El formato avanzado ( AF ) es cualquier formato de sector de disco utilizado para almacenar datos en discos magnéticos en unidades de disco duro (HDD) que supere los 528 bytes por sector, con frecuencia sectores de 4096, 4112, 4160 o 4224 bytes (4 KB ). Los sectores más grandes de una unidad de formato avanzado ( AFD ) permiten la integración de algoritmos de corrección de errores más potentes para mantener la integridad de los datos a densidades de almacenamiento más altas.
El uso de sectores de datos largos fue sugerido en 1998 en un documento técnico publicado por el Consorcio Nacional de la Industria de Almacenamiento (NSIC) [2] que llamaba la atención sobre el conflicto entre los continuos aumentos en la densidad de área y el formato tradicional de 512 bytes por sector utilizado en las unidades de disco duro. [3] Sin avances revolucionarios en las tecnologías de sistemas de grabación magnética, las densidades de área y, con ellas, las capacidades de almacenamiento, se proyectaba que las unidades de disco duro se estancarían.
La organización comercial de la industria de almacenamiento, International Disk Drive Equipment and Materials Association (IDEMA), respondió organizando el Comité del Sector de Datos Largos de IDEMA en 2000, donde IDEMA y los principales proveedores de hardware y software colaboraron en la definición y desarrollo de estándares que regulaban los sectores de datos largos, incluidos los métodos por los cuales se respaldaría la compatibilidad con los componentes informáticos heredados. [3] En agosto de 2005, Seagate envió unidades de prueba con sectores físicos de 1K a los socios de la industria para que las probaran. [4] : Figura 3 En 2010, se completaron los estándares de la industria para la primera generación oficial de sectores de datos largos que utilizaban una configuración de 4096 bytes por sector, o 4K. Todos los fabricantes de discos duros se comprometieron a enviar nuevas plataformas de discos duros para productos de escritorio y portátiles con el formato de sectores de Formato Avanzado para enero de 2011. [4] [5]
El formato avanzado se acuñó para cubrir lo que se esperaba que se convirtiera en varias generaciones de tecnologías de sectores de datos largos, y su logotipo se creó para distinguir las unidades de disco duro basadas en sectores de datos largos de las que utilizan sectores heredados de 512 bytes. Los discos empresariales se pueden formatear con campos de integridad de datos adicionales de 8 bytes , lo que da como resultado sectores físicos de 520 o 528 bytes. [6]
La tecnología de sectores de 4K del formato avanzado de primera generación utiliza los medios de superficie de almacenamiento de manera más eficiente al combinar datos que se habrían almacenado en ocho sectores de 512 bytes en un solo sector que tiene una longitud de 4096 bytes (4 KB). Se mantienen los elementos de diseño clave de la arquitectura tradicional de sectores de 512 bytes, específicamente, las marcas de identificación y sincronización al principio y el área de codificación de corrección de errores (ECC) al final del sector. Entre el encabezado del sector y las áreas ECC, se combinan ocho sectores de 512 bytes, lo que elimina la necesidad de áreas de encabezado redundantes entre cada fragmento individual de datos de 512 bytes. El Comité del Sector de Datos Largos seleccionó la longitud de bloque de 4K para el estándar AF de primera generación por varias razones, incluida su correspondencia con el tamaño de paginación utilizado por los procesadores y algunos sistemas operativos , así como su correlación con el tamaño de las transacciones estándar en los sistemas de bases de datos relacionales . [8]
Las ganancias de eficiencia de formato resultantes de la estructura de sectores de 4K varían de 7 a 11 por ciento en espacio físico del plato. [9] El formato 4K proporciona suficiente espacio para expandir el campo ECC de 50 a 100 bytes para acomodar nuevos algoritmos ECC. La cobertura ECC mejorada mejora la capacidad de detectar y corregir errores de datos procesados más allá de la longitud de defecto de 50 bytes asociada con el formato heredado de sectores de 512 bytes. [10] El estándar de formato avanzado emplea la misma configuración de marca de dirección , sincronización y espacio que el diseño de sectores tradicional de 512 bytes, pero combina ocho sectores de 512 bytes en un campo de datos. [11]
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Dado que hasta mediados de 2010 se vendieron una gran cantidad de unidades de disco duro heredadas basadas en sectores de 512 bytes, muchos sistemas, programas y aplicaciones que acceden a la unidad de disco duro están diseñados en torno a la convención de 512 bytes por sector. La colaboración temprana con el Comité del Sector de Datos Largos brindó a los proveedores de componentes y software la oportunidad de prepararse para la transición al Formato Avanzado.
Por ejemplo, Windows Vista , Windows 7 , Windows Server 2008 y Windows Server 2008 R2 (con ciertas revisiones instaladas) admiten unidades de formato 512e (pero no 4Kn), [12] al igual que las versiones contemporáneas de FreeBSD [13] [14] [15] y Linux . [16] [17] Mac OS X Tiger y posteriores pueden usar unidades de formato avanzado [18] y OS X Mountain Lion 10.8.2 también admite el cifrado de las mismas. Windows 8 y Windows Server 2012 también admiten el formato avanzado 4Kn. [12] Oracle Solaris 10 y 11 admiten unidades de disco duro 4Kn y 512e para sistemas de archivos ZFS no raíz, mientras que la versión 11.1 proporciona soporte de instalación y arranque para dispositivos 512e. [19] Antes de Windows Vista , Windows 2000 y Windows XP usaban 4096 bytes como tamaño de unidad de asignación predeterminado cuando usaban NTFS para formatear discos duros locales, pero no se alineaban con los límites de 4 KB.
Entre las iniciativas de formato avanzado emprendidas por el Comité del Sector de Datos de Largo Alcance, también se abordaron métodos para mantener la compatibilidad con las soluciones informáticas tradicionales. Para este fin, se crearon varias categorías de dispositivos de formato avanzado.
Muchos componentes de hardware y software de computadoras host asumen que el disco duro está configurado en torno a límites de sectores de 512 bytes. Esto incluye una amplia gama de elementos, incluidos chipsets , sistemas operativos , motores de bases de datos , herramientas de creación de imágenes y particionamiento de discos duros , utilidades de copia de seguridad y sistemas de archivos , así como una pequeña fracción de otras aplicaciones de software . Para mantener la compatibilidad con componentes informáticos heredados, muchos proveedores de unidades de disco duro admiten tecnologías de formato avanzado en los medios de grabación junto con firmware de conversión de 512 bytes. Los discos duros configurados con sectores físicos de 4096 bytes con firmware de 512 bytes se denominan unidades de formato avanzado 512e o de emulación 512. En las unidades 512e, un LBA equivale a 512 bytes.
La traducción del formato físico nativo de 4096, 4112, 4160 o 4224 bytes (con campos de integridad de datos de 0, 8, 64 o 128 bytes ) a un incremento virtual de 512, 520 o 528 bytes es transparente para la entidad que accede a la unidad de disco duro. Los comandos de lectura y escritura se emiten a las unidades de formato avanzado en el mismo formato que las unidades antiguas. Sin embargo, durante el proceso de lectura, la unidad de disco duro de formato avanzado carga todo el sector de 4096 bytes que contiene los datos de 512 bytes solicitados en la memoria ubicada en la unidad. El firmware de emulación extrae y reformatea los datos específicos en un fragmento de 512 bytes antes de enviar los datos al host. El proceso completo generalmente ocurre con poca o ninguna degradación del rendimiento.
El proceso de traducción es más complicado cuando se escriben datos que no son múltiplos de 4K o que no están alineados con un límite de 4K. En estos casos, el disco duro debe leer todo el sector de 4096 bytes que contiene los datos de destino en la memoria interna, integrar los nuevos datos en los datos existentes previamente y luego reescribir todo el sector de 4096 bytes en el medio del disco. Esta operación, conocida como lectura-modificación-escritura (RMW), puede requerir una revolución adicional de los discos magnéticos, lo que resulta en un impacto perceptible en el rendimiento para el usuario del sistema. El análisis de rendimiento realizado por IDEMA y los proveedores de discos duros indica que aproximadamente entre el cinco y el diez por ciento de todas las operaciones de escritura en un entorno de usuario de PC empresarial típico pueden estar desalineadas y generar una penalización en el rendimiento de RMW. [20] [21]
Al utilizar unidades de formato avanzado con sistemas operativos heredados, es importante realinear la unidad de disco mediante el software proporcionado por el fabricante del disco duro. La realineación del disco es necesaria para evitar una condición de degradación del rendimiento conocida como " alineación de clústeres", en la que una partición desplazada hace que los clústeres del sistema de archivos abarquen sectores parciales del disco físico. Dado que la alineación de clúster a sector se determina al crear particiones del disco duro, el software de realineación se utiliza después de particionar el disco. Esto puede ayudar a reducir la cantidad de escrituras no alineadas generadas por el ecosistema informático. El Comité de Tecnología de Formato Avanzado (anteriormente Comité del Sector de Datos Largos ) [22] [23] y los fabricantes de unidades de disco duro encabezaron otras actividades para preparar las aplicaciones para la transición a las tecnologías de formato avanzado . [24] [25] [26]
En el caso de las unidades de disco duro que funcionan en modo nativo 4K , no hay una capa de emulación y el medio de disco expone directamente su tamaño de sector físico de 4096, 4112, 4160 o 4224 bytes al firmware del sistema y al sistema operativo. De esa manera, la organización de sectores lógicos visibles externamente de las unidades nativas 4K se asigna directamente a su organización de sectores físicos internos. Desde abril de 2014, las unidades de disco duro nativas 4K de clase empresarial están disponibles en el mercado. [27] [28]
La disponibilidad de soporte para sectores lógicos de 4 KB dentro de los sistemas operativos difiere entre sus tipos, proveedores y versiones. [12] Por ejemplo, Microsoft Windows admite unidades nativas de 4K desde Windows 8 y Windows Server 2012 (ambos lanzados en 2012) en UEFI . [29] Las unidades nativas de 4K pueden funcionar en sistemas operativos más antiguos como Windows 7 , pero no se pueden usar como unidad de arranque . [30]
Linux admite unidades nativas de 4K desde la versión 2.6.31 del kernel de Linux y la versión 2.17 de util-linux-ng (lanzadas en 2009 y 2010, respectivamente). [31] [32] [33]
La versión en color del logotipo que indica una unidad nativa de 4K es algo diferente del logotipo 512e, ya que presenta cuatro esquinas redondeadas, un fondo azul y el texto "4Kn" en el centro del logotipo. [34]
La mayoría de las unidades de disco utilizan sectores de 512 bytes. [...] Las unidades empresariales (SCSI/SAS/FC paralelas) admiten sectores "gordos" de 520/528 bytes.
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