企業(yè)級(jí)緩行高級(jí)格式化4KB扇區(qū)硬盤深度解析

1、.企業(yè)級(jí)緩行 高級(jí)格式化4KB扇區(qū)硬盤深度解析4K扇區(qū)引發(fā)的問題?關(guān)于"高級(jí)格式化4K扇區(qū)硬盤"這個(gè)話題，我想很多讀者已經(jīng)不陌生了，下面先簡(jiǎn)單介紹一下市場(chǎng)現(xiàn)狀：目前，希捷和西部數(shù)據(jù)都已經(jīng)推出了采用4K扇區(qū)(高級(jí)格式化)的硬盤產(chǎn)品，對(duì)于使用低版本操作系統(tǒng)(如：Windows XP)或者硬盤實(shí)用程序時(shí)"分區(qū)未對(duì)齊"可能出現(xiàn)的性能降低問題，這兩家廠商采取的是不同的解決方法。西部數(shù)據(jù)使用4K扇區(qū)(高級(jí)格式化)技術(shù)的640GB藍(lán)盤(Caviar Blue)西部數(shù)據(jù)提供了兩種方案。首先，只要在硬盤上短接7號(hào)和8號(hào)跳線，硬盤控制器芯片即可提供一個(gè)邏輯分區(qū)的偏移量，使L

2、BA63變成LBA64，解決校準(zhǔn)問題。不過這種方案僅能針對(duì)全盤只有一個(gè)分區(qū)的情況(實(shí)用性不大)。第二種方案，則是一款名為WD Align的工具軟件。該工具可以移動(dòng)分區(qū)和數(shù)據(jù)，"對(duì)齊"文件系統(tǒng)簇與4KB扇區(qū)。推薦使用Windows 5.x(2000、XP、Server 2003)操作系統(tǒng)，或是需要磁盤鏡像軟件的用戶使用該工具。由于WD Align需要移動(dòng)全盤數(shù)據(jù)，因此最好在分區(qū)或操作系統(tǒng)安裝完畢后即使用該工具進(jìn)行遷移。而希捷則提出了自己的技術(shù)"SmartAlign"，宣稱能夠在硬盤內(nèi)部實(shí)時(shí)、自動(dòng)管理離散的扇區(qū)狀況，并交給系統(tǒng)使用，不會(huì)造成任何延遲和性能損失

3、。當(dāng)然了，最好的解決方案還是把系統(tǒng)升級(jí)到Windows Vista/7。這樣來看應(yīng)該是希捷的做法更好一些，那么SmartAlign是否真的像宣傳的那樣有效?希捷具體是如何實(shí)現(xiàn)的?WD為什么沒有采用類似的方式呢?希捷Momentus 7200 2.5英寸硬盤產(chǎn)品線西部數(shù)據(jù)推出的第一款采用4K扇區(qū)的硬盤是3.5英寸綠盤(Caviar Green)，后來又逐漸加入了藍(lán)盤(Caviar Blue)中的幾款型號(hào)，希捷的4K扇區(qū)硬盤現(xiàn)在只有發(fā)布不久的2.5英寸Momentus 750GB一款。不過，所有參與IDEMA(國(guó)際磁盤驅(qū)動(dòng)器設(shè)備與材料協(xié)會(huì))的各主要硬盤制造商已經(jīng)達(dá)成一致：2011年1月1日起，面向

4、渠道出貨的所有臺(tái)式機(jī)和筆記本硬盤(新推出的型號(hào))都將采用高級(jí)格式標(biāo)準(zhǔn)。值得注意的是：這當(dāng)中不包括對(duì)OEM客戶出貨和企業(yè)級(jí)硬盤，為什么呢?高級(jí)格式硬盤扇區(qū)的擴(kuò)大可以帶來更高的密度和更大的容量，同時(shí)還有糾錯(cuò)能力的增強(qiáng)。ECC校驗(yàn)碼的集中和占用空間減少(下文中有詳細(xì)說明)能夠提高硬盤容量利用率，這一點(diǎn)還比較好理解，而糾錯(cuò)能力又是如何增強(qiáng)的呢?除了"分區(qū)對(duì)齊"的問題之外，4K扇區(qū)硬盤還有其它可能會(huì)導(dǎo)致性能下降的因素嗎?我想這些問題應(yīng)該是大家普遍比較關(guān)心的，希望您能夠在本文接下來的幾頁(yè)中找到它們的答案.概述硬盤行業(yè)正在經(jīng)歷一次變革。近年內(nèi)，在存儲(chǔ)密度大幅增長(zhǎng)的同時(shí)，作為硬盤設(shè)計(jì)最主要

5、因素之一的邏輯塊格式化大小(也稱為扇區(qū))卻仍然沒有變化。開始于2009年晚期，在2010年加速，2011年力爭(zhēng)成為主流，硬盤公司正在從傳統(tǒng)的512字節(jié)扇區(qū)遷移到更大、更高效的4096字節(jié)扇區(qū)(一般稱為4K扇區(qū))，國(guó)際硬盤設(shè)備與材料協(xié)會(huì)(International Disk Drive Equipment and Materials Association，IDEMA)將之稱為高級(jí)格式化。下面我們將分別闡述此遷移的背景，指出為客戶帶來的長(zhǎng)期利益，同時(shí)提出從512字節(jié)遷移到4K扇區(qū)的過程中要避免的潛在隱患。背景30多年來，硬盤上儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)都要格式化到小的邏輯塊中，這種邏輯塊稱為扇區(qū)。傳統(tǒng)的扇區(qū)大小

6、是512字節(jié)。實(shí)際上，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)很多的設(shè)計(jì)方面仍假設(shè)硬盤扇區(qū)采用此基礎(chǔ)格式標(biāo)準(zhǔn)。傳統(tǒng)扇區(qū)格式中包含間隙(Gap)、同步(Sync)和地址標(biāo)記(Address Mark)、數(shù)據(jù)和糾錯(cuò)代碼(ECC)部分(見圖1)。圖1.硬盤介質(zhì)上的傳統(tǒng)扇區(qū)布局此扇區(qū)布局的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下：間隙(Gap)部分：間隙，用于分隔扇區(qū)。同步(Sync)部分：同步標(biāo)記，用于表示扇區(qū)開始處并提供計(jì)時(shí)對(duì)齊。地址標(biāo)記(Address Mark)部分：地址標(biāo)記，包含可識(shí)別扇區(qū)號(hào)和位置的數(shù)據(jù)。還可提供扇區(qū)本身的狀態(tài)。數(shù)據(jù)部分：數(shù)據(jù)，包含所有用戶數(shù)據(jù)。ECC部分：ECC部分包含用于修復(fù)或復(fù)原讀寫過程可能受損的數(shù)據(jù)的糾錯(cuò)代碼。多年來，硬

7、盤行業(yè)一直采用這種低級(jí)別的格式。然而，隨著硬盤容量的不斷增長(zhǎng)，扇區(qū)大小日漸成為提高硬盤容量和糾錯(cuò)效率方面的限制性設(shè)計(jì)因素。例如，將以前的扇區(qū)大小和總?cè)萘康谋嚷逝c最近硬盤的扇區(qū)大小和總?cè)萘康谋嚷氏鄬?duì)比就可以發(fā)現(xiàn)，扇區(qū)分辨率已變得非常低。扇區(qū)分辨率(扇區(qū)大小和總存儲(chǔ)大小的百分比)已經(jīng)非常低，幾乎可以忽略不計(jì)(見表1)。表1.在一個(gè)可測(cè)量的總?cè)萘績(jī)?nèi)的扇區(qū)分辨率。管理小型離散數(shù)據(jù)時(shí)，分辨率越低越好。但是，現(xiàn)代計(jì)算系統(tǒng)中的常用應(yīng)用管理的都是大型數(shù)據(jù)塊，實(shí)際上遠(yuǎn)比傳統(tǒng)512字節(jié)扇區(qū)大小要大得多。另外，隨著區(qū)域密度的增加，小型512字節(jié)扇區(qū)在硬盤表面上占用的空間也將越來越小。從糾錯(cuò)和介質(zhì)缺陷風(fēng)險(xiǎn)方面看，更小

8、的空間也會(huì)引發(fā)問題。如圖2所示，硬盤扇區(qū)中的數(shù)據(jù)占據(jù)的空間越小，錯(cuò)誤糾正就會(huì)變得越困難，因?yàn)橥瑯哟笮〉慕橘|(zhì)缺陷對(duì)總體數(shù)據(jù)負(fù)載損害的百分比更高，因此需要更大的糾錯(cuò)強(qiáng)度。圖2.介質(zhì)缺陷和區(qū)域密度(更高的區(qū)域密度使同樣大小介質(zhì)缺陷帶來的危害更高)512字節(jié)扇區(qū)一般可糾正高達(dá)50字節(jié)長(zhǎng)度的缺陷?，F(xiàn)在，硬盤開始通過先進(jìn)的區(qū)域密度來提高錯(cuò)誤糾正的上限。因此，為了改善錯(cuò)誤糾正和實(shí)現(xiàn)格式化效率，遷移到較大扇區(qū)是硬盤行業(yè)內(nèi)的基本要求。過渡到4K扇區(qū)(高級(jí)格式化)數(shù)年來，存儲(chǔ)行業(yè)一直在通力協(xié)作，致力于向較大扇區(qū)硬盤格式過渡；至少5年以前，希捷以及硬盤行業(yè)內(nèi)的同行就已開始努力，并獲得了卓越的成果(見圖3)。2009

9、年12月，經(jīng)過與IDEMA的通力合作，將高級(jí)格式化提名作為4K字節(jié)扇區(qū)標(biāo)準(zhǔn)的名稱，并獲得批準(zhǔn)。此外，所有硬盤制造商還承諾，自2011年1月開始，所發(fā)行的臺(tái)式機(jī)和筆記本電腦產(chǎn)品的新型硬盤平臺(tái)都采用高級(jí)格式化扇區(qū)格式。在此之前，高級(jí)格式化硬盤將開始逐步進(jìn)入市場(chǎng)。從2009年12月起，西部數(shù)據(jù)就開始推出了高級(jí)格式化硬盤；有段時(shí)間，希捷也為OEM客戶和品牌零售產(chǎn)品中提供過大扇區(qū)硬盤，其中值得關(guān)注的是USB連接外置硬盤，如Seagate FreeAgent系列。圖3.高級(jí)格式化標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展的重要里程碑4K扇區(qū)的長(zhǎng)期利益所有硬盤制造商一致同意，到2011年1月，實(shí)現(xiàn)向高級(jí)格式化扇區(qū)設(shè)計(jì)的過渡，因此，硬盤行業(yè)需

10、要適應(yīng)并采用此更改，以最小化潛在的負(fù)面作用。短期內(nèi)，最終用戶不會(huì)明顯感受到硬盤容量的增長(zhǎng)。但是，遷移到4K大小扇區(qū)后，肯定能為實(shí)現(xiàn)更高的區(qū)域密度、硬盤容量和更強(qiáng)大的糾錯(cuò)功能提供一條捷徑。通過降低錯(cuò)誤糾正代碼所用空間來提高格式化效率圖4顯示了傳統(tǒng)的512字節(jié)扇區(qū)布局。其中，在每個(gè)512字節(jié)扇區(qū)中，都留有50字節(jié)與數(shù)據(jù)無(wú)關(guān)的開銷用于ECC，以及另外15字節(jié)的開銷用于間隙(Gap)、同步(Sync)和地址標(biāo)記(Address Mark)部分。這樣就造成扇區(qū)格式化效率僅約為88%(512/(512+65)。圖4.傳統(tǒng)512字節(jié)扇區(qū)布局新的高級(jí)格式化標(biāo)準(zhǔn)使得4K字節(jié)扇區(qū)有了不小進(jìn)步，在4K字節(jié)扇區(qū)中，8

11、個(gè)傳統(tǒng)512字節(jié)扇區(qū)合并為一個(gè)4K字節(jié)扇區(qū)(見圖5)。圖5.高級(jí)格式化：4K字節(jié)扇區(qū)布局高級(jí)格式化標(biāo)準(zhǔn)用于間隙(Gap)、同步(Sync)和地址標(biāo)記(Address Mark)的字節(jié)數(shù)與傳統(tǒng)扇區(qū)相同，但將ECC字段增加至100字節(jié)。這樣，扇區(qū)格式化效率達(dá)到了97%(4096/(4096+115)，比傳統(tǒng)扇區(qū)提高了將近10%。這些格式化效率將逐漸發(fā)揮作用，有助于產(chǎn)生更高的容量和改善數(shù)據(jù)完整性?？煽啃院湾e(cuò)誤糾正硬盤扇區(qū)的物理大小在不斷縮減，所占空間也越來越少，但介質(zhì)缺陷卻沒有同時(shí)減少。圖6中顯示了我們認(rèn)為很小的物體的圖像。但與硬盤讀/寫磁頭的飛行高度相對(duì)而言，這些物體顯得非常龐大。比圖中顯示物體更

12、小的微小顆粒也會(huì)造成硬盤的介質(zhì)缺陷。圖6.磁頭飛行高度的放大演示高級(jí)格式化標(biāo)準(zhǔn)中的較大4K扇區(qū)可將ECC塊大小增加一倍，從50字節(jié)增加到100字節(jié)，能夠針對(duì)顆粒和介質(zhì)缺陷為錯(cuò)誤糾正效率和可靠性帶來必要的改進(jìn)。從改進(jìn)的格式化效率和更加強(qiáng)大的糾錯(cuò)功能的綜合優(yōu)勢(shì)來看，向4K扇區(qū)的過渡很值得。如何管理這種過渡，以最小的副作用獲取長(zhǎng)期利益，是硬盤行業(yè)的重點(diǎn)所在。了解過渡到4K的影響前面提到，在現(xiàn)代計(jì)算系統(tǒng)中，很多方面仍然假設(shè)扇區(qū)都是512字節(jié)。要將整個(gè)行業(yè)過渡到新的4K標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)希望所有原來的假設(shè)一下子適應(yīng)這種改變是不現(xiàn)實(shí)的。隨著原生4K扇區(qū)的實(shí)施，主機(jī)和硬盤會(huì)逐漸以4K塊來交換數(shù)據(jù)。那時(shí)，硬盤制造商將

13、通過稱為"512字節(jié)扇區(qū)模擬"的技術(shù)實(shí)現(xiàn)到4K扇區(qū)的過渡。512字節(jié)扇區(qū)模擬4K大小扇區(qū)的引入將主要依賴于512字節(jié)扇區(qū)模擬。這個(gè)術(shù)語(yǔ)是指，將高級(jí)格式化中所用4K物理扇區(qū)轉(zhuǎn)換為主機(jī)計(jì)算系統(tǒng)預(yù)期使用的傳統(tǒng)512字節(jié)扇區(qū)的過程。由于512字節(jié)模擬不會(huì)強(qiáng)制在傳統(tǒng)計(jì)算系統(tǒng)中進(jìn)行復(fù)雜的改變，因而是可行的。但是這種模擬會(huì)對(duì)硬盤性能帶來潛在的負(fù)面影響，特別是寫入的數(shù)據(jù)與8個(gè)轉(zhuǎn)換的傳統(tǒng)扇區(qū)不對(duì)應(yīng)時(shí)。考慮到512字節(jié)模擬所需的讀寫過程，這種影響很明顯。模擬讀寫過程以512模擬方式來讀取4K扇區(qū)格式化硬盤中數(shù)據(jù)的過程非常直接，如圖7所示。圖7.512字節(jié)模擬可能出現(xiàn)的讀序列可以在硬盤DRAM內(nèi)

14、存中讀取4K數(shù)據(jù)塊以及格式化主機(jī)所需的特定512字節(jié)虛擬扇區(qū)，因此這個(gè)過程不會(huì)明顯影響到性能。寫過程更為復(fù)雜一些，特別是主機(jī)嘗試寫入的數(shù)據(jù)為4K物理扇區(qū)的子集時(shí)。這時(shí)，硬盤必須首先讀取包含主機(jī)寫入請(qǐng)求目標(biāo)位置的整個(gè)4K扇區(qū)，合并現(xiàn)有數(shù)據(jù)與新數(shù)據(jù)，然后重新寫入整個(gè)4K扇區(qū)(見圖8)。圖8.512字節(jié)模擬可能出現(xiàn)的寫序列在此情況下，硬盤必須執(zhí)行額外的機(jī)械步驟：讀取4K扇區(qū)數(shù)據(jù)、修改其內(nèi)容，然后重新寫入數(shù)據(jù)。此過程稱為"讀取-修改-寫入"(read-modify-write)循環(huán)，但這個(gè)過程不夠理想，因?yàn)樗鼤?huì)對(duì)硬盤性能造成負(fù)面影響。將"讀取-修改-寫入"情況的

15、幾率和頻率降到最低是順利無(wú)憂過渡到4K扇區(qū)的最重要因素。"讀取-修改-寫入"預(yù)防如前所述，在數(shù)據(jù)塊小于或未對(duì)齊到4k扇區(qū)時(shí)，硬盤為此數(shù)據(jù)塊發(fā)出寫入命令，此時(shí)會(huì)發(fā)生"讀取-修改-寫入"的情況。這種小于4K的寫入請(qǐng)求稱為超短幀。512字節(jié)模擬中出現(xiàn)超短幀的根本原因有兩個(gè)。1.由于邏輯分區(qū)和物理分區(qū)未對(duì)齊，導(dǎo)致寫入請(qǐng)求不對(duì)齊。2.寫入請(qǐng)求的數(shù)據(jù)小于4K對(duì)齊硬盤分區(qū)和未對(duì)齊硬盤分區(qū)到目前為止，我們尚未討論主機(jī)系統(tǒng)和硬盤如何針對(duì)介質(zhì)上的扇區(qū)位置進(jìn)行通信。我們現(xiàn)在就來介紹一下邏輯塊地址(Logical Block Address，LBA)。每個(gè)512字節(jié)扇區(qū)都分配了

16、唯一的LBA，根據(jù)硬盤大小，數(shù)字可以是從0到所需的數(shù)字。主機(jī)會(huì)使用分配的LBA來請(qǐng)求特定的數(shù)據(jù)塊。主機(jī)請(qǐng)求寫入數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)在寫入結(jié)束時(shí)會(huì)返回一個(gè)LBA地址，告知主機(jī)數(shù)據(jù)的位置。這對(duì)于4K扇區(qū)的過渡非常重要，因?yàn)橹鳈C(jī)LBA起點(diǎn)位置可以有八種可能性。當(dāng)LBA 0與4K物理扇區(qū)中的第一個(gè)512字節(jié)虛擬塊對(duì)齊時(shí)，512字節(jié)模擬的邏輯塊到物理塊對(duì)齊情況稱為Alignment 0。另一種可能出現(xiàn)的對(duì)齊情況是，LBA 0與4K物理扇區(qū)中第二個(gè)512字節(jié)虛擬塊對(duì)齊。這種情況稱為Alignment 1，圖9比較了Alignment 1與Alignment 0兩種對(duì)齊情況。另外，還有六種可能出現(xiàn)的分區(qū)不對(duì)齊情況，會(huì)

17、引起與Alignment 1情況相似的"讀取-修改-寫入"事件。圖9.對(duì)齊情況Alignment 0情況與高級(jí)格式化標(biāo)準(zhǔn)中新的4K扇區(qū)完全符合。因?yàn)橛脖P能夠輕松將8個(gè)相鄰的512字節(jié)扇區(qū)映射到一個(gè)4K扇區(qū)。實(shí)現(xiàn)此映射的方法是，將512字節(jié)的寫入請(qǐng)求儲(chǔ)存在硬盤的緩存中，等接收到8個(gè)連續(xù)的512字節(jié)數(shù)據(jù)塊時(shí)再將其寫入到4K扇區(qū)(8個(gè)連續(xù)的512字節(jié)塊剛好構(gòu)成一個(gè)4K扇區(qū))。由于現(xiàn)代計(jì)算應(yīng)用要處理大量的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)一般都超過4K，因此很少發(fā)生"超短幀"的情況。但是，Alignment 1卻是完全不同的狀況。當(dāng)創(chuàng)建的硬盤分區(qū)出現(xiàn)不對(duì)齊(如圖9所示)的情況時(shí)，會(huì)

18、引起"讀取-修改-寫入"循環(huán)，影響硬盤性能。這是在實(shí)現(xiàn)高級(jí)格式化硬盤的過程中應(yīng)主要避免的情況，我們稍后對(duì)此進(jìn)行討論。小型寫入現(xiàn)代計(jì)算應(yīng)用中的數(shù)據(jù)一般都大大超過512字節(jié)，如文檔、圖片和視頻流等。因此，硬盤會(huì)將這些寫入請(qǐng)求存儲(chǔ)在緩存中，直到這些連續(xù)的512字節(jié)數(shù)據(jù)塊能夠組成一個(gè)4K扇區(qū)。只要硬盤分區(qū)是對(duì)齊的，就可以輕松地將512字節(jié)扇區(qū)映射到4K扇區(qū)，而不會(huì)對(duì)性能產(chǎn)生任何影響。但是，某些低級(jí)別的處理會(huì)強(qiáng)制硬盤處理"超短幀"狀況(這種狀況與未對(duì)齊分區(qū)無(wú)關(guān))。這種情況很少見，僅當(dāng)主機(jī)發(fā)出小于4K的離散寫入請(qǐng)求時(shí)發(fā)生。低級(jí)別的處理通常都是處理文件系統(tǒng)、日志的操作

19、系統(tǒng)級(jí)別的活動(dòng)，或是類似的低級(jí)別活動(dòng)。通常來說，這些活動(dòng)發(fā)生的幾率很小，因此不會(huì)明顯影響到總體性能。但仍然建議系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員考慮對(duì)這些過程進(jìn)行適當(dāng)修改，以便在實(shí)現(xiàn)4K過渡后能最大化硬盤性能。準(zhǔn)備和管理4K過渡我們已經(jīng)了解了遷移到4K扇區(qū)的優(yōu)勢(shì)以及對(duì)性能的潛在影響，接下來就該查看行業(yè)如何有效地管理過渡。在Windows和Linux是現(xiàn)代計(jì)算中部署的兩種最受歡迎的操作系統(tǒng)，在這兩種環(huán)境下我們能更好地討論這個(gè)主題。在Windows環(huán)境中管理4K扇區(qū)管理到4K扇區(qū)的過渡中最重要的一個(gè)方面與上文討論的對(duì)齊問題有很大關(guān)系。高級(jí)格式化硬盤在Alignment 0情況下運(yùn)行完好，這時(shí)物理塊和邏輯塊的起始位置相同

20、。創(chuàng)建硬盤分區(qū)時(shí)便已實(shí)現(xiàn)了對(duì)齊。分區(qū)創(chuàng)建軟件分為兩大類：1.各Windows操作系統(tǒng)版本2.硬盤分區(qū)實(shí)用程序使用Windows操作系統(tǒng)創(chuàng)建分區(qū)時(shí)，有三種Windows版本值得一提：Windows XP、Windows Vista和Windows 7。Microsoft早已投身到致力于規(guī)劃過渡到更大扇區(qū)的團(tuán)體中。因此，從Windows Vista Service Pack 1起，Microsoft開始發(fā)布可兼容4K扇區(qū)的軟件。可創(chuàng)建Alignment 0狀態(tài)(符合高級(jí)格式化標(biāo)準(zhǔn))分區(qū)的軟件稱為"可識(shí)別4K"的軟件。表2說明了與當(dāng)前各Microsoft Windows操作系統(tǒng)版

21、本的相關(guān)情況。表2.Windows操作系統(tǒng)是否可識(shí)別4K很清楚，配有Windows最新版本的新計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相對(duì)更適合使用高級(jí)格式化硬盤。但是，對(duì)于仍然使用Windows XP或Service Pack 1之前的Windows Vista的系統(tǒng)來說，操作系統(tǒng)所創(chuàng)建的分區(qū)性能很可能顯著下降。除Windows操作系統(tǒng)較早版本所創(chuàng)建的分區(qū)可能出現(xiàn)潛在不對(duì)齊情況外，在系統(tǒng)集成商、OEM、增值經(jīng)銷商和IT管理員廣泛使用的軟件實(shí)用程序中，有很多軟件實(shí)用程序也能夠引發(fā)分區(qū)不對(duì)齊情況。事實(shí)上，通過這些實(shí)用程序創(chuàng)建的分區(qū)比通過Windows操作系統(tǒng)本身創(chuàng)建的分區(qū)還要普遍。因此，創(chuàng)建不對(duì)齊分區(qū)，從而導(dǎo)致使用4K扇區(qū)的

22、環(huán)境中硬盤性能下降的風(fēng)險(xiǎn)非常明顯。更麻煩的是，如今系統(tǒng)中的硬盤一般都包含多個(gè)硬盤分區(qū)。這意味著必須使用可識(shí)別4K的分區(qū)軟件創(chuàng)建硬盤上的每個(gè)分區(qū)，才能確保適當(dāng)對(duì)齊，并保障性能。圖10顯示了使用不能識(shí)別4K的軟件創(chuàng)建多硬盤分區(qū)時(shí)可能出現(xiàn)的結(jié)果。圖10.多個(gè)分區(qū)和對(duì)齊情況處理不對(duì)齊狀態(tài)有三種可行方法可避免和/或管理不對(duì)齊狀態(tài)(不對(duì)齊狀態(tài)對(duì)硬盤性能具有潛在影響)。1.使用最新版本的Windows操作系統(tǒng)或聯(lián)系分區(qū)實(shí)用程序供應(yīng)商來獲取可識(shí)別4K版本的軟件。2.使用硬盤實(shí)用程序來重新對(duì)齊磁盤分區(qū)。3.不管是什么對(duì)齊狀態(tài)，將硬盤性能管理交與您的硬盤供應(yīng)商負(fù)責(zé)。使用可識(shí)別4K的Windows版本來創(chuàng)建硬盤分區(qū)

23、，這是避免不對(duì)齊狀態(tài)的一種簡(jiǎn)單直接的方法。硬盤分區(qū)創(chuàng)建軟件實(shí)用程序供應(yīng)商應(yīng)該能夠告訴您是否提供了可識(shí)別4k版本的軟件。如果是，那么遷移到可識(shí)別4K的版本可免后顧之憂。為解決這個(gè)問題，有些硬盤供應(yīng)商提供了能夠檢測(cè)現(xiàn)有硬盤分區(qū)，并根據(jù)需要重新進(jìn)行對(duì)齊的實(shí)用程序。這種變通方法要花費(fèi)更多時(shí)間，并且系統(tǒng)的構(gòu)建或升級(jí)流程步驟也更加繁瑣。最后，硬盤制造商要開發(fā)更加復(fù)雜的方法，來管理不對(duì)齊狀態(tài)，同時(shí)還要避免對(duì)性能造成負(fù)面影響。由于向高級(jí)格式化硬盤的過渡勢(shì)在必行，所有這些方法都將在最大化行業(yè)利益、同時(shí)避免潛在性能影響方面起到重要作用。在Linux環(huán)境中管理4K扇區(qū)在Windows環(huán)境中管理到4K扇區(qū)過渡的關(guān)鍵策

24、略同樣適用于Linux。多數(shù)Linux系統(tǒng)用戶都能夠訪問源代碼，根據(jù)他們的特定需要來定制操作系統(tǒng)。因此，Linux用戶能夠主動(dòng)更新其系統(tǒng)，以便恰當(dāng)?shù)毓芾砀呒?jí)格式化硬盤。通常，需要恰當(dāng)?shù)貏?chuàng)建能與高級(jí)格式化硬盤良好對(duì)齊的磁盤分區(qū)，還需要最小化可生成超短幀的小型系統(tǒng)級(jí)寫入(與對(duì)齊問題無(wú)關(guān))，但是修改Linux系統(tǒng)后，就可以大幅度避免這些工作。為了支持高級(jí)格式化硬盤，對(duì)Linux內(nèi)核和實(shí)用程序均進(jìn)行了更改。這些更改可確保高級(jí)格式化硬盤上的所有分區(qū)都能在4K扇區(qū)分界上得到完全對(duì)齊。版本2.6.31或更高版本的內(nèi)核支持高級(jí)格式化硬盤。以下Linux實(shí)用程序支持高級(jí)格式化硬盤的分區(qū)和格式化：Fdisk：GN

25、U Fdisk命令行實(shí)用程序可對(duì)硬盤進(jìn)行分區(qū)。版本1.2.3和更高版本支持高級(jí)格式化硬盤。Parted：GNU Parted圖形實(shí)用程序可對(duì)硬盤進(jìn)行分區(qū)。版本2.1和更高版本支持高級(jí)格式化硬盤。結(jié)論從傳統(tǒng)512字節(jié)扇區(qū)進(jìn)行行業(yè)過渡勢(shì)在必行。硬盤制造商一致同意，在2011年1月前，筆記本電腦和臺(tái)式機(jī)細(xì)分市場(chǎng)發(fā)行的新型產(chǎn)品均采用高級(jí)格式化標(biāo)準(zhǔn)。這種過渡為硬盤工程師提供了另一種工具，能夠繼續(xù)推動(dòng)改善區(qū)域密度和增強(qiáng)糾錯(cuò)功能。采用新技術(shù)后，硬盤產(chǎn)品將繼續(xù)提供更高的容量、更低的每GB成本和一如既往的可靠性級(jí)別，消費(fèi)者定會(huì)從中獲益。具備充分相關(guān)知識(shí)的存儲(chǔ)社區(qū)是實(shí)現(xiàn)順利過渡的關(guān)鍵，可以消除潛在的性能隱患。我們

26、需要推廣使用可識(shí)別4K的硬盤分區(qū)工具，這是順利過渡到高級(jí)格式化所使用的4K扇區(qū)的至關(guān)重要的因素。作為構(gòu)建或配置計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)集成商、OEM、IT專家甚至終端用戶，都應(yīng)該確保：使用Windows Vista(Service Pack 1或更高版本)或Windows 7創(chuàng)建硬盤分區(qū)。使用第三方軟件或?qū)嵱贸绦騽?chuàng)建硬盤分區(qū)時(shí)，請(qǐng)與供應(yīng)商聯(lián)系，確定已將其更新為可識(shí)別4K的軟件或?qū)嵱贸绦?。如果您的客戶?jīng)常對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行重新鏡像，請(qǐng)建議他們確定使用的是可識(shí)別4K的鏡像實(shí)用程序。如果您使用的是Linux，請(qǐng)與Linux供應(yīng)商或工程部門聯(lián)系，確定您的系統(tǒng)已經(jīng)過更改，能夠識(shí)別4K。與您的硬盤供應(yīng)商聯(lián)系，獲取在系統(tǒng)中使用

27、高級(jí)格式化硬盤的任何其他建議或指導(dǎo)。和同行及客戶一起，借助整個(gè)存儲(chǔ)行業(yè)的長(zhǎng)期潛在優(yōu)勢(shì)，我們能夠順利、高效地過渡到4K高級(jí)格式化扇區(qū)。總結(jié)與展望相信我們?cè)谖恼乱婚_頭提出的問題有些已經(jīng)能夠從上文中找到答案了。WD Align在"處理不對(duì)齊狀態(tài)"上采用的是前面提到的第二種方法；而希捷的SmartAlign則是第三種(即：將硬盤性能管理交與您的硬盤供應(yīng)商負(fù)責(zé))，通過Firmware中的緩存算法在分區(qū)不對(duì)齊的情況下優(yōu)化讀寫操作，以達(dá)到不使性能降低的目的。下面我們來看一下相關(guān)的測(cè)試數(shù)據(jù)：希捷官方提供的SmartAlign對(duì)比測(cè)試數(shù)據(jù)上圖是Seagate宣傳資料中的SmartAlign測(cè)

28、試數(shù)據(jù)，比較對(duì)象從左到右分別是4K扇區(qū)的：Desaru 72(應(yīng)該是Momentus 750GB的內(nèi)部代號(hào)，沒有SmartAlign技術(shù))、Desaru 72 Media Cache(這就是SmartAlign正式推出之前的名稱)和Caviar Blue(西數(shù)藍(lán)盤)。在Windows XP未對(duì)齊分區(qū)的情況下，SmartAlign的性能表現(xiàn)還是比較理想的，只是用自家的7200rpm硬盤和競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的5400rpm產(chǎn)品對(duì)比有點(diǎn)田忌賽馬的感覺。當(dāng)然，西部數(shù)據(jù)的4K扇區(qū)硬盤一旦運(yùn)行WD Align校準(zhǔn)工具之后性能也會(huì)提升到應(yīng)有的水平，只是沒有希捷那樣方便罷了。希捷沒有進(jìn)一步講解SmartAlign的實(shí)現(xiàn)方法，我們認(rèn)為WD要想在這方面搞清也不是什么太大的難題。目前的現(xiàn)狀，應(yīng)該是兩家廠商權(quán)衡各方面因素之后采取的策略。不過我們也不排除，西數(shù)今后可能會(huì)在OS等軟件向4KB過渡的過程中加入類似于SmartAlign的技術(shù)。至于何時(shí)的硬盤才能夠直接使用原生4KB扇區(qū)，結(jié)束模擬512byte扇區(qū)的&qu