天天看點

硬碟4K進階格式化

2009年年底,業内正在逐漸步入4K進階格式化時代,而西部資料成了第一個吃螃蟹的廠商。他們于2009年年末釋出的WD10EARS成為了業内首款采用4K進階格式化技術的硬碟産品。當然作為這個時代的産品,WD10EARS采用的是單碟500GB的規格。

硬碟4K進階格式化

西部資料業内首款4K進階格式化技術硬碟WD10EARS

由于當時Windows 7作業系統剛剛釋出,Windows Vista顯得不太成功,Windows XP系統仍然是當時的絕對主流。Windows XP由于時代較老根本不支援4K扇區,是以必須使用WD Align軟體進行校準、對其。很多消費者由于忽略了該步驟,導緻在系統中出現性能大跌的問題。并不斷在網上抱怨,甚至懷疑是硬碟本身的硬體問題。不過随着時間的遷移,Windows 7的滲透率逐漸攀高,今天4K進階格式化技術的風波已經逐漸平息。

硬碟4K進階格式化

WD10EARS曾讓很多忽視對齊步驟的Windows XP使用者困惑

●為什麼引入4KB進階格式化技術?

我們知道硬碟内部存儲的最小機關是扇區,傳統的硬碟這一扇區大小都是512byte,同時每512byte都要有40byte空間作為ECC校驗區。而硬碟在進入垂直記錄技術時代後,這一扇區格式被保留了下來。随着硬碟容量的不斷增加,所需要的校驗區域也就越多,無形之中減少了使用者可以使用的空間。

硬碟4K進階格式化

另外,容量的增加也使得磁密度變大,這樣就造成了磁頭讀取時的信噪比(SNR)變大,是以在操作中就更容易出現讀取錯誤。為了避免這樣的錯誤發生就需要設定更多的校驗區間來反複地進行校驗,這同樣會使可用空間進一步減少,介于校驗操作的頻繁也會使得性能産生下降。是以最好的解決途徑就是改變扇區格式,增大扇區容量,這也就催生了4KB扇區格式的應用。

相比之下4KB扇區格式隻需要100byte的校驗區間,在一定程度上降低了扇區間隙所占用的磁盤空間,據悉其幅度可在7%到11%之間。

●從512Byte過渡到4KB會遇到哪些問題?

可惜的是,我們目前系統從底層依然按照512位元組的扇區大小進行資料的通路操作,是以在硬碟方面就需要進行一個映射操作,将4KB扇區硬碟模拟為512位元組進行運作。但是必須保證原有的扇區邏輯塊起始位址和4KB實體扇區相“對齊”,否則要進行“讀取-修改-寫入”的操作,嚴重影響硬碟效率。

硬碟4K進階格式化

沒有進行“對齊”的,硬碟性能會下降30%~40%

資料統計,沒有采取任何“對齊”的對策,硬碟性能會下降30%~40%。作業系統方面,Windows XP下所有分區都不能夠和4KB扇區對齊,因為其第一個分區是從LBA 63(第63個512byte扇區)開始的。簡單來說,63不能整除8。而目前最新的Windows 7已經提供了對4KB扇區的支援,直接在Windows 7系統下進行格式化操作即可“對齊”。

●西部資料與希捷的解決方案

硬碟4K進階格式化

西部資料采用的WD Align校準工具

剛剛提到,西部資料的解決方案是利用分區校準工具WD Align進行軟體模拟,這顯然需要消耗額外的時間和處理步驟。而希捷提出了自己的技術 “SmartAlign”,能夠在硬碟的固件内部實時、動态監測和管理“讀取-修改-寫入”狀況,并交給系統使用,幾乎不會造成任何延遲和性能損失。就是說,使用者不用花費額外的時間在處理對齊的問題上了。希捷在Momentus 750GB、Barracuda Green之後的所有采用4K進階格式化技術的硬碟中都采用了此項技術。

關于2.1容量界限的問題,這個淵源和現有的分區形式大有關聯。目前我們系統中硬碟采用的尋址方式為LBA(Logical Block Addressing,邏輯區塊尋址),LBA 0存放有MBR(Master Boot Record)主引導記錄分區形式,BIOS也是通過檢視LBA 0的資訊獲知系統的引導啟動方式。

在MBR分區形式下的LBA尋址能力為32位,也就是說可以用來描述扇區位址的資訊長度為32位,即4G個。以現有硬碟的一個扇區的大小為512位元組來看,4G個512位元組即2,199,023,255,552位元組,也就是2.19TB,這隻是人為叫法(也說2.2TB),按照作業系統以1KB=1024byte的計算方式來看則正好為2TB。總之就是這樣一個數字,限制由此産生。

硬碟4K進階格式化

在Windows 7系統下我們轉換成GPT分區即可正常使用3TB硬碟

解決MBR隻能管理2TB硬碟的問題就是換用GPT(Globally Unique Identifier Partition Table Format)分區表。但此時就需要3個LBA來管理這種磁盤的資訊:第一塊LBA0是無用的,裡面沒有任何資訊,第二塊LBA1存放描述GPT磁盤的資訊,最後一塊LBA-1用來備份LBA1。

GPT硬碟的最大好處就是支援分區超過2TB的硬碟,最大可以支援18EB。而GPT也被目前最新的64位LBA或長LBA(Long LBA)所支援,同時也是英特爾的EFI(可擴充固件接口)系統的一部分。目前所有的安騰系統和基于英特爾方案的Mac電腦支援GPT。

硬碟4K進階格式化

GPT硬碟要做啟動盤的話要求相當嚴格

容量超過2TB硬碟的應用在不同場合也有不同的要求,首先是作業系統方面,Windows XP系統的多數版本是不支援GPT分區形式的,在該系統下它會識别為保護分區,隻有x64版本能夠對GPT磁盤進行資料操作,可惜這個系統目前使用率少之又少。Windows Vista和Windows 7均支援GPT,但是如果要從GPT硬碟引導啟動作業系統,也隻有x64的版本可以做到。

對于外置硬碟來說,隻要SATA轉USB控制器支援即可,即便是Windows XP系統使用也沒有壓力。如果作為從盤使用,使用Windows Vista和Windows 7轉換為GPT即可使用。

硬碟4K進階格式化

早期購買西部資料3TB綠盤時會附帶一個HighPoint Rocket 620轉接卡

使用3TB硬碟作為系統盤是最為麻煩的事情,除了必須使用64位作業系統之外,主機闆晶片組也必須支援EFI BIOS,同時還要支援長LBA(Long LBA)的驅動。在2010年底很多主機闆晶片組還不支援的時候,購買3TB硬碟之後廠商會附帶一個HighPoint Rocket 620轉接卡。随着後來英特爾釋出了支援長LBA的AHCI驅動之後,這個問題也就不是問題了。

硬碟4K進階格式化

希捷DiscWizard v13軟體可通過模拟方式使用3TB硬碟

相比硬體層面的諸多限制,通過軟體解決是最為省事的辦法。比如希捷的DiscWizard v13軟體,它是通過将不能被識别的那部分容量模拟成另外一款硬碟即可,這樣老系統的使用者也就不必再擔心GPT和MBR之間的差異了,即便是安裝Windows XP系統也可以在安裝完之後再用這款軟體來模拟虛拟硬碟。據悉未來大于6.6TB的硬碟出現後,這種方案能模拟更多的虛拟硬碟出來。