GPT и WD Advanced format / Хабр

Gpt и wd advanced format

Одна из внезапных проблем при использовании

GPT

— (если мы хотим увидеть приличную скорость записи) необходимость руками подстраивать положение раздела на дисках WD с Advanced format. Суть Advanced Format проста: внутри диск имеет 4к сектора, наружу они эмулируются как 512-байт. Если мы делаем запись двух секторов в пределах одного 4к блока, он записывается один раз. Если мы делаем запись двух секторов так, что задеваем два 4к-сектора — диску приходится читать два сектора, обновлять информацию и записывать их обратно. Плохо и медленно. Современные ОС используют 4к блоки для записи, так что если мы попадём правильно, то каждая операция записи будет просто записью, без чтения. Если же мы попадём неровно (например, 2кб из первого сектора и 2кб из второго), то мы получим огромные тормоза (см ссылку внизу на сайт IBM с статистикой «торможения» при ошибках в разметке).

WD, когда размышляла насчёт 512 VS 4k, не учла, что помимо MBR есть ещё GPT. В случае 2Тб дисков MBR ещё терпит, однако, впереди диски на 3Тб, и в них MBR просто математически не сможет обеспечить разделы и переход на GPT неизбежен.

Так что проблему GPT и WD нужно учитывать уже сегодня. Основным инструментом для манипуляций с GPT в настоящий момент является parted и его графическая версия gparted. К сожалению, gparted не умеет того, что нам нужно, так что всё последующее описывает использование parted.

Основная мысль: Все величины (начало, конец раздела) должны быть кратны 4кБ, или, что чуть проще, 8 секторам. Это требование WD advanced format.

Сама GPT занимает некоторый объём (33 сектора: 32 сектора GPT, 1 сектор — фальшивый MBR-затычка), так что первое кратное 8 число, с которым мы можем работать — 40 секторов. Оконечное число зависит от ёмкости диска, но тоже, желательно, кратное 8. Кроме того, GPT дублируется в конце диска, так что место в конце диска так же будет «обкусано».

Для наилучшей производительности нужно учесть размер PE для LVM — 4Mb (8192 сектора) и установить размер тома кратным количеству PE. В результате всех этих манипуляций мы потеряем чуть-чуть места (меньше 8Мб), но зато получим быстрый том, у которого будут отсутствовать «unused» килобайты в описании в LVM.

Помимо этого есть ещё мнение самого gparted, о том, что лучшее положение тома — кратно мегабайтам. Таким образом, итоговые требования звучат так: том должен начинаться и заканчиваться на величинах, кратных 4Мб.

Итак, создание LVM тома на WD’шном диске с Advanced Format:

# parted /dev/sdx

mklabel gpt
оздание таблицы разделов GPT

unit s
#считать место в секторах.

print
>Disk /dev/sdx: 3907029168s
вывести информацию о винте.

В этом выводе нас интересует количество секторов, обратите внимание, так как у нас WD’шный диск, то число секторов просто обязано быть кратным 8. Если оно не кратно 8 — либо это не Advanced Format, либо кто-то играется с джамперами, либо ещё что-то страшное случилось (например, вы ошиблись винтом и только что командой mklabel gpt снесли содержимое диска с самым ценным).

Считаем наши значения: самое старшее, кратное 8192 секторам — 3907026944. Кстати, тут небольшой мухлёж, мы теряем место не два раза, а один, т.к. общий размер нашего тома будет 3907029168-8192 сектора.

mkpart primary 8192 3907026944
Если появится надпись

>Warning: You requested a partition from 39s to 3907029167s.
>The closest location we can manage is 39s to 3907029134s.
>Is this still acceptable to you?
>Yes/No?

То это означает, что вы ошибись с математикой и нужно пересчитать заново.

После создания раздела можно выйти из parted и выполнить обычные ритуалы LVM: pvcreate, vgexpand и т.д.

Литература:

Обзор

В отрасли жестких дисков происходят серьезные перемены. В то время как в прошедшие годы наблюдался стремительный рост плотности хранения данных, один из базовых параметров конструкции жестких дисков — размер логического блока, называемого сектором — оставался неизменным.

Примерно с 2022 года производители жестких дисков начали переход от традиционного размера сектора (512 байт) к новому, более эффективному размеру 4096 байт. Его обычно называют размером 4 КБ, а теперь он получил название Advanced Format (расширенный формат), присвоенное Международной ассоциацией производителей жестких дисков IDEMA.

В этой статье рассказывается о причинах такого перехода и перспективных преимуществах для потребителей, а также о возможных «подводных камнях», которых следует избегать при переходе от секторов размером 512 байт к секторам размером 4 КБ.

:/>  MMC.EXE ЗАБЛОКИРОВАН ИЗ-ЗА ВАШЕЙ ОШИБКИ ЗАЩИТЫ НА WINDOWS 10 [ИСПРАВИТЬ] - ИСПРАВЛЯТЬ - 2021

Организация перехода к секторам размером 4 кб в ос linux

Основная стратегия перехода к секторам размером 4 КБ в Windows применима и в ОС Linux. У большинства пользователей Linux есть доступ к исходным кодам операционной системы, что дает им возможность подстраивать ее поведение под свои потребности. Это дает возможность заранее обновить ОС Linux для правильной работы с жесткими дисками нового формата.

Если внести нужные изменения в ОС Linux, то можно предупредить большинство проблем, связанных с выравниванием разделов в соответствии с новым форматом дисков и возникновением «карликовых» запросов на запись, которые создает операционная система.

Как в ядре, так и в дополнительных средствах Linux сделаны необходимые изменения для поддержки дисков нового формата. Эти изменения обеспечивают точное выравнивание всех разделов на дисках нового формата по границам секторов размером 4 КБ. Поддержка дисков нового формата в ядре ОС реализована начиная с версии 2.6.31.

Fdisk: GNU Fdisk — это инструмент командной строки для разбиения жестких дисков на разделы. Начиная с версии 1.2.3 поддерживаются диски нового формата.

Parted: GNU Parted — это графическое средство для разбиения жестких дисков на разделы. Начиная с версии 2.1 поддерживаются диски нового формата.

Переход к секторам размером 4 кб (расширенный формат)

В индустрии хранения данных уже несколько лет ведутся совместные работы над переходом к секторам большего размера. Компания Seagate вместе с партнерами проводит масштабные работы в этом направлении с 2005 года (рис. 3). В декабре 2009 года в результате совместных усилий IDEMA был создан и утвержден новый формат Advanced Format.

Это название стало официальным для стандарта секторов размером 4 КБ. Кроме того, все производители жестких дисков договорились начать поставки новых моделей накопителей этого формата для настольных и переносных ПК к январю 2022 года. Однако накопители расширенного формата появились на рынке даже раньше.

GPT и WD Advanced format / Хабр
Рис. 3. Основные вехи разработки стандарта Advanced Format

Перспективные преимущества секторов размером 4 кб

Поскольку производители жестких дисков договорились перейти к новому формату секторов к январю 2022 года, остальным участникам отрасли ИТ нужно было подготовиться к этому переходу, чтобы избежать возможных негативных последствий. В краткосрочной перспективе преимущества таких дисков были не слишком заметны конечным пользователям, потому что новый формат не привел к моментальному увеличению емкости, однако в долгосрочной перспективе переход на секторы размером 4 КБ позволил увеличивать плотность записи данных и емкость жестких дисков, а также повышать надежность исправления ошибок.

Повышение эффективности формата за счет сокращения пространства, занимаемого кодом исправления ошибок

На рис. 4 показана структура традиционного сектора размером 512 байт, из которой видно, что для каждого 512-байтного сектора на диск дополнительно записываются 50 байт, содержащие код исправления ошибок, и еще 15 байт с интервалом, кодом синхронизации и меткой адреса. В результате эффективность секторного1 формата составляет примерно 88% (512/(512 65)).

GPT и WD Advanced format / Хабр
Рис. 4. Структура традиционного сектора размером 512 байт

В новом стандарте Advanced Format размер сектора составляет 4 КБ, то есть восемь традиционных секторов размером 512 байт каждый объединяются в один сектор размером 4 КБ (рис. 5).

GPT и WD Advanced format / Хабр
Рис. 5. Новый формат: структура сектора размером 4 КБ

В новом формате под интервал, код синхронизации и метку адреса отводится столько же места, сколько и раньше, а код исправления ошибок увеличен до 100 байт. В результате эффективность секторного1 формата увеличивается до 97% (4096/(4096 115)), то есть почти на 10%.

Со временем такое повышение эффективности формата окупится и поможет добиться большей емкости и повышения целостности данных.

Надежность и исправление ошибок

Физический размер секторов на дисках уменьшается, и каждый сектор занимает все меньше места, в то время как размеры дефектов поверхности остаются прежними. На рис. 6 показаны предметы, которые мы считаем очень мелкими. Однако по сравнению с величиной зазора между головкой чтения-записи и поверхностью жесткого диска эти предметы оказываются большими.

GPT и WD Advanced format / Хабр
Рис. 6. Величина зазора между головкой и жестким диском в масштабе

В секторе размером 4 КБ нового формата Advanced Format размеры блока ECC увеличены почти вдвое2, с 50 до 100 байт, что обеспечило давно ожидаемое повышение эффективности исправления ошибок и устойчивости к мелким частицам и дефектам поверхности.

Таким образом, совместный выигрыш от возросшей эффективности нового формата и повышения надежности исправления ошибок делает переход на сектора размером 4 КБ вполне оправданным. Главная задача производителей жестких дисков — правильно организовать этот переход, чтобы в перспективе достичь наибольшей отдачи с минимальными побочными эффектами.

:/>  Режим дня 10 месячного ребенка на грудном вскармливании

Подготовка и организация перехода к секторам размером 4 кб

Теперь, когда преимущества перехода к секторам размером 4 КБ, а также возможное влияние такого перехода на производительность понятны, настало время определить наилучший способ организации перехода. Правильнее всего обсуждать эту тему в контексте двух самых популярных современных операционных систем: Windows и Linux.

Организация перехода к секторам размером 4 КБ в ОС Windows

Самый главный вопрос организации перехода к секторам размером 4 КБ — это вопрос соответствия физической и логической структуры, уже рассмотренный выше. Диски нового формата хорошо работают в состоянии «Выравнивание 0», в котором физическая и логическая начальные точки совпадают.

  1. Версии ОС Windows.
  2. Специальные средства разбиения жесткого диска на разделы.

Когда разделы созданы ОС Windows, следует рассмотреть три версии этой ОС: Windows XP, Windows Vista и Windows 7. Компания Microsoft участвовала в обсуждении и планировании перехода к большему размеру сектора. В результате начиная с Windows Vista с пакетом обновления Service Pack 1 в ее продуктах появилась поддержка секторов размером 4 КБ.

Версия операционной системыПоддержка секторов размером 4 КБРезультаты
Windows XPНетСоздается первичный раздел в состоянии «Выравнивание 1» (без выравнивания)
Windows Vista — без пакета обновления Service Pack 1НетПоддерживаются сектора большого размера, но разделы создаются неправильно (без выравнивания)
Windows Vista — с пакетом обновления Service Pack 1 или более поздней версииДаСоздаются разделы в состоянии «Выравнивание 0» (с выравниванием)
Windows 7ДаСоздаются разделы в состоянии «Выравнивание 0» (с выравниванием)
Windows 10ДаСоздаются разделы в состоянии «Выравнивание 0» (с выравниванием)

Очевидно, что новые компьютеры с последними версиями Windows лучше всего подготовлены к использованию жестких дисков нового формата. Однако на компьютерах с Windows XP или Windows Vista без пакета обновления Service Pack 1 существует значительный риск снижения производительности при использовании разделов, созданных операционной системой.

Помимо риска несоответствия логической и физической структуры диска при использовании старых версий ОС Windows, существует несколько средств, которыми активно пользуются сборщики систем, производители вычислительной техники, реселлеры и ИТ-менеджеры.

Использование этих средств также может стать причиной несоответствия между логической и физической структурой диска. Фактически чаще можно встретить разделы, созданные с помощью этих средств, чем с помощью ОС Windows. Поэтому велик риск создания разделов, в которых логическая структура не соответствует физической, что приводит к потере производительности при использовании дисков с размером сектора 4 КБ.

Еще больше эта проблема осложняется тем, что сегодня поставляемые вместе с компьютерами жесткие диски обычно содержат несколько разделов. Это означает, что каждый из разделов такого диска должен быть создан с помощью программы с поддержкой секторов размером 4 КБ, чтобы обеспечить соответствие между логической и физической структурой, а значит, и высокую производительность. На рис.

GPT и WD Advanced format / Хабр
Рис. 10. Несколько разделов и условия выравнивания

Последствия перехода на сектора размером 4 кб

Как уже отмечалось, во многих случаях современные компьютерные системы по-прежнему исходят из того, что размер сектора всегда равен 512 байтам. При переводе целой отрасли на новый стандарт 4 КБ нельзя ожидать, что все эти устаревшие предположения тут же изменятся.

Конечно, со временем произойдет переход к использованию секторов размером 4 КБ, когда и компьютер и жесткий диск будут при обмене данными использовать блоки именно такого размера. Но до этого момента производителям жестких дисков придется организовывать переход на сектора размером 4 КБ с использованием приема, называемого эмуляцией секторов размером 512 байт.

Эмуляция секторов размером 512 байт

Внедрение секторов размером 4 КБ во многом зависит от технологии эмуляции секторов размером 512 байт. Этим термином называют процесс преобразования данных из нового формата с размером сектора 4 КБ, используемого новыми дисками, в традиционный формат с размером сектора 512 байт, используемый компьютерами.

Эмуляция секторов размером 512 байт допустима, поскольку не требует серьезных изменений в существующих компьютерных системах. Однако она может привести к снижению производительности, особенно при записи данных, размер которых не кратен восьми традиционным секторам.

Процессы чтения и записи при эмуляции

Процесс чтения данных из секторов размером 4 КБ в режиме эмуляции секторов размером 512 байт оказывается достаточно простым, как это видно на рис. 7.

GPT и WD Advanced format / Хабр
Рис. 7. Возможная последовательность чтения данных в режиме эмуляции секторов размером 512 байт

Чтение блока данных размером 4 КБ и переформатирование конкретного сектора размером 512 байт, запрошенного компьютером, выполняется в динамической памяти диска и не оказывает заметного влияния на производительность.

:/>  Как открыть редактор реестра в Windows 7

Процесс записи может оказаться несколько сложнее, особенно когда данные, которые компьютер пытается записать на диск, являются подмножеством физического сектора размером 4 КБ. В этом случае жесткий диск сначала вынужден считать нужный сектор размером 4 КБ целиком, объединить считанные данные с новыми и затем записать весь сектор размером 4 КБ (рис. 8).

GPT и WD Advanced format / Хабр
Рис. 8. Возможная последовательность записи данных в режиме эмуляции секторов размером 512 байт

Жесткому диску приходится выполнять дополнительные механические действия — чтение сектора размером 4 КБ, изменение его содержимого и запись данных. Этот процесс называется циклом «чтение-изменение-запись» и является нежелательным из-за негативного влияния на производительность диска.

Предотвращение циклов «чтение-изменение-запись»

  1. Запросы на запись не выровнены по границам секторов из-за несоответствия логической структуры раздела диска его физической структуре
  2. Запросы на запись с объемом данных меньше 4 КБ.

Соответствие и несоответствие логической и физической структуры разделов

Разделы с несоответствием между логической и физической структурой

Есть три способа избежать несоответствия между логической и физической структурой диска или исправить это несоответствие, чтобы предупредить потери производительности.

  1. Использовать новую версию ОС Windows или приобрести средство разбиения на разделы с поддержкой секторов размером 4 КБ.
  2. Выровнять разделы жесткого диска с помощью специального средства.
  3. Положиться на поставщика жесткого диска в части производительности, независимо от состояния структуры диска.

Использование версии Windows с поддержкой секторов размером 4 КБ — это самый простой и короткий путь обеспечить соответствие между логической и физической структурой диска. Поставщики других средств разбиения на разделы могут сообщить вам, существуют ли версии их средств с поддержкой секторов размером 4 КБ. Если такие версии есть, переходите на них, чтобы предупредить возникновение проблем.

Некоторые производители жестких дисков предлагают специальные средства, позволяющие проверить структуру разделов на жестком диске и изменить выравнивание разделов при необходимости. Для этого нужно потратить дополнительное время и выполнить дополнительные действия при сборке или обновлении компьютера.

Наконец, производители жестких дисков будут разрабатывать все более совершенные способы работы с разделами, в которых есть несоответствие между логической и физической структурой. Эти способы помогут избежать потерь производительности.

По мере роста популярности расширенного формата применяются все три способа, и каждый из них помогает потребителям добиться наибольшего полезного эффекта и избежать потерь производительности.

Сноски

1 Секторный формат относится только к секторам данных и не рассматривает дополнительное пространство, занимаемое служебными данными, и другое неэффективно используемое дисковое пространство.

2 Не в каждой реализации секторов размером 4 КБ при переходе от секторов размером 512 байт область исправления ошибок увеличивается ровно в два раза.

Заключение

Индустрия ИТ неизбежно отказывается от традиционного размера секторов 512 байт. Производители жестких дисков договорились внедрить расширенный формат не позднее января 2022 года для новых моделей жестких дисков для портативных и настольных компьютеров.

Разработчики жестких дисков продолжают увеличивать плотность записи данных и повышать надежность исправления ошибок. Потребители получают преимущества, поскольку жесткие диски, как и прежде, обладают самой большой емкостью и лучшей удельной стоимостью, а также традиционно ожидаемой от них надежностью.

Залогом безболезненного перехода стало обучение пользователей систем хранения данных, чтобы те смогли избежать «подводных камней». Самым главным условием успешного перехода к секторам размером 4 КБ является распространение средств разбиения жестких дисков на разделы, поддерживающих секторы размером 4 КБ.

  • Создавать разделы жесткого диска с помощью Windows Vista (с пакетом обновления Service Pack 1 или новее) или Windows 7.
  • При использовании стороннего ПО и средств для создания разделов на жестком диске удостовериться у производителя этих средств, что используемая версия поддерживает сектора размером 4 КБ.
  • Если какой-либо заказчик регулярно создает и использует образы жестких дисков, убедиться, что используемое ПО для создания образов поддерживает сектора размером 4 КБ.
  • При использовании Linux удостовериться у поставщика версии Linux или в обслуживающей организации, что в ОС сделаны необходимые изменения для поддержки секторов размером 4 КБ.
  • Обратиться к своему поставщику жестких дисков за рекомендациями и советами по применению жестких дисков нового формата.

Вместе с нашими коллегами по отрасли и заказчиками мы можем обеспечить безболезненный и эффективный переход к новому формату жестких дисков с размером сектора 4 КБ и воспользоваться перспективными преимуществами для всей отрасли систем хранения данных.

Оставьте комментарий

Adblock
detector