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先進格式化

先進格式化（英語：Advanced Format，AF），又稱高級格式化、高階格式化或進階格式化，是一種磁碟磁區格式，特點是用於儲存數據的每個磁區大小超過512，520或528位元組，達到4096、4160甚至4224位元組（4KB）。更大的磁區可以整合更強的錯誤檢測與糾正演算法，在更高的數據密度下維持數據的完整性。

先進格式化（Advanced Format, AF）
先進格式化512e徽標
初代標準
每個磁區4096 (4 KB)位元組。
初代種類
模擬512 (512e)儲存媒介上物理磁區大小是4K，組態的邏輯磁區是512位元組
原生4K (4Kn)儲存媒介上物理磁區大小是4K，直接報告給主機。
支援4K的主機[1]傳統512磁區硬碟和512e硬碟都能正常運作的主機
標準制定時間
2010年3月
制定者
IDEMA長數據磁區委員會，成員有戴爾、富士通 (現在的東芝儲存公司)、惠普、昱科環球儲存、IDEMA、LSI公司, 邁拓 (現在的希捷)、微軟, 鳳凰科技, 三星、希捷、威騰電子

歷史

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長數據磁區的使用最開始是由美國國家儲存產業聯盟（National Storage Industry Consortium，NSIC）在一篇技術論文上提出[2]，論文指出日益增大的數據密度和512位元組大小的硬碟磁區格式存在衝突。[3]在磁媒介記錄系統技術、數據密度和容量都沒有革命性進展的情況下，硬碟技術的發展預計會趨於停滯。

作為對這一問題的回應，儲存工業的貿易組織國際磁碟裝置和材料協會（International Disk Drive Equipment and Materials Association, IDEMA），於2000年成立了IDEMA長數據委員會，以幫助IDEMA、行業頭部企業和軟件供應商在長數據磁區標準的定義和發展方面合作，包括討論相容傳統計算組件的方法。[3]2005年8月，希捷給產業夥伴提供了1K物理磁區的測試裝置供測試。[4]:Figure 32010年，官方第一代長數據磁區工業標準完成了，使用每磁區4096位元組的組態。所有硬碟製造商承諾在2011年1月前面向桌面裝置和筆記本產品推出帶有先進格式化磁區格式的新硬碟。[4][5]

"先進格式化"這個名詞的產生是為了解釋這一長期迭代的長數據磁區技術，其徽標是為了方便用戶區分長數據磁區硬碟和傳統的512、520、528磁區硬碟。[6][與來源不符]

概述

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512位元組和4096位元組磁區格式的對比[7]
描述 512位元組磁區 4096位元組磁區
數據段間隔、同步位、地址標記 15位元組
用戶數據 512位元組 4096位元組
糾錯碼 50位元組 100位元組
總計 577位元組 4211位元組
數據使用效率 88.7% 97.3%
模擬512位元組裝置的磁區大小
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
物理磁區1 物理磁區2

初代先進格式化，4K磁區技術，可以通過把本來應該存在8個512磁區的數據聚合成為1個4096位元組的磁區，來更有效地利用儲存表面媒介。傳統的512位元組磁區架構中的關鍵設計元素被保留了，具體而言，包括磁區頭部的認證和同步標記以及磁區尾部的糾錯碼（ECC）區域。在磁區頭和糾錯碼區域中間，是被合併的8個512位元組磁區，這消除了每個塊之間多餘的頭部區域。長數據委員會選擇了4K塊大小作為初代AF標準有很多原因，比如4K和CPU、作業系統使用的頁面大小一致，並且和資料庫系統中的標準事務大小有一定關係。[8]

4K磁區結構帶來的格式化效率收益是使磁碟可用空間有7%到11%的提升。[9]4K磁區為ECC區域從50位元組拓展到100位元組提供了足夠了空間，以適應新的ECC演算法。增強的ECC覆蓋率提升了檢測和糾正所處理數據錯誤的能力，超越了傳統512位元組磁區的50位元組缺陷檢測長度。[10]先進格式化標準也使用了和傳統512位元組磁區相同的數據間隔、同步位和地址標記格式，但是把8個512位元組的磁區合併到一個數據域中了。[11]

 
使用先進格式化和分散ECC的硬碟格式效率

在2010年年中，市面上出貨的傳統512位元組磁區磁碟數量是巨大的，很多系統、程式、和訪問硬碟的應用都是面向512位元組磁區的慣例而設計的。與長數據磁區委員會的前期合作給組件和軟件供應商提供了遷移到先進格式化的機會。

例如Windows Vista、Windows 7、Windows Server 2008和Windows Server 2008 R2（裝有特定熱修補程式）支援512e格式的硬碟 (但不支援4Kn)，[12]FreeBSD[13][14][15]和Linux的現代版本同樣支援。[16][17] Mac OS X Tiger之後的版本可以使用先進格式化硬碟[18]並且OS X Mountain Lion 10.8.2還支援加密他們。Windows 8和Windows Server 2012同樣支援4Kn先進格式[12] Oracle Solaris 10和11支援4Kn和512e格式的硬碟，對於不是根分區的ZFS檔案系統，不過11.1版提供了在512e裝置上安裝和啟動系統的支援。[19]

分類

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在長數據部門委員會開展的先進格式化提案中，還涉及到了與傳統計算解決方案保持向下相容的方法。為此，建立了幾個先進格式裝置的類別。

模擬512（512e）

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許多電腦軟硬件組件都假定硬碟的物理磁區大小是512位元組。包括晶片組、作業系統、資料庫引擎、硬碟分區和鏡像工具、備份以及檔案系統工具、還有一小部分其他軟件。為了相容傳統計算組件，許多磁碟供應商在記錄媒介上支援先進格式化，同時使用512位元組轉換韌體。組態成4096位元組物理磁區並且帶有512位元組韌體的硬碟，被稱為先進格式化512e，或者模擬512驅動器。

 
可能使用到基於512位元組代碼的地方

從4096位元組物理格式到512位元組虛擬格式的轉換對訪問硬碟的實體是透明的。讀和寫命令都會以和傳統裝置同樣的格式傳送給先進格式化裝置。然而，在讀的過程中，先進格式化硬碟載入包含了所需512位元組數據所在的整個4096位元組的磁區到裝置主記憶體中。在數據被送往主機之前，模擬韌體提取並將特定數據重新格式化成512位元組的塊。一般而言，整個過程幾乎不會帶來效能上的損失。

當寫入數據的數據大小不是4K的倍數，或者沒有對齊4K的邊界時，轉換的過程就更加複雜了。在這種情況下，硬碟必須把包含目標數據的整個4096位元組磁區讀到主記憶體中，然後把新數據合併到先前存在的數據上，然後再向磁碟媒介重寫整個4096位元組磁區。這樣的操作，被稱為read-modify-write (RMW)，可能需要磁碟旋轉額外的次數，從而對系統用戶造成可感知的效能影響。IDEMA所做的的效能分析表明，在商業PC環境下5%到10%的寫請求是不對齊的，這會導致RMW效能損失。[20][21]

用戶在舊作業系統上使用先進格式化裝置時，使用硬碟製造商提供的軟件重新對齊磁碟很重要。對於避免所謂跨單位配置的效能降級問題，即偏移的分區導致檔案系統單位配置跨越多個物理磁碟分區，磁碟重新對齊是很有必要的。由於單位配置到磁區的對齊時在建立硬碟分區時決定的，而重對齊軟件是在建立硬碟分區之後使用的。這有助於減少計算生態系統生成的未對齊寫的數量。為了讓應用程式準備向進階格式技術過渡而開展的進一步活動是由"進階格式技術委員會"（即先前的長數據磁區委員會）[22][23]和硬碟製造商帶頭進行的。[24][25][26]

原生4K（4K native, 4Kn）

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先進格式化原生4K徽標

對於使用原生4K模式的硬碟，不存在模擬層，硬碟裝置直接向系統韌體和作業系統暴露它的4096、4112、4160或是4224位元組大小的物理磁區。通過這種方式，原生4K裝置外部可見的邏輯磁區組織會被直接對映到他們內部的物理磁區組織。自2014年4月起，企業級的原生4K硬碟已經上市。[27][28]

作業系統對4KB邏輯磁區的支援依種類、製造商和版本有所區別[12]。比如，Microsoft Windows自Windows 8和Windows Server 2012（都是在2012年發佈）開始支援原生4K[29]，自Linux kernel版本2.6.31和util-linux-ng版本2.17開始Linux支援原生4K (分別在2009年和2010年發佈)。[30][31]

原生4K和模擬512徽標的顏色不同，前者有4個圓角，藍色背景，以及徽標中心的文字"4Kn"。[32]

另見

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參考文獻

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  1. ^ Advanced Format Definitions, Abbreviations, and Conventions. IDEMA. [March 13, 2012]. （原始內容存檔於2012-03-16）. 
  2. ^ Home- INSIC | Information Storage Industry Consortium. INSIC. [2014-03-12]. （原始內容存檔於2014-03-12）. 
  3. ^ 3.0 3.1 先进格式化的产生. IDEMA. [2013-11-18]. （原始內容存檔於2012-06-17）. 
  4. ^ 4.0 4.1 Transition to Advanced Format 4K Sector Hard Drives. Seagate. [2014-12-15]. （原始內容存檔於2014-12-20）. 
  5. ^ Advanced Format – 迈向4K扇区. Seagate Technology. [June 27, 2011]. （原始內容存檔於19 May 2011）. 
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外部連結

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