Apa gunanya hard drive melaporkan ukuran sektor fisiknya?

Saya memiliki SSD yang dapat dikonfigurasi untuk melaporkan ukuran sektor fisiknya ke OS dengan dua cara berbeda:

Opsi 1: Logis = 512 Bytes, Fisik = 512 Bytes

Opsi 2: Logis = 512 Bytes, Physical = 4096 Bytes (4K)

Apa manfaat yang diperoleh OS dengan mengetahui ukuran sektor fisik 4K, dengan mempertimbangkan:

• OS harus berbicara dengan drive dalam sektor 512-byte tanpa memperhatikan

• Semua OS modern sejajar dengan 4K dan memanfaatkan 4K atau kelipatan 4K I / O terlepas

Pengaturan ini sepertinya tidak ada gunanya, karena OS modern sudah dioptimalkan untuk drive sektor 4K. OS modern tidak perlu "bertanya" drive apakah sektornya 512b atau 4K, karena OS melakukan semuanya dengan cara yang ramah 4K secara default.

Sebagai contoh, Windows 7 menyelaraskan partisi ke 1MB (kelipatan 4K), ukuran kluster NTFS adalah 4K atau kelipatannya, dan semua I / O dilakukan dalam 4K atau kelipatannya. Windows tidak peduli apa hard drive yang Anda miliki, itu akan menerapkan perilaku di atas dalam semua kasus.

Ngomong-ngomong ... SSD saya memiliki pengaturan "ukuran sektor fisik" ini dan jadi pasti ada di sana untuk beberapa alasan bagus ... itulah alasan saya mencari ini.

BTW, untuk apa nilainya, drive ini adalah Intel SSD DC S3510 . Lembar data drive mengatakan ini (halaman 27):

Dengan menggunakan perintah SCT 0xD801 dengan State = 0, Option = 1, ID Word 106 dapat diubah dari 0x6003 menjadi 0x4000 (ukuran sektor fisik 4KB menjadi perubahan ukuran dukungan sektor fisik 512B).

Emulasi 512-byte dimaksudkan untuk kompatibilitas dengan sistem yang lebih lama. Namun, penulisan yang hanya melibatkan sebagian sektor fisik 4K dapat menyebabkan penurunan kinerja karena sektor ini perlu dibaca dan dimodifikasi sebelum dapat ditulis.

Ketika sistem operasi lama mencoba menulis ke disk Format Lanjutan, masalah kinerja dapat muncul karena sektor logis yang ditulis mungkin tidak cocok dengan sektor fisik.

• Ketika hanya bagian dari sektor fisik 4K dibaca, data hanya dibaca sektor fisik dan tidak ada pengurangan kinerja. Namun, ketika sistem mencoba menulis ke bagian dari sektor fisik (mis. Sektor 512 byte yang ditiru daripada seluruh sektor fisik), hard drive perlu membaca keseluruhan sektor fisik, memodifikasi bagian yang diubah di internal hard drive memori, dan tulis kembali ke piring-piring. Ini disebut baca-modifikasi-tulis ( RMW ), suatu operasi yang membutuhkan rotasi tambahan dari disk dan karenanya mengurangi kinerja. Seagate menjelaskan ini sebagai berikut :

[...] hard drive pertama-tama harus membaca seluruh sektor 4K yang berisi lokasi yang ditargetkan dari permintaan penulisan host, menggabungkan data yang ada dengan data baru dan kemudian menulis ulang seluruh sektor 4K:

Dalam hal ini, hard drive harus melakukan langkah-langkah mekanis tambahan dalam bentuk membaca sektor 4K, memodifikasi konten, dan kemudian menulis data. Proses ini disebut siklus baca-modifikasi-tulis, yang tidak diinginkan karena memiliki dampak negatif pada kinerja hard drive.

Partisi disk yang tidak selaras dengan batas 4K dapat menyebabkan kinerja yang menurun juga.

• Secara tradisional, partisi pertama pada hard disk dimulai pada sektor 63. Windows XP dan sistem operasi yang lebih lama mempartisi disk dengan cara ini. Versi Windows yang lebih baru akan membuat partisi pada batas 1 MB, memastikan keselarasan yang tepat dengan sektor fisik. Ini disebut Alignment 0 .

  • Angka ganjil ini adalah artefak dari pengalamatan sektor kepala silinder (CHS) yang digunakan dalam INT 13h , API BIOS lama yang digunakan untuk akses disk. Pada sistem lama dan bootloader yang menggunakan API INT 13h, semua partisi harus dimulai dan berakhir pada batas silinder. Bahkan setelah pengalamatan blok logis (LBA) diperkenalkan, nilai CHS palsu (yang tidak sesuai dengan geometri disk sebenarnya) digunakan untuk mempertahankan kompatibilitas dengan API lama. Karena pengalamatan CHS pada awalnya mendukung maksimum 63 sektor per silinder, partisi pertama akan dimulai pada sektor 63. Windows XP (sebelum Paket Layanan 3) dan versi Windows yang lebih lama tidak akan bisa boot jika volume sistem tidak pada batas silinder .

• Karena LBA 63 bukan kelipatan 8 (delapan sektor warisan 512-byte yang cocok dengan sektor 4K), disk Format Lanjutan yang diformat dengan cara lama akan memiliki kelompok (unit terkecil dari alokasi data sistem file, biasanya ukuran 4K dalam ukuran ) yang tidak selaras dengan sektor fisik pada disk 4K, suatu kondisi yang disebut Alignment 1 . Akibatnya, operasi I / O yang melibatkan 4K data kini mencakup dua sektor yang mengarah ke operasi baca-modifikasi-tulis yang mengurangi kinerja.

Sementara informasi tentang ukuran sektor fisik tidak diperlukan jika OS selalu menulis data pada batas 4K, informasi ini mungkin masih diperlukan oleh aplikasi yang melakukan I / O tingkat rendah.

• Ketika sebuah drive melaporkan bahwa ukuran sektor fisiknya adalah 4K, OS atau aplikasi dapat mengatakan bahwa itu adalah drive Format Lanjutan dan karenanya harus menghindari melakukan operasi I / O yang tidak menjangkau sektor fisik penuh. Drive yang melaporkan sektor asli 512-byte tidak memaksakan pembatasan ini. Sementara sistem operasi yang lebih baru biasanya akan mencoba untuk membaca atau menulis data dalam unit 4K bila memungkinkan (membuat informasi ini tidak relevan), aplikasi yang melakukan I / O tingkat rendah mungkin perlu mengetahui ukuran sektor fisik sehingga mereka dapat menyesuaikan sesuai dan menghindari ketidaksejajaran. atau menulis sebagian sektor yang menyebabkan siklus RMW lambat.

SSD Anda menyediakan kemampuan untuk mengubah ukuran sektor fisik yang dilaporkan karena diperlukan untuk kompatibilitas dengan larik penyimpanan tertentu.

• Pusat data sering memiliki larik penyimpanan yang terdiri dari drive 512n lama. Drive 4K, bahkan yang meniru sektor 512-byte, mungkin tidak kompatibel dengan array seperti itu, sehingga fitur ini diperlukan untuk memastikan kompatibilitas. Lihat utas forum ini :

  Kita tidak bisa hanya menempelkan drive 4K dalam array yang diformat dengan disk 512b. Banyak array (terutama penyimpanan berbasis ZFS, yang semakin populer karena penyimpanan yang ditentukan perangkat lunak membuat gelombang) tidak akan menerima drive pengganti dengan format sektor fisik yang berbeda.

  Perhatikan bahwa kinerja yang lebih baik akan diperoleh pada sistem modern jika drive dikonfigurasi untuk menggunakan sektor 4K.

Apa manfaat yang didapat OS dengan mengetahui ukuran sektor fisik ketika, terlepas dari apa, OS harus berbicara dengan drive di sektor 512-byte.

Ukuran logis adalah ukuran minimum untuk mentransfer data. Karena ini adalah perangkat blok, transfer data apa pun antara komputer host dan drive akan berlipat ganda dari ukuran blok logis ini.

Ukuran fisik adalah ukuran optimal untuk mentransfer data, dan mencerminkan ukuran operasi baca dan tulis yang sebenarnya pada tingkat pengontrol / drive.

Ketika komputer host meminta pembacaan sektor logis, controller / drive akan melakukan operasi baca sektor fisik yang berisi sektor logis.
Ketika ukuran sektor logis sama dengan ukuran sektor fisik, operasinya sederhana. Ketika ukuran sektor logis kurang dari ukuran sektor fisik, sektor logis harus diekstraksi dari sektor fisik oleh pengontrol untuk mentransfer ke komputer host.

Ketika komputer host meminta penulisan sektor logis, ukuran sektor fisik penting.
Ketika ukuran sektor logis sama dengan ukuran sektor fisik, operasi penulisan sederhana, dan dapat dilanjutkan secara langsung. Kondisi konten sektor sebelumnya tidak akan memengaruhi operasi penulisan.

Ketika ukuran sektor logis kurang dari ukuran sektor fisik, pengontrol harus terlebih dahulu melakukan operasi baca dari sektor fisik yang berisi sektor logis.
Jika pembacaan berhasil, maka sektor logis dimasukkan ke dalam sektor fisik, dan sektor fisik ditulis seluruhnya.
Jika pembacaan tidak berhasil (bahkan setelah percobaan ulang), operasi penulisan tidak dapat diselesaikan.

Jika OS melakukan operasi baca dan tulis dengan ukuran sektor fisik (dengan memanfaatkan operasi multi-sektor yang tersedia dalam set perintah ATAPI), operasi penulisan akan dilakukan lebih efisien (dan tanpa kemungkinan tidak lengkapnya ketidaksesuaian).

Ukuran sektor LOGIS sepenuhnya menentukan bagaimana OS dapat berbicara ke drive. Tidak ada pengecualian. Apa gunanya mengetahui ukuran sektor fisik, ketika Anda hanya diizinkan untuk berkomunikasi dalam ukuran sektor logis?

Pendapat Anda tentang "tanpa pengecualian" salah.
Set perintah ATAPI, yang diperkenalkan dengan IDE HDD, selalu memiliki kemampuan untuk melakukan operasi baca dan tulis dengan sector countparameter. Ini hanyalah perpanjangan dari antarmuka disk dan floppy controller yang ada yang juga mampu melakukan operasi baca / tulis multi-sektor (selama sektor-sektor berada di jalur yang sama).

Jika OS mengetahui ukuran sektor fisik yang mendasarinya, ia dapat mengoptimalkan kueri untuk membutuhkan sesedikit mungkin operasi fisik. Khususnya dengan SSD, batas operasi fisik (batas IOPS 4KB) sering kali merupakan batas akhir kecepatan perangkat, sehingga kemampuan memanfaatkan kapasitas ini sebaik mungkin menjadi penting.

Ada dua cara berbeda untuk mengakses lokasi dalam drive, satu adalah skema CHS dan yang lainnya adalah skema LBA.

CHS adalah singkatan dari Cylinder, Head, Sector dan merupakan metode tingkat rendah untuk menentukan tempat membaca atau menulis dari drive. Anda menyuruhnya menggunakan silinder x, kepala y, dan sektor z dan membaca atau menulis konten lokasi itu ke atau dari alamat di memori (buffer). Ini berasal dari komponen fisik aktual dari hard drive (tradisional, karat), di mana Anda memiliki silinder fisik dan kepala baca. Sektor ini adalah unit terkecil yang dapat dialamatkan, dan secara tradisional diperbaiki pada 512 byte.

LBA adalah pengalamatan byte logis di mana drive membaca dan menulis ke alamat sektor dengan offsetnya, misalnya, membaca sektor 123837 pada disk atau menulis ini ke sektor 123734 pada disk (mulai dari nol).

Masalah? Masing-masing nilai ini terbatas dalam kisaran. Faktanya, karena CHS sangat terbatas, LBA harus diperkenalkan. Untuk CHS, nilai yang mungkin untuk C (silinder) adalah 1023, sementara H (kepala) bisa maksimum 255, dan S (sektor) hanya bisa naik hingga 63, artinya Anda dapat memiliki paling banyak 1024 silinder x 255 kepala x 64 sektor x 512 byte yang dipetakan dalam format CHS tradisional, memberi Anda total total di bawah 8 GiB! Menggunakan CHS, itu tidak mungkin untuk mengakses disk yang lebih besar dari 8 GiB!

Jadi LBA diperkenalkan dengan batas 32-bit yang memberi Anda 2 ^ 32 x 512 byte atau 2 TiB batas pada ukuran disk - ini adalah alasan disk MBR tidak dapat melebihi 2TiB karena menggunakan CHS dan LBA untuk menentukan ukuran partisi, dan tidak dapat mendukung apa pun lebih dari 2TiB.

Opsi-opsi yang lebih baru dan lebih baik telah diperkenalkan seperti skema partisi GPT yang memperluas LBA hingga 64 bit, memberi Anda banyak hal lebih banyak daripada yang Anda perlukan pada 2 ^ 64 x 512 byte - tetapi ada peluang: banyak warisan perangkat keras dan sistem operasi lama dan implementasi BIOS lama dan driver lama tidak mendukung UEFI atau GPT, dan banyak orang ingin memiliki sesuatu yang dapat dengan lebih mudah ditingkatkan untuk melewati batas 2TiB tanpa harus menulis ulang seluruh tumpukan dari awal. Dan, pada akhirnya, kami mencapai ukuran sektor 4.096.

Lihat, di seluruh batasan yang dibahas di atas, satu hal telah menjadi asumsi tetap: ukuran sektor. Dari hari pertama, sudah 512 byte dan tetap seperti itu sejak saat itu. Namun baru-baru ini, produsen hard disk menyadari ada peluang untuk melakukan beberapa keajaiban: ambil CHS tradisional atau LBA 32-bit dan cukup ganti ukuran sektor dengan 4096 (4k) alih-alih 512 byte. Ketika sebuah OS mengatakan "beri saya sektor ke-2 pada disk" dengan meminta LBA 1 (karena LBA 0 adalah yang pertama), kami tidak akan memberikannya byte 512 - 1023 melainkan byte 4096 - 8191.

Tiba-tiba, batas 2TiB kami ditingkatkan menjadi 2 ^ 32 x 4096 byte, atau 16 TiB, tanpa harus membuang MBR, beralih ke UEFI atau GPT, atau apa pun!

Satu-satunya menangkap adalah bahwa jika OS tidak menyadari bahwa ini adalah disk ajaib yang menggunakan 4096 sektor, bukan sektor 512 byte, akan ada ketidakcocokan. Setiap kali OS mengatakan "hei, Anda, disk, tuliskan saya 512 byte ini untuk mengimbangi xxx" disk akan menggunakan 4096 byte untuk menyimpan 512 byte ini (sisanya nol atau data sampah, dengan asumsi Anda tidak berakhir dengan underflow memori) karena mereka tidak berkomunikasi dalam byte, mereka berkomunikasi dalam sektor.

Jadi BIOS sekarang (kadang-kadang) menyertakan opsi untuk memungkinkan Anda menentukan secara manual bahwa ukuran sektor 512-byte harus digunakan daripada ukuran sektor asli 4096 byte yang digunakan oleh disk yang lebih baru - dengan peringatan bahwa Anda tidak dapat menggunakannya untuk mengakses lebih dari 2TiB disk pada sistem MBR, sama seperti di "masa lalu yang baik." Tetapi OS modern yang sadar-4k dapat mengambil keuntungan dari semua ini untuk menggunakan sihir ini untuk membaca dan menulis dalam bongkahan dan kesalahan 4096-byte!

(Keuntungan tambahan adalah bahwa banyak hal jauh lebih cepat karena jika Anda membaca dan menulis 4096 byte pada suatu waktu, itu lebih sedikit operasi untuk membaca atau menulis, katakanlah, 4 Gb data.)

512/4096 = OS yang bertanggung jawab untuk penyelarasan / optimasi,

512/512 = Berkendara bertanggung jawab untuk ini

Lihat juga: http://support.microsoft.com/en-us/kb/2510009

Hanya ingin memberi tahu Anda tentang situasi di mana sektor 4K menjadi masalah bagi sistem operasi modern.

Penulis VSS Microsoft (Shadow Copy) tidak bekerja dengan baik pada sektor 4K. Untuk mencadangkan folder berbagi Replikasi DFS, perangkat lunak cadangan kami "Backup Exec" perlu membuat salinan bayangan dari folder DFS Replicated. Pekerjaan gagal jika folder Replikasi DFS berada di drive dengan sektor 4K karena VSS tidak bekerja dengan benar dengan sektor 4K.

Jim

Fisik berarti drive aktual itu sendiri, sedangkan Logical adalah divisi yang didefinisikan di dalamnya. Dari PC Mag's Logical vs Physical:

Pada PC Windows, satu hard drive fisik adalah drive 0; Namun, itu dapat dipartisi menjadi beberapa drive logis, seperti C :, D: dan E :.

Untuk menjelaskan ini dalam bentuk yang mudah dicerna, bayangkan sebuah apel yang selebar tangan Anda. Itu adalah ukuran fisik sebenarnya dari apel. Secara alami, satu apel utuh tidak akan muat di mulut Anda, jadi Anda memutuskan untuk mengirisnya menjadi irisan yang sama, setiap irisan menjadi lebar jari Anda. Ini adalah ukuran Logical, atau ukuran yang akan digunakan komputer Anda.

Beberapa alasan untuk ini adalah perhitungan kapasitas nilai riil dan pemetaan kesalahan dan koreksi, seperti yang dijelaskan oleh Wikipedia:

Hard disk drive khas berupaya "memetakan" data di sektor fisik yang gagal menjadi sektor fisik cadangan yang disediakan oleh "kumpulan sektor cadangan" drive (juga disebut "kumpulan cadangan"), [41] sambil mengandalkan ECC untuk memulihkan data yang tersimpan sementara jumlah kesalahan di sektor yang buruk masih cukup rendah. Fitur SMART (Pemantauan Mandiri, Analisis dan Teknologi Pelaporan) menghitung jumlah total kesalahan dalam seluruh HDD yang diperbaiki oleh ECC (meskipun tidak pada semua hard drive karena atribut SMART terkait "Hardware ECC Recovered" dan "Soft ECC Correction" adalah tidak didukung secara konsisten), dan jumlah total pemetaan sektor yang dilakukan, karena terjadinya banyak kesalahan seperti itu dapat memprediksi kegagalan HDD.

Sama seperti Anda tidak dapat memiliki irisan apel tanpa apel itu sendiri, Anda tidak dapat memiliki Logis tanpa Fisik yang berfungsi sebagai dasarnya.