaga odrobiny miejsca. Podobnie między samymi
sektorami znajduje się trochę wolnej przestrzeni. Im większe sektory, tym mniej miejsca potrzeba na
sumę kontrolną i przestrzenie między danymi w stosunku do miejsca zajmowanego przez dane. Dzięki
zwiększeniu rozmiaru sektora z 512 B do 4 KB moŜna uzyskać nawet do 10 proc. większą pojemność
dysku.
Perspektywiczne napędy
Według zapowiedzi wielu producentów juŜ od przyszłego roku będą produkowane tylko napędy o
duŜych sektorach. Dotyczyć ma to takŜe napędów SSD. To konieczność, bo stosując 512-bajtowe
sektory, trafiamy na analogiczny problem, co w przypadku obsługi więcej niŜ 4 GB RAM-u. Powód?
Mapy PC/DOS stosują 32-bitowe numerowanie sektorów do zapisu w głównym rekordzie dysku –
MBR – połoŜenia partycji. MoŜna więc zaadresować 4 miliardy sektorów, co przy rozmiarze 512 B
kaŜdy daje granicę 2 TB. Aby wykorzystać większe dyski, trzeba zmienić albo technikę adresacji (np.
uŜyć mapy partycji GPT), albo zwiększyć rozmiar sektora. Dyski 4-kilobajtowe będą mogły osiągać
16 TB pojemności przy mapach PC/DOS.
Zmiana generacji jest więc nieunikniona i poŜyteczna. Nowoczesne napędy warto kupić, zwłaszcza Ŝe
nie są droŜsze od starszych technologicznie. Jedynym przypadkiem, gdy nie naleŜy ich stosować, jest
dokupienie napędu do rozbudowy opartej na starych modelach macierzy RAID. W nowych, jednodyskowych komputerach moŜna ich uŜywać bez przeszkód.
-3-
Poprawne formatowanie nowych dysków
Formatując dysk z 4 KB sektorami trzeba stosować narzędzia, które znają ograniczenia mapy PC/DOS
i ustawiają początki i końce woluminów w poprawny sposób. Wyrównują je do wielokrotności nie
31,5 KB, lecz np. 32 KB lub nawet 1 MB. Alternatywnie moŜna zastosować znaną z maków mapę
GUID/GPT, z którą radzi sobie Linux, Windows Vista, Seven i XP – ale ten ostatni tylko w 64bitowej wersji.
Gdy na takim napędzie zechcesz instalować Vistę, Seven lub Linuksa, moŜesz spać spokojnie. Nowe
wersje Windows nawet na starych dyskach zakładają partycje z dokładnością do 1 MB, więc
optymalnie dla nowych napędów. Problem jest jednak z XP, który stosuje stary schemat.
Z takiej sytuacji są dwa wyjścia. Pierwsze – niepolecane – to przestawienie dysku w tryb
kompatybilności. Kontroler dysku będzie wtedy oszukiwał system, przekierowując Ŝądania zapisu i
odczytu o jeden sektor w przód, niwelując tym samym szkodliwą róŜnicę 512 bajtów. Niestety, działa
to poprawnie tylko dla pierwszej partycji. Jeśli na dysku będzie ich więcej, pozostałe wciąŜ będą
podlegały „loterii”, bo przesunięcie kaŜdej o 512 bajtów moŜe sytuację zarówno poprawić, zepsuć, jak
i nie zmienić niczego.
Drugim wyjściem jest partycjonowanie przed instalacją
XP za pomocą zewnętrznego narzędzia. Firma WD udostępnia program WD Align, który najlepiej
pobrać jako bootowalny obraz ISO. Po nagraniu go na płytę trzeba z niej uruchomić PC i
spartycjonować dysk. Wraz z pojawieniem się następnych modeli nowej generacji napędów będą
dostępne kolejne narzędzia.
W chwili obecnej najprościej i najłatwiej jest uŜyć uniwersalnego programu GParted, który równieŜ
jest dostępny jako obraz ISO. Pobierzesz go ze strony http://gparted.sourceforge.net/download.php
(ok. 120 MB). Nagraj go na CD i z takiej płyty uruchom peceta. W trakcie ładowania się systemu
wszystkie komunikaty potwierdzaj klawiszem [Enter]. Program GParted uruchomi się automatycznie.
Wybierz dysk z listy i uŜyj przycisku New, by załoŜyć nową partycję. Trzymaj się przy tym zawsze
dwóch prostych zasad:
– pierwszą partycję na dysku odsuń o 1 MB od początku dysku (w polu Space before wpisz 1 MB);
rozmiar i połoŜenie pozostałych woluminów jest juŜ dowolne;
– upewnij się, Ŝe w oknie ustawiania parametrów partycji jest usunięte zaznaczenie z pola Round to
cylinders.
Sposób ten jest polecany takŜe, jeśli nowy napęd dokładasz do komputera, na którym działa juŜ XP.
Zakładanie na nim partycji systemowym narzędziem do zarządzania dyskami da równie złe rezultaty,
co utworzenie woluminów za pomocą instalatora Windows. W Viście czy Seven moŜna z tego
narzędzia korzystać bez obaw.
-4-