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【补档及勘误】高级格式和原生4K扇区,你知道吗?

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nighttob 发表于 2014-7-29 17:34 | 显示全部楼层 |阅读模式
点击数:23355|回复数:9
本帖最后由 nighttob 于 2015-5-30 18:41 编辑

此帖为本人补档,内容经过合并整理并修改,故与原帖不同


正文内容有误,请注意末尾勘误部分的说明。斜体字并下划线的部分是有误的部分(因为目前论坛没有“删除线”这个功能)。

一提到“高级格式”,很多人都知道——不就是4K扇区吗。


那么标题里面我为什么单独又列了一个“原生4K扇区”呢。

当然是这两个并不等同了。这里就做一个简单的介绍。

参考资料:
希捷:过渡到高级格式化 4K 扇区硬盘 (如果对4K扇区一无所知或者忘得差不多了,强烈建议先通读一遍)
ZDNet:企业级缓行?高级格式化4KB扇区硬盘深度解析 (就看最后一页“总结与展望”后面的内容就行,前面绝大部分是抄希捷那篇的,就是改了几个错别字……)
微软:Microsoft 对 Windows 中 4K 扇区硬盘驱动器提供的支持策略(像是机翻的……)
微软:Advanced format (4K) disk compatibility update (英文,与上一篇互补)
T13: ATA/ATAPI Command Set - 2 (英文PDF,Annex E "Implementation Guidelines For 1 024 and 4 096 Byte Sector Sizes")
(从参考资料中可以获得大量知识,我这里只提及其中很少的一部分,有能力尽量看原文)

简单来说,目前市场上存在三种扇区格式的硬盘。分别是:
硬盘类型
物理扇区大小
逻辑扇区大小
512字节原生 (512n)
512字节
512字节
512字节模拟 (512e)
4096字节
512字节
4096字节原生(4Kn)
4096字节
4096字节
(为方便描述,下文分别用“512n”、“512e”、“4Kn”指代上述三类硬盘)

其中“512e”的硬盘也就是“高级格式”硬盘,目前多数新款消费级硬盘都是这一类。要查看自己的硬盘是哪一类,可以用微软教你的方法,在Windows 8(或者打过"KB 982018"这个补丁)的命令提示符(管理员权限)里面输入
  1. fsutil fsinfo ntfsinfo X:
复制代码
"X:"就是你要查询分区的盘符。然后得到
  每个扇区字节数:
  每个物理扇区字节数:
前者是逻辑扇区大小,后者是物理扇区大小。

其他方法还有iRST控制台、AIDA64和一些磁盘工具(比如HDS)的存储硬件信息里面会写。

从参考资料里面我们可以得知,因为受到软硬件系统限制,无法直接从512n转到4Kn,所以为了顺利突破技术限制,同时给行业一个过渡期,诞生了512e这个格式。

然后我们还知道4K扇区好处多多,即使是用512e也是好处比坏处多,无非就是要做4K对齐,但这实际上都是厂商往利好于己的宣传。当然从长远来看,转向4K扇区格式是必然的,只不过这一过程中消费级又成了小白鼠。

其实物理4K扇区的好处主要体现在物理层,比如存储密度上升、ECC能力提升、持续读写更快。但这对消费者来说几乎无意义,就算希捷告诉你应用高级格式能提供额外10%的空间,你买一块1TB的硬盘,格式化以后还是931GB。这只是意味着厂商可以用更烂的碟片实现同等容量和品质了。而主要影响使用体验的是逻辑层,虽然512e最小化了对软硬件系统的冲击,但并不是说完全没有影响。比如:
    依然要求48-bit LBA寻址,这就干掉了很多老RAID卡,当然还有32位XP这种古董系统;
    更复杂的逻辑设计,逻辑512字节到物理4K字节必然需要一层转换,做的不好就会严重影响使用甚至完全不能用,像高级格式早期的某些型号硬盘(早期采用AF的西数绿盘在部分老阵列卡上有非常严重的兼容问题,很大程度就是非主流的512e策略造成的,而同期的希捷Barracuda.Green就没有问题);
    一些软件兼容上的问题,在微软的知识库文章中提到了。

如果软硬件支持得当,4Kn是可以像512n一样使用的,从而避免512e出现的一些问题,甚至可以用MBR模式支持大于2TB的硬盘。

但参考资料里面也提到了不是所有应用环境都适应整段4K读写,要实现4K对512B的完全替代还需要很多努力。当然对消费者来说,要用上4Kn的硬盘,至少得Windows 8以上的操作系统了。

目前支持4Kn的硬盘只限于部分USB外置硬盘和部分新款企业级硬盘,桌面产品还是0。虽然自2009年高级格式诞生以来,企业级产品一直对其不理不睬,但对4Kn支持却领先了消费级产品(当然也一并出了512e的产品)。几乎是同时,LSI、Adaptec等厂商也拿出了支持4Kn的RAID/HBA卡,一方面也说明了企业级环境需要更充分的软硬件配套工作。



在这里还要提醒4K对齐这个概念,这个词在高级格式HDD和SSD里面都有用到。SSD里面的4K对齐,对齐的是页(page)和块(block);高级格式HDD里面的4K对齐,对齐的是物理扇区(physical sector)。由于目前绝大部分SSD的工作模式都是模拟成HDD,所以能在检测软件中看到有逻辑扇区和物理扇区的存在,但这两个对SSD来说都是逻辑概念,跟页和块等物理属性没有对应关系虽然SSD和HDD如果4K对齐有类似的后果,但不要把这两者混为一谈。
本文一直在提“高级格式”这个词,高级格式特指物理4K扇区的512e硬盘;不要与“高级格式化”相混淆,在分区之上的格式化操作都是高级格式化。与之相对的,某些磁盘工具中的“低格”并不是“低级格式化”,只是重新初始化扇区和重映射扇区,这是一个误用。真正意义上的低级格式化是定义扇区这一级别的,会在硬盘出厂前完成,所谓“格式化后容量”或者“用户可用容量”是指低级格式化以后的,而非在Windows中创建分区并格式化后的容量。其他定义扇区级别的操作,比如SCSI硬盘由512字节/扇区重新格式化为528字节/扇区,多数情况下会导致格式化后容量降低。



补档备考

1. 将原帖补充的内容整合进主贴。

2. 增加一个早期AF问题的例子。

3. 增加一段对“低级格式化”的补充说明。




勘误

"512e"和"4Kn"这两种磁盘格式都是“高级格式”(准确地说是第一代高级格式)。

所以说“高级格式”的特征就是物理扇区大小为4096字节。

但IDEMA(International Disk Drive Equipment and Materials Association /国际磁盘驱动器设备与材料协会)的AF 512e Logo相当误导人,加上2014年以前AF 4Kn的设备相当罕见,所以我误解了“高级格式”的定义。

上面是AF 512e的Logo

然后是AF 4Kn的Logo

在此向大家致歉。

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dajing10 发表于 2014-8-6 20:01 | 显示全部楼层
看了才知道,我原来还以为AF是原生4K
zhseven 发表于 2014-9-2 13:56 | 显示全部楼层
学习了,好帖子~
keylizi 发表于 2014-9-2 20:45 | 显示全部楼层
我可以说没有看懂么?也许我该慢慢看一下。
haierccc 发表于 2014-9-4 20:02 | 显示全部楼层
原来如此啊,原来“高级格式”居然还是512B的扇区。
而且,“高级格式”的翻译比较好,和建立文件系统的“高级格式化”区分开了。
aspirants 发表于 2014-9-12 20:08 | 显示全部楼层
这下真的是学到东西了。
dubai 发表于 2014-9-12 20:34 | 显示全部楼层
学习了。

谢谢
nighttob  楼主| 发表于 2015-5-30 18:40 | 显示全部楼层
勘误

"512e"和"4Kn"这两种磁盘格式都是“高级格式”(准确地说是第一代高级格式)。

所以说“高级格式”的特征就是物理扇区大小为4096字节。

但IDEMA(International Disk Drive Equipment and Materials Association /国际磁盘驱动器设备与材料协会)的AF 512e Logo相当误导人,加上2014年以前AF 4Kn的设备相当罕见,所以我误解了“高级格式”的定义。

上面是AF 512e的Logo

然后是AF 4Kn的Logo

在此向大家致歉。
grayren 发表于 2015-7-26 01:37 | 显示全部楼层
这个512e的过渡对消费者没什么意义啊。
shikkoku 发表于 2015-7-26 07:30 | 显示全部楼层
我的西数绿盘……算是512e了?

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