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本月早些時候,我們已經報道過西部數據將引入『先進格式化』(Advanced Format)技術,把硬盤行業期待已久的4KB扇區技術引入實用。日前,我們又得到了關於該技術的更多詳細信息。由於這樣一項技術既牽扯到硬盤固件、分區格式,也影響到操作系統,西部數據希望在低調推出產品前,首先進行一番普及教育,讓用戶更多的了解該技術,避免今後的使用問題。這或許也就是我們目前還沒有在市場上見到新款綠盤的原因吧。
硬盤行業實際上早在十多年前就開始計劃4KB扇區技術。在硬盤容量以MB計的年代,每扇區512byte顯得非常合適。但隨著技術的進步,硬盤容量的增大,依舊保持512byte的扇區尺寸已經越來越不合時宜。具體來看,隨著存儲密度(Areal Density)的增大,磁頭讀取磁盤時的信噪比(SNR)會出現明顯的下降,也就是說讀取時會更容易出現錯誤。因此必須加入ECC校驗碼來保證數據可靠性,但ECC數據實際上消耗了磁盤上可用的存儲空間,有時甚至可能把存儲密度上昇帶來的多餘空間完全抵消掉了。
更關鍵的問題在於,ECC校驗實際上在更大數據量的扇區尺寸下效率更高。比如,512byte的一個扇區需要40byte的ECC校驗區,而4KB扇區只需要100byte,直接節省了40x8-100=220byte的存儲空間。另外,更大的扇區還能讓糾錯時一次性更改更大量的數據,讓『突發糾錯』(burst error correction)效率更高。
為什麼選用4KB而不是2KB、8KB來替代512byte扇區?這是因為4KB在計算機系統中的特殊地位。在x86架構中,通常情況下內存的分頁(Page)容量即為4KB,而在磁盤文件系統中,包括NTFS、EXT3和HFS+格式的簇(cluster)容量也同樣是4KB。這樣一來,用4KB的磁盤扇區中讀取的數據可以正好裝滿一個內存頁,也映射著磁盤分區中的一個簇,自然是最佳選擇。
對於消費者來說,4KB扇區技術的最大裨益就是更大的格式化容量。西部數據稱,『先進格式化』可以讓磁盤格式化效率(格式化後容量)提昇7%到11%,同時ECC校驗效率提昇50%,整體容錯能力提昇兩個數量級。因此,新技術還會讓磁盤的可靠性明顯提昇。
不過,為了保證512byte扇區到4KB扇區的平穩過渡,目前西數使用了一種模擬技術,將一個4KB的邏輯扇區在固件中模擬為8個512byte的邏輯扇區,保證操作系統兼容性。但這樣依然存在問題,即扇區和簇的『校准』。
如果文件系統的4KB簇正好對應了一個4KB扇區,則一切正常。但如果簇對應的8個512byte邏輯扇區橫跨在兩個4KB物理扇區中,此時讀寫一個簇就需要操作兩個扇區,帶來明顯的轉換延遲。根據硬盤行業組織IEDMA(國際磁盤驅動器設備與材料協會)的測試,這種情況尤其會嚴重影響磁盤的隨機寫入性能。