4K 扇区转换:为什么硬盘要转向 4096 字节扇区,而不是 512 字节扇区?

4K 扇区转换:为什么硬盘要转向 4096 字节扇区,而不是 512 字节扇区?

我注意到西部数据的部分硬盘现在4K 扇区,也就是说,扇区更大:4096 字节,而长期以来的标准是 512 字节。因此:

  • 4K 扇区有什么大不了的?是营销炒作,还是真正的优势?
  • 为什么组装新 PC 的人要关心或不关心 4K 扇区?
  • 为什么这个转变现在发生?为什么不早点发生?
  • 购买 4K 扇区硬盘时需要注意什么?例如不兼容吗?
  • 关于 4K 扇区我们还应该了解什么?

答案1

毫无疑问,这是我读过的关于这个主题的最好的文章:

http://www.anandtech.com/show/2888

简而言之,回答你的问题:

  • 4K 扇区有什么大不了的?

主要优势是更有效地利用原始存储空间。使用 512 字节扇区时,必要的 ECC 计算开始提供递减的收益,但在更大的扇区大小上可以更有效地完成。

  • 这是营销炒作,还是真正的优势?

真正的优势在于,与没有过渡相比,2TB 以上的驱动器将更便宜、更可靠。同样的想法也适用于较小的驱动器,但回报并不那么显著。将扇区大小映射到卷中的常见分配大小(对于 NTFS 来说,4K 几乎和垃圾一样常见)有一些理论上的优势,并且内存页面的大小通常也是 4K(使页面文件/交换令人满意)。

  • 为什么组装新 PC 的人要关心或不关心 4K 扇区?

今天 - 您唯一应该关心的可能是没有得到它。仍有一些问题正在解决,如果您不了解,可能会给您带来麻烦。Windows XP 支持就是其中之一,驱动器谎报其几何形状是另一个。

  • 为什么这个转变现在发生?为什么不早点发生?

它已经转型很多年了,但是消费级硬盘才刚刚开始出现在市场上。

  • 购买 4K 扇区硬盘时需要注意什么?例如不兼容吗?

您可能不会遇到 Windows 7 或 Vista 的问题,但任何较旧的 Microsoft 操作系统都可能让您烦恼。虽然有内置兼容性,但由于扇区对齐问题,它可能会导致性能下降。

  • 关于 4K 扇区我们还应该了解什么?

读完这篇文章,温习一下数学,然后再读一遍。这确实是一件好事,将使存储行业能够更快地向前发展。

答案2

512 字节扇区从我们有真的小型媒体,例如小于 300k 的软盘。当时这样做是有道理的,但现在却毫无意义。4k 扇区的问题在于,很多驱动器已经在使用它,但它们的固件伪造了 512 个扇区。对于闪存媒体和 SSD 尤其如此。我相信 4k 是事实上的内部 SSD 标准。

因此,制造商只是想去掉中间人,让操作系统以它知道的方式处理 4k 扇区(一旦我们获得全面支持,情况就会变得更好)

如果你正在组装一台新电脑,这一点很重要。有些操作系统可能根本不支持 4k 扇区(即较旧的操作系统),而大多数操作系统和文件系统仍然针对 512 字节扇区进行优化。我想到的一件事是 OpenBSD。与 512 字节扇区相比,它目前在 4k 扇区上的表现并不好。问题之一是分区对齐。默认情况下,第一个分区不在 4k 边界上对齐。

现在发生转变的原因可能是 SSD 数量激增。正如我所说,SSD 内部使用 4k 扇区,因此最好让操作系统处理这些原始数据,而不是让固件猜测操作系统想要什么。

我确信一些旧主板可能会遇到此类硬盘的问题,但您最近(过去 5 年)购买的任何东西肯定都应该兼容。

答案3

有趣的是,链接的文章重点关注的是硬盘,而闪存介质中更大扇区大小的性能优势可能更加显著。与硬盘不同,硬盘中的扇区本质上可以独立写入,一年内每秒向一个扇区写入 31 次不会比一年内每秒向一个扇区写入 31 个不同的扇区造成更大的磨损,而典型的闪存芯片将被划分为大块,每个块包含许多 528 字节的页面,但要受到以下限制:

  1. 可以写入空白页,或擦除块中的所有页面。除非擦除块中的所有页面,否则无法写入非空白页。

  2. 如果一个块被擦除超过几千次,其性能和可靠性就会下降到不再可用的程度。

由于这些限制,几乎所有闪存驱动器的设计都是这样的:写入扇区不会在物理上替换之前保存该扇区数据的页面的内容,而是将新数据的副本存储在其他位置,然后更新某种数据结构以指示数据应该在新位置找到,而之前的副本应该被视为“垃圾”。如果驱动器上的可用空间不足,驱动器将识别主要包含“垃圾”的块,重新定位这些块上不是垃圾的任何内容,然后擦除这些块。此外,由于每个块的使用次数存在生命周期限制,因此一段时间内未被触及但位于很少使用的块上的文件可能会被重新定位,以便利用驱动器随后能够重复使用和回收它们所在的块这一事实。

如果驱动器用户经常更改单个扇区,那么每次扇区写入只需要写入和循环一个 528 字节页面,这对于较小的扇区大小来说可能是一个优势,而每次写入都强制循环八个 528 字节页面。另一方面,单个逻辑 4096 字节扇区更新的“簿记”成本可能只是八个独立 512 字节扇区更新成本的一小部分(实际上,它们甚至可能低于单个扇区更新的成本)。单身的512 字节扇区更新,因为驱动器只需管理总扇区数的 1/8。]

根据访问模式,在某些情况下,具有 4K 扇区的闪存驱动器的性能会不如具有 512 字节扇区的闪存驱动器,但在其他情况下, 4K 驱动器的性能可能会明显更好。

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