Advanced Format HDD - Nový standard fyzického formátování disků
S neustálým nárůstem kapacit pevných disků bylo nutné zavést nové metody efektivnějšího fyzického formátování pro maximalizaci využití ploten. Řešením se stal standard Advanced Format (AF), který nahradil dosavadní způsob fyzického adresování a ukládání dat 512B sektory.
Co je to Advanced Format u pevných disků?
Advanced Format je moderní standard fyzického formátování pevných disků definující využití sektorů o velikosti 4KB (4096 bytů) místo doposud obvyklých 512B sektorů. Sektory jsou nyní také zarovnány na hranice násobků 4KB.
Výhody 4KB sektorů při formátování AF
- Vyšší efektivita ukládání dat na plotnách
- Snazší implementace pokročilých technologií zápisu a oprav (SMR, LDPC kódy atd.)
- Zlepšená odolnost proti chybám záznamu
Kromě toho AF zavádí emulaci 512B sektorů pomocí převodu pomocí prémiových 512e sektorů o délce 528B (512B dat + 16B metadata). Přechod na 4KB sektory byl umožněn zavedením norem Advanced Format od organizace IDEMA a INCITS v roce 2009. Poté začaly první 4KB disky přicházet na trh.
Možné komplikace při použití AF
Největší úskalí při využití disků s Advanced Formatem může být nekompatibilita se staršími systémy Windows XP a dřívějšími, které správu 4KB sektorů oficiálně nepodporovaly. Pokud si při instalaci OS nevynutíte 512 emulaci, může dojít k odstranění oddílu nebo přístupu k datům.
Kromě toho mohou některé starší nástroje pro práci s disky ignorovat 4KB sektory a považovat je za chybné 512B sektory, což může vést k nechtěnému přepsání dat nebo chybné diagnostice.
Praktické informace související s formátováním disku: Při klasickém formátování disku podle schématu MBR začíná první primární oddíl na 512bajtovém sektoru č. 63 (první sektor má č. 0), tedy na 64. sektoru od začátku disku. Moderní souborové systémy jako NTFS, ext3 nebo ext4 však standardně pracují s clusterovou velikostí 4kiB (4096 bajtů).
Zde narážíme na problém s tzv. clusterovým zarovnáním. Prvních 512 bajtů úvodního 4096bajtového clusteru souborového systému se nachází na posledních 512 bajtech předcházejícího 4096bajtového sektoru disku. Zbývajících 3584 bajtů clusteru pak leží na následujícím sektoru. Tento posun se následně opakuje napříč celým diskovým oddílem. Pokud navíc další oddíly přímo navazují na konec předchozích, předsazení clusterů o 512B se kumuluje.
To vytváří problém pro moderní pokročilé pevné disky interně pracující se sektory o velikosti 4096B (4kB) využívající technologie Advanced Format. Tyto disky totiž čtou a zapisují vždy celé 4kB sektory najednou, neboť potřebují zpracovávat jejich hlavičky a aplikovat opravné ECC mechanismy kontroly a opravy chyb.
V situaci, kdy jsou clustery souborového systému rozloženy napříč více 4kB sektory, musí disk pro přečtení jediného 4kB clusteru načíst dva 4kB sektory, zbytek dat zahazuje a emuluje čtení osmi 512B sektorů. Tato nadbytečná operace značně snižuje výkon čtení. Při zápisu je situace ještě komplikovanější, protože často bývá kvůli bezpečnosti vypnutá write cache.
Důsledkem tohoto clustrového nezarovnání je tudíž výrazně horší výkon čtení a zápisu u takto špatně naformátovaných moderních disků s 4kB sektory. Mnohem větší problém však nastává u SSD disků, které téměř výhradně využívají vnitřních sektorů větších než 4kB, typicky 8kB až 32kB. Zde se negativní dopad nezarovnání clusterů projevuje ještě mnohem výrazněji a vede k drastickému poklesu výkonu a životnosti SSD.
Řešením je využít při formátování disků nástroje umožňující zarovnání clusterů na hranice 4kB sektorů tak, aby nedocházelo ke zmíněným konfliktům. Windows od verze Vista již tuto možnost nabízí, u Linuxových distribucí je potřeba zadat správné parametry při vytváření oddílů a souborových systémů.
Důležité je také respektovat případnou odlišnou velikost sektorů u konkrétních SSD modelů, které mohou využívat jiných odvozených násobků 4kB pro své interní fungování. Správné clustrové zarovnání na disku tedy prodlouží jeho výkon a životnost, což je u náročných podnikových nasazení velice žádané.
Obnova souborů z AF disků
Pro renomované firmy zabývající se záchranou dat z poškozených disků není samosebou použití 4KB Advanced Format zásadní komplikací. Jejich specializované software i hardware a postupy pracují na níži úrovni a jsou připraveny korektně zpracovávat i 4KB fyzickou strukturu disků.
Důležitá je především analýza konkrétního modelu disku, jeho geometrie, mapování a případných odchylek od standardů při použití AF. To je nezbytné pro úspěšné čtení obrazu ploten a následnou rekonstrukci logických adres a toku dat.
Větší opatrnost je při obnovách po hardwarových selháních potřeba u disků kombinujících AF a technologii šindelového zápisu SMR, kde se prolíná více pokročilých způsobů fyzického ukládání dat.
Celkově ovšem pro profesionální služby obnovy dat Advanced Format není žádným problémem, pokud disponují požadovanými znalostmi a nástroji. Větší riziko nekompatibility a ztráty dat stále hrozí spíše běžným uživatelům při používání starších OS a nástrojů.
