Giỏ hàng
Số lượng 0 sản phẩm

Ổ cứng và các kiểu định dạng sector 4Kn, 512-byte, 512e

Đôi khi nếu chúng ta để ý, chúng ta có thể gặp một sổ ổ cứng với các thông số khá lạ lẫm: 4Kn và 512e hay 512n, chúng mang ý nghĩa gì?

Hiện nay, mức dung lượng tối đa của các ổ cứng đã lớn hơn trước rất nhiều lần và vẫn không ngừng tăng thêm. Hiện tại đã có những ổ trên 10TB và tương lai có thể là 40TB mỗi ổ cứng (theo như kế hoạch của Western Digital). Tuy nhiên, kích thước của mỗi sector không thay đổi nhiều. Hiện nay có 2 kích thước phổ biến là 512-byte và 4KB. Trong đó 512 có 512e và 512-byte (512n – native), theo bảng dưới đây:

Để dễ hiểu hơn về sector, bạn cần biết một chút về cấu trúc lưu trữ của ổ cứng. Mỗi ổ cứng lưu trữ dữ liệu trên các phiến đĩa hình tròn (platter). Trên mỗi phiến đĩa có các vòng tròn gọi là track hay cylinder, và trên mỗi track lại chia làm nhiều đoạn nhỏ chính là sector. Mỗi sector là 1 block đọc/ghi dữ liệu nhỏ nhất trên ổ cứng.

1. Các loại sector nói trên và chi tiết của chúng

  • 4Kn – 4KB native: Kiểu đĩa này không có lớp giả lập (emulation – tạm dịch), và có đủ 4KB trên 1 sector cả về vật lý lẫn logical. Vấn đề chủ yếu của kiểu định dạng này là do cấu trúc mới, nó có thể không tương thích với các ứng dụng và hệ điều hành cũ vốn không truy xuất và định vị đúng theo kích thước vật lý của sector, dẫn đến thất bại trong các thao tác đọc/ghi.
  • 512e – 512-byte giả lập: Kiểu ổ đĩa này có tính năng giả lập và thể hiện kích thước sector logical là 512-byte, giống với các ổ đĩa cũ, nhưng về mặt vật lý, mỗi sector của nó là 4KB. Kiểu ổ đĩa này dĩ nhiên có phạm vi tương thích rộng hơn loại 4Kn trên, nhưng vẫn có thể có những trường hợp gặp lỗi do hệ điều hành và ứng dụng không hiểu được cấu trúc vật lý của ổ đĩa.
  • 512n – 512-byte native: Là cấu trúc truyền thống, mỗi sector vật lý có 512 byte.

Bắt đầu từ cuối năm 2009, tăng dần trong 2010 và trở nên dần phổ biến từ 2011 trên các ổ cứng của máy client, các nhà sản xuất ổ cứng đã bắt đầu dịch chuyển từ các sector 512-byte lên mức lớn hơn và hiệu quả hơn là 4096 byte, còn gọi là 4K, hiện được gọi là Advanced Format, theo IDEMA (The International Disk Drive Equipment and Materials Association).

Các ổ cứng dành cho doanh nghiệp theo đó cũng có sử dịch chuyển dần sang định dạng mới, tất nhiên là chậm hơn. Mẫu HDD dành cho doanh nghiệp theo chuẩn Advanced Format đầu tiên xuất hiện vào 2012, lác đác sử dụng trong 2013 và bắt đầu phân phối phổ biến từ 2014.

2. Cấu tạo của sector

Định dạng cũ cho 1 sector bao gồm 1 đoạn Gap, 1 đoạn Sync, 1 đoạn Address Mark, 1 đoạn chính chứa Data và 1 đoạc ECC ở cuối. Các nhiệm vụ của chúng bao gồm:

  • Gap: phân tách giữa các sector với nhau
  • Sync: chỉ thị đoạn đầu của sector và cung cấp định vị thời gian.
  • Address Mark: chứa dữ liệu về số thứ tự, vị trí, trạng thái của sector.
  • Data: chứa dữ liệu của người sử dụng đưa vào.
  • ECC: chứa đoạn mã sửa lỗi, giúp sửa lỗi và phục hồi dữ liệu bị tổn hại trong quá trình đọc/ghi.

Kiểu định dạng ở cấp thấp này đã hoạt động tốt trong rất nhiều năm trước đây. Nhưng khi dung lượng ổ cứng tăng mạnh như hiện nay thì kích cỡ của 1 sector đã trở nên quá nhỏ. Khi độ phân giải sector này trở nên quá cao, hiệu suất sử dụng sẽ bị giảm đi.

Độ phân giải sector càng cao thì càng hiệu quả trong việc quản lý những khối dữ liệu nhỏ và rời rạc. Nhưng xu thế các ứng dụng ngày nay trong các hệ thống hiện đại thường sử dụng những khối dữ liệu lớn, hơn nhiều so với mức 512-byte của 1 sector. Thêm vào đó, dung lượng ổ cứng tăng đồng nghĩa với mật độ cao hơn, kích thước thực tế của 1 sector 512-byte (so về tỉ lệ) càng nhỏ hơn nữa.

Việc chuyển đổi lên những định dạng sector lớn hơn là cần thiết để tăng khả năng sửa lỗi và đạt được hiệu suất định dạng cao hơn.

3. Lợi ích lâu dài của định dạng sector theo 4K

Khi mà toàn bộ các nhà sản xuất ổ cứng đều nhất loạt chuyển sang các sector Advanced Format, toàn bộ ngành công nghiệp lưu trữ cũng cần phải thích ứng và phối hợp để giảm các ảnh hưởng tiêu cực. Lợi ích trước mắt với người dùng cuối là không nhiều, xét trên việc tăng mức dung lượng lưu trữ. Tuy nhiên, việc dịch chuyển sang các sector 4K là một cách nhanh chóng để tăng mật độ (và dung lượng lưu trữ ) cho ổ cứng, cũng như cung cấp khả năng sửa lỗi mạnh hơn. Ngoài ra, nó còn giảm được dung lượng dành cho đoạn ECC (trên tổng thể), tăng hiệu suất sử dụng.

Mỗi đoạn sector 512-byte cũ đều có đoạn đầu không chứa dữ liệu. Mỗi sector 4K chuẩn Advanced Format gộp 5 sector 512-byte cũ vào thành một. Trong khi đó Advanced Format (chuẩn 4K) vẫn dùng cùng số byte phân bổ cho Gap, Sync và Address Mark, chỉ có đoạn ECC là dài hơn. Tuy đoạn ECC dài hơn nhưng về tổng thể thì số byte dành riêng không chứa dữ liệu người dùng lại nhỏ hơn. Theo Advanced Format thì hiệu suất định dạng đạt đến 97%, tăng đến gần 10%. Cùng với đó là đoạn ECC dài hơn giúp tăng sức mạnh sửa lỗi.

Việc chuyển đổi để đạt được những lợi ích lâu dài nhưng gây ít ảnh hưởng nhất là mục tiêu chính của cả ngành công nghiệp lưu trữ.

4. Những ảnh hưởng khi chuyển đổi lên 4K

Như đã ghi chú ở trên, còn rất nhiều những hệ thống điện toán hiện đại vẫn “nghĩ” rằng một sector là 512 byte. Chuyển đổi toàn bộ lên chuẩn 4K mới và hy vọng rằng tất cả sẽ đột nhiên thay đổi là điều không thực tế. Qua thời gian, việc triển khai trao đổi dữ liệu giữa máy tính và ổ đĩa bằng các sector 4K sẽ dần phổ biến, thay thế những hệ thống cũ. Cho đến khi đó, một bước đệm chuyển đổi được tạo ra, đó là các ổ cứng 512e – 512-byte sector emulation.

Mặt quan trọng nhất để việc chuyển đổi lên sector 4K được ủng hộ là vấn đề về hiệu năng. Dù bạn là đơn vị xây dựng hệ thống, nhà sản xuất OEM, đơn vị tích hợp, chuyên gia IT hay người dùng cuối tự lắp PC, để đạt được hiệu năng tốt nhất, hãy sử dụng công cụ của chính hệ điều hành khi định dạng các phân vùng trên những ổ cứng 4K.

Nếu phiên bản hệ điều hành không thực sự hỗ trợ ổ cứng 4K, hãy dùng các công cụ của một bên thứ ba có hỗ trợ để tạo phân vùng cho chuẩn.

4.1 Các ổ cứng 512e: 512-byte sector emulation

Việc phổ biến sector 4K phụ thuộc rất lớn vào 512-byte sector emulation (512e). Điều này dẫn đến một quá trình “dịch” từ các sector 4K vật lý của Advanced Format sang các sector 512-byte được “nhìn” từ các hệ thống máy tính.

512e là phương án chấp nhận được khi nó không gây nên nhiều thay đổi phức tạp trong hệ thống điện toán cũ. Tuy nhiên, nó tiềm ẩn khả năng làm giảm hiệu năng, nhất là khi ghi dữ liệu không tương ứng hoàn toàn vào 8 sector kiểu cũ, do cách ghi dữ liệu được chỉ ra ở dưới đây.

4.1.1 Các tiến trình đọc và ghi giả lập (emulated)

Khi đọc dữ liệu từ một ổ cứng định dạng theo sector 4K trong chế độ giả lập 512-byte, tiến trình này rất đơn giản, như mô tả trong hình dưới:

Yêu cầu đọc sẽ được đưa ra từ máy tính, việc đọc ra khối dữ liệu 4K và định dạng lại thành 512-byte giả lập sẽ được thực hiện trong bộ nhớ DRAM và không gây ảnh hưởng đáng kể đến hiệu năng.

Tiến trình ghi dữ liệu thì phức tạp hơn, nhất là khi dữ liệu cần ghi là một tập con của sector 4K. Trong các trường hợp này, ổ cứng trước tiên phải đọc toàn bộ dữ liệu trong sector đích, gộp nó với dữ liệu mới rồi ghi lại vào sector đó. Lý do cơ bản là vì ổ đĩa không thể thực hiện ghi một phần vào sector 4K mà chỉ có thể ghi một lượt toàn bộ cả sector.

Như vậy, ổ cứng sẽ phải thực hiện thêm các bước khác, bao gồm đọc cả sector, thay đổi dữ liệu rồi mới ghi lại được lên ổ cứng. Tiến trình như vậy được gọi là RMW (read-modify-write), gây giảm hiệu năng khá nhiều. Giảm thiểu tuần suất xảy ra các trường hợp phải thực hiện RMW là việc quan trọng nhất để thực hiện chuyển đổi lên 4K được mượt mà.

Các lý do khiến cho hiệu năng bị giảm khi thực hiện RMW bao gồm:

  • Yêu cầu ghi bị sai lệch do đi từ lớp vật lý sang lớp logical bị mất đồng bộ
  • Dữ liệu ghi vào nhỏ hơn 4K nhưng vẫn phải thực hiện đủ trên 4K
  • Dữ liệu ghi vào không phải là bội của 4K, khi đó phải làm tròn lên

4.1.2 Các phân vùng ổ cứng được định vị chuẩn và chưa được định vị chuẩn

Từ đầu tới giờ chúng ta chưa bàn đến chuyện làm thế nào máy tính và ổ cứng có thể “nói chuyện” với nhau về vị trí của sector trên mặt đĩa. Giờ là lúc chúng ta cần biết đến Logical Block Address (LBA) – địa chỉ block logical.

Mỗi sector 512-byte được gán với một LBA duy nhất, từ 0 cho đến một số nào đó phụ thuộc dung lượng ổ cứng. Các yêu cầu đọc/ghi từ máy tính đối với một khổi dữ liệu sẽ sử dụng các LBA định trước. Khi máy tính yêu cầu ghi dữ liệu, một địa chỉ LBA sẽ được trả về cuối của yêu cầu ghi, nhằm báo cho máy tính biết dữ liệu nằm ở đâu. Điều này trở nên đặc biệt quan trọng trong quá trình chuyển đổi lên 4K, bởi vì mỗi sector 4K sẽ bị lệch đi 8 đơn vị, kể từ nơi LBA trên máy tính bắt đầu.

Khi LBA 0 được gán cho block 512-byte ảo đầu tiên trong một sector 4K vật lý, trạng thái định vị của 512e được gọi là Alignment 0 (định vị chuẩn). Nhưng cũng có khả năng khác, khi mà LBA 0 bị gán với block 512-byte ảo thứ 2 trong sector 4K vật lý. Trường hợp này được gọi là trạng thái định vị Alignment 1, được so sánh với trạng thái định vị Alignment 0 trong hình dưới. Có đến 6 khả năng khác có thể xảy ra và đều là những trạng thái định vị không chuẩn, có thể gây nên nhiều lệnh RMW tương tự như Alignment 1.

Alignment 0 (định vị chuẩn) sẽ làm việc tốt với các sector 4K theo chuẩn Advanced Format. Bởi vì ổ cứng sẽ dễ dàng ánh xạ được 8 sector 512-byte vào một sector 4K, bằng cách lưu trữ các yêu cầu ghi trong cache cho đến khi đủ các block 512 byte liền nhau rồi ghi vào 1 sector 4K. Do các ứng dụng ngày nay thường làm việc với những chuỗi dữ liệu lớn hơn 4K nhiều lần, việc ghi các chuỗi nhỏ hơn 4K (do phần dư của chuỗi dữ liệu không phải bội của 4K) xảy ra cực kỳ ít.

Tuy nhiên, với trạng thái định vị Alignment 1 lại là chuyện khác. Khi mà các phân vùng của ổ cứng được tạo với trạng thái định vị không chuẩn, như trong hình trên, các thao tác RMW sẽ xảy ra nhiều hơn gây chậm tốc độ của ổ cứng.

4.2 Ghi những dữ liệu nhỏ

Trong các ứng dụng điện toán ngày nay, dữ liệu như văn bản, hình ảnh và video đều lớn hơn nhiều mức 512 byte. Vì thế, ổ cứng sẽ lưu trữ dữ liệu trong bộ nhớ cache cho đến khi đủ số lượng block 512 byte để ghi vào sector 4K. Miễn là các phân vùng của ổ cứng được định vị chuẩn, ổ cứng có thể dễ dàng ánh xạ các sector 512-byte vào các sector 4K mà không bị sụt giảm hiệu năng.

Tuy vậy, cũng có nhiều trường hợp ở những tiến trình cấp thấp, có những đoạn dữ liệu phân mảnh rất nhỏ, buộc ổ cứng phải ghi theo tiến trình RMW và làm giảm hiệu năng. Điều đó là không thể tránh khỏi và cần phải có những điều chỉnh về tiến trình để tối ưu hiệu năng trong quá trình chuyển đổi lên 4K.

4.3 Trộn nhiều loại ổ với nhau

Nếu bạn dự định dùng lẫn lộn nhiều loại ổ với nhau mà không quan tâm đến vấn đề này, hiệu năng tổng thể của phần lưu trữ có thể sẽ thấp hơn dự tính. Để sử dụng lẫn như vậy, đòi hỏi bạn phải hiểu rõ về cả hệ điều hành, các ứng dụng và cả cấu hình phần cứng như RAID, phân vùng,… Để chắc chắn về sự tương thích khi trộn lẫn các ổ, hãy liên hệ với bộ phận kỹ thuật.

5. Chuẩn bị và quản trị quá trình chuyển đổi lên 4K

Giờ bạn đã hiểu những lợi ích của việc chuyển đổi lên 4K, cũng như các ảnh hưởng tiềm ẩn đến hiệu năng. Chúng ta sẽ cùng xem qua cách làm việc trên các ứng dụng và hệ điều hành trong quá trình chuyển đổi này.

5.1 Quản trị các sector 4K trong môi trường Windows

Phương diện quan trọng nhất trong quá trình chuyển đổi lên sector 4K liên quan đến việc định vị chuẩn như đã nói ở trên. Các ổ theo chuẩn Advanced Format sẽ làm việc tốt nếu có trạng thái định vị chuẩn theo Alignment 0, khi mà điểm bắt đầu của vị trí vật lý và vị trí logic trùng nhau hoàn toàn. Trạng thái định vị được xác lập khi các phân vùng của ổ cứng được khởi tạo.

5.2 Các bản Windows Enterprise hỗ trợ ổ đĩa sector 4K

Các bản Windows và các định dạng được hỗ trợ liệt kê theo bảng dưới đây:

  • Logical sector: Đơn vị dùng cho đánh số LBA của ổ đĩa. Chúng ta có thể hiểu nó là kích thước dữ liệu ghi nhỏ nhất mà ổ đĩa chấp nhận.
  • Physical sector: Đơn vị cho mỗi lượt đọc/ghi lên ổ cứng.

Chú ý rằng Windows Server 2003 và 2003 R2 không hỗ trợ các ổ 512e hoặc 4Kn. Mặc dù hệ thống có thể khởi động hay hoạt động bình thường, nhưng có thể sẽ xảy ra các lỗi chức năng, mất dữ liệu hoặc suy giảm hiệu năng không lường trước được.

Có nhiều các ứng dụng phần mềm (chẳng hạn như Diskpart và Paragon) vẫn được sử dụng rộng rãi trong việc định vị chuẩn cho các phân vùng, khi mà bản thân hệ điều hành có thể không hỗ trợ tính năng đó. Các hệ thống ngày nay thường bao gồm nhiều phân vùng, và mỗi phân vùng đó đều đòi hỏi phải có trạng thái định vị chuẩn để đảm bảo về hiệu năng.

5.3 Quản trị sector 4K trên môi trường Linux

Những chú ý quan trọng khi làm việc trong môi trường Windows cũng được áp dụng với môi trường Linux. Các bản Linux và các định dạng được hỗ trợ liệt kê theo bảng dưới đây:

*Red Hat® Enterprise Linux® 6 hỗ trợ các ổ đĩa 4K làm ổ dữ liệu. Các ổ 4K để làm ổ khởi động chỉ được hỗ trợ với chế độ UEFI.
**SUSE® Linux® Enterprise hỗ trợ đầy đủ các ổ đĩa 4K

Đã có một số thay đổi đối với kernel Linux và các tiện ích để nhằm hỗ trợ cho ổ đĩa Advanced Format. Những thay đổi này đảm bảo tất cả các phân vùng trên ổ đĩa Advenced Format đều được định vị chuẩn theo Alignment 0. Các kernel này bao gồm những bản từ 2.6.31 trở lên. Các tiện ích hỗ trợ bao gồm:

  • Fdisk: phiên bản từ 1.2.3 trở lên
  • Parted: phiên bản từ 2.1 trở lên

5.4 Hỗ trợ với VMware

Các quy tắc áp dụng trên môi trường Windows cũng được áp dụng với môi trường VMware. Các hệ điều hành VMware đã hỗ trợ ổ cứng 512e từ 2013 (ESXi 5.5 – Q4 2013) và ổ 4Kn từ 2015.

5.5 Những ổ cứng không được định vị chuẩn

Hãy sử dụng những hệ điều hành hỗ trợ ổ cứng 4K để tạo phân vùng cho ổ đĩa, chúng sẽ giúp đảm bảo bạn có được những ổ cứng định vị chuẩn. Thậm chí với những ổ cứng đã bị định vị không chuẩn, vẫn có những ứng dụng phần mềm của bên thứ ba có thể giúp định vị lại. Tuy đây là công việc tốn thời gian và công sức nhưng nó đảm bảo cho hiệu năng và độ ổn định của cả hệ thống.

5.6 Các ứng dụng hỗ trợ 4Kn/512e

Dưới đây là một số ứng dụng phổ biến và khả năng hỗ trợ 512e/4Kn của chúng:

6 Nhãn nhận diện ổ đĩa 512e/4Kn

Để thuận tiện hơn cho việc nhận diện loại ổ cứng, IDEMA đã thiết kế một số logo để có thể chỉ ra loại ổ cứng. Việc sử dụng logo này là không bắt buộc đối với các hãng sản xuất.

Logo với ổ đĩa 512e

Logo với ổ đĩa 4Kn

7 Các thông tin tham khảo thêm

http://www.seagate.com/tech-insights/advanced-format-4k-sector-hard-drives-master-ti/

http://msdn.microsoft.com/en-us/library/windows/desktop/hh848035(v=vs.85).aspx

http://blogs.technet.com/b/exchange/archive/2013/04/24/exchange-2010-database-availability-groupsand-disk-sector-sizes.aspx

http://www.idema.org/?page_id=2900

TRỤ SỞ GIAO DỊCH

Số 20M1 KĐT Mới Yên Hòa - Cầu Giấy - Hà Nội

Tel: (024) 3.7911.966

Email: mail@sieuviet.vn

Xem bản đồ

CHI NHÁNH Tp.HCM

109/15 Lê Quốc Hưng - P.12 - Quận 4 - Tp.HCM

(028) 3.826.4104

dungnn@sieuviet.vn

Xem bản đồ

TRUNG TÂM BẢO HÀNH

Số 780 Minh Khai - Hai Bà Trưng - Hà Nội

Tel: (024) 3.7911.966

Email: baohanhsv@sieuviet.vn

Xem bản đồ

Hỗ trợ trực tuyến

Trần Thị Dĩnh

043 7911 966 (124)

Nguyễn Kiều Thịnh

024 3791 1966 (135)/ 090 213 8896