`

СПЕЦИАЛЬНЫЕ
ПАРТНЕРЫ
ПРОЕКТА

Архив номеров

Как изменилось финансирование ИТ-направления в вашей организации?

Best CIO

Определение наиболее профессиональных ИТ-управленцев, лидеров и экспертов в своих отраслях

Человек года

Кто внес наибольший вклад в развитие украинского ИТ-рынка.

Продукт года

Награды «Продукт года» еженедельника «Компьютерное обозрение» за наиболее выдающиеся ИТ-товары

 

Western Digital Advanced Format: осторожный дебют

Статья опубликована в №18 (729) от 25 мая

+22
голоса

Традиционный путь развития жестких дисков основывается на постепенном увеличении плотности записи на магнитные пластины, однако он сопряжен с большими затратами времени, усилий и средств. Поэтому разработчикам приходится обращаться к новым технологиям.

Western Digital Advanced Format осторожный дебют

Формат будущего

Восьмая ревизия стандарта ATA/ATAPI предусматривает введение двух новых параметров, ранее не использовавшихся для жестких дисков: Long Physical Sector и Long Logical Sector. Первый подразумевает, новую разметку магнитной пластины на этапе литографии: вместо традиционных секторов по 512 байт будут применяться более емкие. LLS означает логический сектор, к которому обращается ОС при файловых операциях.

Каждая ячейка на магнитной пластине снабжается служебной зоной Sync/DAM, предназначенной для позиционирования головок, зоной ECC, хранящей коды коррекции ошибок, также между всеми ячейками есть небольшой «буферный» промежуток. Объем зоны ECC и эффективность алгоритмов восстановления данных – один из ключевых факторов, влияющих на надежность хранения и скорость работы HDD. Сегодня типичным объемом зоны ECC считают 40 байт на каждый 512-байтовый сектор. При дальнейшем увеличении емкости пластин придется удвоить этот показатель, чтобы повысить шансы успешного восстановления.

Главное преимущество перехода на использование длинных секторов заключается в том, что он позволяет уменьшить число зон Sync/DAM и межсекторных промежутков во столько же раз, во сколько они длиннее обычных 512-байтовых, однако на самом деле это верхушка айсберга. Специфика алгоритмов восстановления данных по кодам ECC такова, что чем больший объем был считан, тем они эффективнее. На практике это означает, что если для одного 512-байтового сектора необходимо 40 байт ECC, то для 4 КБ достаточно уже 100 байт, и экономия при этом составит 220 байт. В сумме с другими служебными зонами, по данным WD, уже на современных HDD эффективность использования дискового пространства увеличивается на 7–11%, а по сравнению с будущими дисками с 80-байтовыми зонами ECC – на все 22%.

Есть у LPS/LLS и менее явные достоинства: устраняется лимит на емкость раздела более 2 TiB, существующий при 32-битовой адресации и 512-байтовых секторах; большая эффективность алгоритмов коррекции ошибок означает, что быстродействие при чтении вырастет; уменьшенное в восемь раз число логических секторов приведет к радикальному уменьшению размера таблиц адресации и неизбежному росту эффективности работы контроллера при высокой нагрузке. Правда, речь об этом пока не идет.

Western Digital Advanced Format – вовсе не простое маркетинговое название LPS/LLS. Дело в том, что работу с физическими секторами по 4 КБ поддерживают не все ОС: в семействе Windows она появилась лишь с Vista, Server 2008 и 7, а остающиеся популярными XP и Server 2003 этой возможности лишены. В стане Mac OS и Linux все оптимистичнее: все нынешние версии этих ОС нормально работают с длинными секторами. Актуален вопрос обратной совместимости и на аппаратном уровне: контроллеры дисков также должны поддерживать длинные ячейки. Поэтому WD пошла на сложный, однако необходимый шаг: в жестких дисках компании, использующих Advanced Format, на уровне контроллера реализована эмуляция обычных 512-байтовых секторов из физических 4-килобайтовых.

Western Digital Advanced Format осторожный дебют
Структура пластины с ячейками по 512 байт (вверху), с длинными секторами по 4 КБ (в центре) и эмуляция коротких секторов в WD Advanced Format (внизу)

Накопитель при инициализации сообщает материнской плате, что по-прежнему используются короткие ячейки, а при получении от файловой системы логического адреса блока (LBA) транслирует его в адрес физического сектора. В результате появляется полная совместимость со старыми ОС, но возникают и свои сложности. Во-первых, эта эмуляция требует дополнительной операции на пути между запросом на чтение/запись и осуществлением этой операции. Во-вторых, она вызывает дополнительную нагрузку на вычислительное ядро контроллера диска. В-третьих, в любом случае теперь при записи даже 512 байт данных физически диску придется считать 4 КБ, 3,5 КБ из них оставить, 512 байт изменить и снова все записать (очень похоже на write amplification в SSD). И наконец, самое важное – появляется главная проблема – огромное падение производительности при использовании неправильно созданных разделов.

Дело в том, что старые операционные системы (до Vista) при создании раздела начинают разметку с блока №63. Для HDD с секторами по 512 байт никакой проблемы нет – каждая из ячеек существует физически и может быть адресована напрямую. Для 4-килобайтовых ячеек начало с нечетного логического сектора означает, что кластер файловой системы будет размещен сразу на двух физических ячейках, и тогда, если диску нужно считать или записать n кластеров, на самом деле придется обращаться к n+1 ячейке. Поэтому крайне важно, чтобы созданный раздел был «выровнен» с физическими ячейками.

Выравнивание разделов – залог быстродействия

Добиться этого WD предлагает несколькими способами. Первый – можно просто замкнуть 7 и 8 контакты диска перемычкой. Тогда контроллер при адресации станет прибавлять 1 к получаемому от ОС LBA (соответственно, при обращении в LBA63 HDD на самом деле обратится в 64-й логический сектор), весь массив адресов сдвинется и совпадет с физическими ячейками. Этот вариант работает только в случае создания единственного раздела и только до разметки диска, если установить перемычку после нее – раздел перестанет распознаваться, если создать второй раздел – он не будет выровнен, поскольку между ним и первым снова будет промежуток в 63 логических сектора.

Второй, более универсальный вариант, предполагает использование утилиты WD Align, доступной бесплатно с сайта производителя. Она разработана компанией Paragon Software, известной своим ПО для работы с дисками, и позволяет «на лету» выровнять разделы в соответствии с физическими секторами без потери данных и необходимости их куда-либо копировать. Поддерживается работа как с загрузочного диска (при этом операция пройдет быстрее), так и прямо из-под работающей ОС (выравнивание происходит после перезагрузки, аналогично клонированию раздела). При этом уже записанные файлы копируются на новое место (скорость при этом примерно соответствует обычному копированию), а пустое пространство просто быстро переразмечается с внесением соответствующих изменений в MFT. К примеру, пустой раздел емкостью 2 ТБ был выровнен примерно за 3 минуты. При запуске утилита проверяет, действительно ли используется диск с Advanced Format и раздел не выровнен, поэтому риска случайного выравнивания нормального раздела нет.

Тестирование

На сегодняшний день единственными HDD с Advanced Format являются Western Digital Caviar Green с суффиксом EARS в названии модели. Что характерно, это первые накопители экономичной серии, в которых применен буфер емкостью 64 МБ – необходимость оперировать 4-килобайтовыми блоками диктует повышенные требования к кэшу.

Western Digital Advanced Format осторожный дебют
Western Digital Advanced Format осторожный дебют

Мы протестировали топовую модель этой серии – WD Caviar Green WD20EARS емкостью 2 ТБ – как с выровненным, так и с невыровненным разделами. Для сравнения был взят HDD WD AV-GP WD20EVDS – аналог Caviar Green, позиционируемый как накопитель для медиасерверов, записывающих устройств и т. п. Этот диск использует пластины с обычными секторами и оснащен буфером емкостью 32 МБ.

Как видно из диаграмм, на ли-нейные операции необходимость трансляции логических адресов в физические на уровне контроллера практически не влияет. WD-20EARS демонстрирует неплохую производительность, заметно опережая своего собрата. Сложно сказать, чем обусловлено это превосходство: более емким буфером, повышенной итоговой плотностью записи из-за отсутствия большинства сервисных зон или просто особенностями прошивки

Судя же по показателям времени доступа на чтение и запись, эмуляция 512-байтовых секторов при адресации сказывается очень сильно: если для чтения они еще терпимы (20,5 мс у WD20EARS против 17,4 мс у WD20EVDS), то при записи этому диску не помогает даже кэширование – почти 33 мс ставят крест на возможности использования этого HDD в качестве системного.

Хуже всего показатели производительности при работе с мелкими файлами: вплоть до размера блока 16 КБ WD20EARS записывает их со скоростью ниже 6 МБ/с (4 КБ, которым равен один кластер файловой системы, пишутся в среднем при 1,4 МБ/с, а пресловутые 512 байт – вообще на смехотворных 50 байтах в секунду). Причина проста: чем меньше файлы и чем их больше, тем выше нагрузка на контроллер, которому приходится все переадресовывать. Лишь начиная с 32 КБ эффективность резко возрастает – аж до 92,6 МБ/с.

Диаграммы Intel NAS Performance Toolkit намекают, что WD стоит не просто наклеивать на упаковку своих новых HDD скромную инструкцию о том, как их размечать, а не мешало бы делать это крупными красными буквами. Скорость записи на невыровненный раздел по сравнению с правильно размеченным HDD отличается почти в 4 раза!

Однозначные выводы делать сложно: действительно, переход на секторы емкостью 4 КБ – оправданная и давно назревшая мера, преимуществ у этого подхода много, а недостаток всего один – несовместимость с ОС прошлых поколений. Бороться с ним можно как активно (именно это делает WD), так и пассивно – выжидая, когда инсталляционная база ПК с ограничениями на использование подобных HDD станет пренебрежимо малой. Скорее всего этот момент настанет ближе к 2014 г., когда Microsoft окончательно прекратит поддержку Windows XP. Но это не означает, что до тех пор мы сможем наблюдать новую технологию только в виде Advanced Format, вполне вероятно, что накопители более высокого класса будут выпущены с отключенной эмуляцией и позиционированием на новые ПК, работающие под управлением современных ОС.

Что касается конкретных HDD Western Digital Caviar Green серии EARS, то, рассматривая их для варианта покупки, нужно быть осторожным: они подойдут только в качестве хранилища, если же планируется мало-мальски серьезная нелинейная нагрузка – стоит обратить внимание на традиционные модели с суффиксом EADS. В данном же случае перед нами скорее «полевое испытание» новой технологии.

Дополнительные материалы:

Western Digital Advanced Format осторожный дебют

Western Digital Advanced Format осторожный дебют

Western Digital Advanced Format осторожный дебют

Western Digital Advanced Format осторожный дебют

+22
голоса

Напечатать Отправить другу

Читайте также

 
 
IDC
Реклама

  •  Home  •  Рынок  •  ИТ-директор  •  CloudComputing  •  Hard  •  Soft  •  Сети  •  Безопасность  •  Наука  •  IoT