Переход 4K секторов: почему жесткие диски перемещаются в сектора 4096 байт, а секторы 512 байт?

Question

Я заметил, что некоторые жесткие диски Western Digital теперь имеют 4K-сектора, то есть сектора больше: 4096 байт по сравнению с давним стандартом в 512 байт. Так:

• В чем проблема с секторами 4K? Это маркетинговый обман или реальное преимущество?
• Зачем кому-то создавать новый ПК или нет, о секторах 4K?
• Почему этот переход происходит сейчас? Почему это не случилось раньше?
• Есть ли на что обратить внимание при покупке жесткого диска 4K сектора? например несовместимость?
• Что-нибудь еще, что мы должны знать о секторах 4K?

Answer 1

Не исключено, что это лучшая статья, которую я прочитал на эту тему:

http://www.anandtech.com/show/2888

В двух словах, чтобы ответить на ваши вопросы:

• В чем проблема с секторами 4K?

Основным преимуществом является более эффективное использование свободного пространства для хранения. Необходимые вычисления ECC начали давать убывающую отдачу, используя 512-байтовые сектора, но они могут быть сделаны намного более эффективно на больших размерах сектора.

• Это маркетинговый обман или реальное преимущество?

Реальным преимуществом является то, что диски объемом более 2 ТБ станут более доступными и надежными быстрее, чем без перехода. Та же идея применима и к небольшим дискам, но отдача не столь впечатляющая. Есть некоторые теоретические преимущества в том, что соответствие размера сектора общему размеру размещения в томе (4 КБ для NTFS примерно так же часто, как грязь), а страницы памяти, как правило, также имеют размер 4 КБ (радует файл подкачки / подкачка).

• Зачем кому-то создавать новый ПК или нет, о секторах 4K?

Сегодня - единственное, о чем вы должны заботиться, вероятно, не получить его. Есть еще несколько изломов, которые разрабатываются, что, если вы не знаете, может вызвать у вас горе. Поддержка Windows XP - это одно, диски, лежащие вокруг их геометрии, - это другое.

• Почему этот переход происходит сейчас? Почему это не случилось раньше?

Он находится на переходном этапе уже много лет, но потребительские диски только начинают появляться на рынке.

• Есть ли на что обратить внимание при покупке жесткого диска 4K сектора? например несовместимость?

Вероятно, у вас не будет проблем с Windows 7 или Vista, но любая из более старых ОС Microsoft может вызвать у вас горе. Существует встроенная совместимость, но из-за проблем с выравниванием секторов это может привести к снижению производительности.

• Что-нибудь еще, что мы должны знать о секторах 4K?

Прочитайте статью, освежите свою математику, а затем прочитайте ее снова. На самом деле это хорошая вещь, которая позволит индустрии хранения данных двигаться дальше быстрее.

Answer 2

Сектора по 512 байт начинались всякий раз, когда у нас были действительно небольшие носители, например, менее 300 000 дискет. Тогда это имело смысл, сейчас это не имеет смысла. Особенность секторов 4k заключается в том, что многие накопители уже используют их, но они имеют встроенное ПО, имитирующее 512 секторов. Это особенно верно для флэш-носителей и твердотельных накопителей. Я считаю, что 4k является де-факто внутренним стандартом SSD.

Таким образом, производители просто решили вырезать посредника и позволить ОС обрабатывать сектора 4k так, как она знает, как это сделать (что в итоге станет лучше, когда мы получим полную поддержку)

Если вы создаете новый ПК, это имеет значение. Некоторые ОС могут вообще не поддерживать секторы 4k (читай: более старые), и большинство ОС и файловых систем по-прежнему оптимизированы для секторов 512 байт. Одна вещь, которая приходит на ум, это OpenBSD. В настоящее время он не работает так же хорошо с секторами 4k по сравнению с секторами 512 байт. Среди проблем - выравнивание разделов. По умолчанию первый раздел не выровнен по границе 4К.

Переход, вероятно, происходит сейчас из-за большого всплеска SSD. Как я уже сказал, твердотельные накопители в любом случае используют 4 тыс. Секторов, поэтому гораздо лучше позволить ОС обрабатывать их в необработанном виде, чем предоставлять микропрограммному обеспечению возможность угадывать, чего хочет ОС.

Я уверен, что у некоторых старых материнских плат могут быть проблемы с такими жесткими дисками, но все, что вы купили недавно (последние 5 лет), должно быть совместимо.

Answer 3

здесь подробно рассказывается о том, что и почему http://lwn.net/Articles/322777/

Windows XP не поддерживает это. Инструменты пользователя Linux еще не все.

Answer 4

Интересно, что связанная статья была сосредоточена на жестких дисках, когда преимущества производительности больших размеров секторов с флеш-носителями могут быть еще более значительными. В отличие от жесткого диска, где секторы могут быть записаны независимо друг от друга, а запись в один сектор 31 раз в секунду в течение года не изнашивает больше, чем запись 31 различных секторов в секунду в течение года, типичный флэш-чип будет разделен на большие блоки, каждый из которых содержит много 528-байтовых страниц, при условии соблюдения следующих ограничений:

1. Можно написать пустую страницу или стереть все страницы в блоке. Невозможно выполнить запись на страницу, которая не является пустой, за исключением стирания всех страниц в блоке.

2. Если блок будет удален более нескольких тысяч раз, его производительность и надежность снизятся до такой степени, что он больше не будет использоваться.

Из-за этих ограничений почти все флэш-накопители спроектированы таким образом, что запись сектора физически не заменяет содержимое страницы, на которой ранее содержались данные этого сектора, а вместо этого сохраняет копию новых данных в каком-то другом месте, а затем обновляет некоторый вид структуры данных, чтобы указать, что данные должны быть найдены в новом месте, и что предыдущая копия должна рассматриваться как "мусор". Если объем доступного пространства на диске становится низким, диск идентифицирует блоки, которые в основном содержат "мусор", перемещает что-либо в те блоки, которые не являются мусором, а затем стирает блоки. Кроме того, поскольку существует ограничение продолжительности использования каждого блока на протяжении срока службы, файлы, которые не были затронуты в течение некоторого времени, но находятся в блоках, которые не использовались слишком часто, могут быть перемещены, чтобы воспользоваться тот факт, что накопитель сможет многократно использовать и перерабатывать блоки, на которых он находился.

В случаях, когда пользователь диска часто изменяет отдельные секторы, тот факт, что запись каждого сектора требует только записи и повторного использования одной 528-байтовой страницы, может быть преимуществом для меньшего размера сектора по сравнению с тем, что каждая сила записи циклически повторяется из восьми 528-байтовые страницы. С другой стороны, "бухгалтерские" затраты, связанные с одним логическим обновлением сектора размером 4096 байт, вероятно, будут частью тех, которые будут связаны с восемью независимыми обновлениями сектора по 512 байт [на самом деле, они могут быть меньше затрат, связанных с этим. даже с одним 512-байтовым обновлением сектора, поскольку накопителю придется управлять только 1/8 общего числа секторов.]

В зависимости от моделей доступа в некоторых случаях флэш-накопитель с секторами 4 КБ будет работать хуже, чем один с секторами по 512 байт, но в других случаях производительность накопителя 4 КБ может оказаться заметно выше.