牛刀初试 高级格式化硬盘完全体验

什么是高级格式化标准？

高级格式化是国际硬盘设备与材料协会（International Disk Drive Equipment and Materials Association，IDEMA）制定的新型数据结构格式，它定义了硬盘基本扇区大小的增长量级。新的IDEMA标准规定，硬盘扇区大小将从512字节变为4096(4K)字节。目前所有参与了IDEMA的主要硬盘厂商，已经未雨绸缪，计划从现有的512字节扇区标准迁移至4K扇区。采用高级格式化标准能够帮助硬盘厂商生产容量更高，纠错能力更强的硬盘。

高级格式化的关键就是将扇区大小从512字节增加到4096字节，优势就是降低扇区间隙所占用的磁盘空间，并为检错码和纠错码分配更多的空间。传统硬盘使用了512字节扇区，传统扇区格式中包含间隙(Gap)、同步(Sync)、地址标记(Address Mark)、数据和纠错代码(ECC)部分。间隙用于分隔扇区。同步标记用于表示扇区开始并提供计时对齐。地址标记则包含可识别扇区号和位置的数据，还可提供扇区本身的状态。ECC部分包含用于修复或复原读写过程可能受损的数据的纠错代码。间隙、同步、地址标记和ECC纠错码这些与数据无关的开销每个扇区一共有65个字节。而在高级格式化标准中，扇区容量扩充到了4K字节，每个扇区仍然包括间隔、同步、地址标记和ECC校验码，而这些开销字节数从65字节增加到了115字节，但从扇区数据利用率来看比传统的512字节扇区更高，从88%(512/(512+65))提高到了97%(4096/(4096+115))，节省了空间开销。而且ECC校验位从50字节提高到100字节后，纠错能力也更强。

高级格式化也带来问题

高级格式化目前还在过渡阶段，使用高级格式化标准的硬盘会存在潜在的性能影响。目前计算机仍然将4K物理扇区模拟转换为传统512字节扇区进行读写，在这个转换过程中，每个硬盘分区起始LBA偏移都要与硬盘的物理4K扇区对齐。如果逻辑扇区和物理扇区没有进行对齐的话，也就是8个逻辑512字节扇区没有被映射到一个4K扇区中，那么读写时将执行额外的操作。硬盘会读取4K扇区数据，并修改其内容，然后重新写入数据，这个“读取-修改-写入”的操作将对硬盘的读写性能造成影响。

图1 中是Alignment 0（对齐）状态和7种未对齐状态中的一种。

以512字节扇区模拟的方式来读取4K扇区硬盘中的数据过程非常直接，可以在硬盘缓存中直接读取4K数据块以及格式化主机所需的特定512字节虚拟扇区，因此这个过程不会明显影响到性能。但是在写入的时候就变得更复杂了，主机尝试写入的数据为4K物理扇区的子集时。这时，硬盘必须首先读取包含主机写入请求目标位置的整个4K扇区，合并现有数据与新数据，然后重新写入整个4K扇区。在此情况下，硬盘必须执行额外的机械步骤：读取4K扇区数据、修改内容、重新写入数据。此过程称为“读取-修改-写入”循环，这个过程会对硬盘性能造成负面影响。将“读取-修改-写入”情况的几率和频率降到低是顺利无忧过渡到4K扇区的重要条件。

如何创建对齐分区

高级格式化标准硬盘的性能下降风险取决于硬盘管理分区未对齐的状态，如果对齐的话就不会存在这个影响。高级格式化硬盘在使用时，能否对齐和操作系统有莫大的关系，如果还使用的是老旧的Windows XP和Windows Vista SP1之前的操作系统，是无法创建对齐分区的，必须使用程序进行对齐。而Windows Vista SP1或之后版本和Windows 7都可以创建对齐分区。在扇区未对齐的情况下，必须使用硬盘实用程序来重新对齐磁盘分区改善性能。

表1是以西部数据的高级格式化硬盘为例列举的各个操作系统中的对齐情况，从表中可以看到，在Windows XP操作系统中可以通过运行实用程序来进行对齐。同时，西部数据提供了一个跳线，在短接7、8针脚后，在只有一个分区的情况下，可以不运行实用程序就能对齐。这个设计对于需要大容量硬盘的企业用户来说非常方便，它们在保存数据时一般只有一个分区，短接跳线就能对齐，避免性能下降。如果有多个分区，就必须运行实用程序进行对齐。值得注意的是，在Windows Vista和Windows 7中虽然可以对齐，但是如果是克隆分区则仍然需要运行实用程序才能对齐。

表：高级格式化标准硬盘对齐情况

然而，目前也有厂商推出的高级格式化硬盘无需软件对齐，比如希捷的Barracuda Green硬盘则直接内建了SmartAlign智能迁移固件技术，可以保证在Windows XP系统下创建的分区自动对齐，免去了安装对齐程序和重新校准分区所耗费的时间。