Dane w dużych porcjach

Wpływ formatowania na wydajność nowych dysków

Dzięki większym sektorom nie poprawią się transfery danych. Test benchmarkiem HD Tune nie pokaże różnicy między dyskami o identycznych parametrach (pojemności, stosowanych talerzach), lecz różnych rozmiarów sektorach. Dużą różnicę wydajności można za to ujrzeć, gdy nowy dysk zostanie źle sformatowany. Cierpi na tym zwłaszcza zapis danych, co świetnie ilustruje test wykonany narzędziem Intel NAS Performance Toolkit. O ile odczyt danych ze „źle” usytuowanej partycji spada minimalnie (1–3 proc.), o tyle zapis może spaść dwu- lub nawet trzykrotnie – im mniejsze pliki, tym gorzej.

Nowe napędy Advanced Format Drive wchodzą na rynek po cichu. Nie oferują bowiem żadnej zaawansowanej technologii, a jedynie ośmiokrotnie zwiększoną pojemność najmniejszej jednostki przechowywania danych na dysku – sektora.

Można już kupić pierwsze takie modele firmy Western Digital. Napędy 1 B, 1,5 TB i 2 TB serii WD Green są dostępne w dwóch wersjach: klasycznej i nowej. Na czym polega odnowiony sposób przechowywania danych na dyskach i co z niego wynika?

Odzyskiwanie przestrzeni

Cała objętość napędu jest podzielona na – sektory. To najmniejsze fizyczne jednostki alokacji danych. Cokolwiek jest zapisywane na dysk, musi zająć minimum jeden sektor. Podział na sektory jest realizowany sprzętowo, przez kontroler dysku. Aby móc z takiej organizacji danych korzystać, systemy operacyjne dzielą powierzchnię dysku na partycje, a w ramach każdej partycji wykorzystują określony system plików – np. FAT czy NTFS. Systemy te z kolei wprowadzają własny porządek i rozbijają dane użytkowników na klastry.

Klaster może obejmować od jednego do 64 sektorów, typowo zaś 4 lub 8. Jego wielkość wyznacza najmniejszą objętość, jaką może zająć plik albo folder. Jeśli plik jest mniejszy niż klaster, i tak wypełnia go w całości. Jeśli jest większy, zajmuje odpowiednią liczbę klastrów.

Odzyskiwanie przestrzeni

Dotychczas wszystkie dyski miały sektory o rozmiarze 512 bajtów. Wartość tę ustalono jako optymalną dawno temu, gdy typowe dyski miały kilka-kilkanaście MB pojemności. Współczesne modele 1 TB mają więc 2 miliardy sektorów.

Takie rozdrobnienie niesie ze sobą kilka dających się we znaki problemów. Ponieważ dyski to nośniki magnetyczne, każdy z sektorów musi być odseparowany od sąsiednich. To konieczne, by przy zapisie i odczycie danych głowica dysku była pewna, że nie odczytuje fragmentu sąsiednich sektorów. Na powierzchni talerzy dysków marnuje się więc sporo miejsca, przy czym im mniejszy rozmiar sektora, tym większe te straty.

Jak poznać „nowe” dyski?

W chwili pisania artykułu jedyną firmą oferującą dyski w nowej technologii był Western Digital. Dostępne są trzy napędy WD Green w takiej wersji: 1 TB, 1,5 TB i 2 TB – ale uwaga, te same dyski można nabyć także w wersji klasycznej. Poznasz je po oznaczeniu seryjnym producenta, umieszczonym na obudowie. W tabelce poniżej podajemy oznaczenia zarówno nowych, jak i starych dysków – większość sklepów internetowych rozróżnia je w ofercie, ale zawsze warto sprawdzić to samemu.

Do tego dochodzi kwestia tzw. sum kontrolnych. Są one wyliczane dla każdego sektora przez mechanizm korekcji błędów i zapisywane obok faktycznych danych. Obecnie zajmują dodatkowe 40 bajtów – czyli 8 proc. powierzchni dysku. Przy 4-kilobajtowych sektorach mają zająć 100 bajtów, więc ledwie 2,5 proc.

Kłopotliwe partycje

Wartość 4 KB na sektor wybrano nieprzypadkowo. Praktycznie każda partycja FAT32, NTFS czy linuksowego systemu EXT3/4 używa klastrów o wielkości 4 KB. Oznacza to, że jeden klaster, zamiast pokrywać 8 sektorów, wykorzysta po prostu jeden „nowy” sektor. Taka sytuacja pozwala np. szybciej zrealizować zapis klastra – ze względu na liczenie krótszej sumy kontrolnej. Jest to jednak możliwe tylko pod warunkiem, że obszar klastra pokryje się idealnie z obszarem sektora. Jednak domyślnie tak się nie dzieje.

Winnym jest leciwy już sposób, w jaki partycjonowane są dyski. Na pecetach powszechna jest obecnie tzw. mapa partycji PC/DOS, wymyślona również wiele lat temu – i wykorzystująca założenie, że sektor ma 512 B, a także inne detale budowy napędów magnetycznych. W efekcie większość dostępnych narzędzi do partycjonowania wyrównuje początek i koniec woluminów do granic tzw. cylindrów. Te zaś obejmują 63 sektory, czyli 31,5 KB.

W takich warunkach, jeśli założymy, że same woluminy stosują klastry 4 KB, każdy z nich będzie przesunięty o 512 bajtów względem faktycznego sektora na dysku. Sytuacja najgorsza z możliwych, bo dokonując np. zapisu jednego klastra, dysk musi odczytać dwa sektory, zmodyfikować ich zawartość i zapisać je z powrotem. Efekt? Około dwukrotnie gorsze wynikowe transfery przy zapisie oraz 1,5 raza gorsze przy odczycie danych z tak usytuowanych partycji.

Sytuacja taka wystąpi zawsze dla pierwszej partycji, która rozpoczyna się od 64. sektora (czyli o jeden za wcześnie). W przypadku pozostałych jest to loteria – wszystko zależy od ich rozmiaru, czyli od tego, do której wielokrotności 63 sektorów zostaną wyrównane. Statystycznie – masz tylko 12,5 proc. szans na to, że będą ulokowane dobrze.