Нестандартный жесткий диск от Western Digital
Western Digital является одной из старейших в мире компаний, занимающихся производством различных типов магнитных носителей. Эта американская корпорация была основана в 1970 году, а разработка и производство жестких дисков были начаты в 1988-м. Главная штаб-квартира компании располагается в городе Лэйк-Форест (шт.Калифорния). Во всем мире в различных подразделениях этой корпорации работает порядка 50 тыс. человек. Основные производственные мощности Western Digital расположены в Малайзии и на Таиланде, а исследовательские центры — в Южной и Северной Калифорнии. Продукция этой фирмы продается по всему миру. Выпускаемые компанией средства хранения данных поставляются ведущим производителям систем, а также ряду реселлеров и розничных торговых организаций под фирменными марками Western Digital и WD.
В последнее время в связи с ухудшением позиций на мировом рынке главного конкурента Wesetern Digital — компании Seagate бренд WD приобрел широкую популярность у конечных пользователей за счет качественной и недорогой продукции. Нельзя не отметить, что Western Digital является инноватором в области производства и разработки современных магнитных носителей. Так, совсем недавно она анонсировала новый жесткий диск Western Digital WD10EARS из экономичной серии Caviar Green, отличающийся от других дисков этой серии большим объемом кэшпамяти — 64 Мбайт. Однако самая главная его особенность заключается в другом — это один из немногих дисков последних лет, который имеет пластины, разбитые на сектора не по 512 байт, а по 4 Кбайт, что само по себе является интересным шагом к переходу на диски с новым форматом данных. Компания Western Digital назвала свою новую технологию Advanced Format. Далее мы укажем причины этого шага, а также рассмотрим результаты тестирования нового диска.
Римляне вопрошали: «Кому это выгодно?» Идея перехода на сектора размером 4 Кбайт появилась более 10 лет назад, в далеком 1998 году, — тогда были предприняты первые шаги по переходу на этот стандарт. Однако на протяжении почти десяти лет, до апреля 2007 года, дело не двигалось с мертвой точки, пока ассоциация разработчиков IDEMA (International Disk Drive Equipment and Materials Association) не выпустила окончательный документ, посвященный описанию данной технологии. Этот документ (Hard Disk Drive Long Data Sector White Paper) подвел итог семилетней работы над технологией Long Data Sector (LDS), которая в некоторых источниках имеет другое название — Long Data Block (LDB). Применяемая Western Figital технология Advanced Format, по сути, является одним из вариантов LDS.
Технология LDB ориентирована на решение сразу нескольких проблем, которые присущи дискам с 512-байтным разбиением секторов. Она предполагает отказ от разбиения диска на секторы по 512 байт и переход на секторы по 4 Кбайт. Таким образом, за счет того, что количество секторов для хранения информации сокращается, уменьшается количество блоков Sync/DAM, идущих перед каждым новым сектором, блоков с данными ECC (Error Correction Code) и межсекторных интервалов, что позволяет увеличить плотность записи на пластину. Конечно, сами блоки данных Sync/DAM и ECC увеличиваются, но снижается общее количество служебной информации. Всё это благодаря тому, что общее количество секторов диска сокращается в восемь раз.
Как следует из упомянутого документа, эти нововведения рассчитаны на то, что с увеличением поля для ECC повышается вероятность восстановления ошибочно считанных данных. В качестве примера приведем отображающую этот эффект картинку из документа (рис. 1).
Рис. 1. Процентное соотношение возможности срабатывания функции ECC
Повышение возможности восстановления данных при неправильном считывании особенно актуально для современных жестких дисков, которые имеют очень высокую плотность записи данных. Это объясняется тем, что при каждой ошибке, не исправленной с помощью ECC, диску приходится повторно считывать информацию сектора, а это еще один полный оборот пластины вокруг шпинделя. К слову сказать, компания Western Digital говорит о примерно 50-процентном улучшении восстановления данных при помощи ECC в таких дисках.
Второй задачей, которая решается путем использования секторов размером 4 Кбайт, является уменьшение служебной информации, что ведет к увеличению доступного свободного места для пользовательских данных, о чем мы говорили раньше. Таким образом, переход на пластины с новым типом секторов означает, что компания-производитель может выпускать диски большего объема на тех же пластинах. Тут стоит отметить, что прирост не должен превышать 10% от общей емкости при равных параметрах пластин. На деле прирост составляет сотые доли процента (рис. 2).
Рис. 2. Разница в конечном размере диска с различными секторами
Также нельзя не отметить, что вследствие того, что в секторе будет храниться больше информации, у диска с таким форматом секторов должна несколько возрасти скорость линейного чтения/записи, чего, однако, не наблюдается на практике.
Из недостатков этой технологии необходимо выделить возрастающую нагрузку на контроллер диска, то есть на электронику, поскольку блоки ECC увеличены. Также нельзя не упомянуть о том факте, что большинство программного обеспечения, так или иначе связанного с работой с жесткими дисками, создавалось с учетом того, что сектор имеет размер 512 байт. Как следствие, переход на секторы размером 4096 байт влечет за собой переписывание ПО под новый стандарт. Поэтому о мгновенном переходе на новый стандарт говорить нельзя, именно в связи с этим диск от Western Digital имеет специальную функцию для поддержки старых ОС и системных плат. Технология Advanced Format работает по следующему принципу: физически на поверхности пластин создаются секторы размером 4 Кбайт, а вот логически диск говорит системе, что он работает с секторами по 512 байт. То есть каждый физический сектор диска включает восемь логических. Необходимые преобразования при этом процессе происходят в самом контроллере диска. Это позволяет добиться максимальной совместимости новых дисков, однако приводит к снижению производительности, поскольку нагрузка на контроллер возрастает. Подобный метод работы описан в вышеупомянутом документе, который и предполагает такой вариант постепенного перехода на новую технологию.
Тем не менее у технологии преобразования есть существенный недостаток. Операционная система Windows XP и ее предшественники, которые пока еще остаются достаточно популярными у конечных пользователей, отличаются нестандартной системой форматирования жесткого диска. При создании логического раздела на диске первые 63 сектора (с нулевого по 62-й) резервируются, а сам по себе создаваемый раздел начинается с 63-го сектора. При использовании секторов размером 4 Кбайт 63-й сектор приходится на восьмой логический сектор в восьмом физическом секторе. Поскольку файловая система NTFS работает с жестким диском кластерами по 4 Кбайт, получается, что из-за сдвига в начале диска на 512 байт каждый последующий кластер файловой системы располагается сразу на двух физических секторах. Это порождает эффект, что при чтении и записи на диск производительность падает. Для решения данной проблемы компания Western Digital предусмотрела для пользователей два варианта. Первый — это специальная перемычка на задней стороне диска (замыкающая 7-й и 8-й контакты). В таком случае контроллер диска сдвигает всю логическую структуру на один логический сектор так, чтобы 63-й сектор стал по счету 64-м, то есть совмещает физический сектор и сектор файловой системы NTFS, и производительность не падает. Такой способ рекомендуется в случае создания на диске единственного логического раздела. Если же пользователю необходимо создать несколько логических разделов, компания Western Digital предлагает специальную утилиту WD Align, основанную на технологии переноса образов дисков. Она сдвигает уже существующие на диске разделы, чтобы секторы файловой системы совпадали с физическими секторами диска. Данный метод решения более универсальный, но для него понадобится больше времени, поскольку для этого необходим полный перенос информации на разделе. Теперь от теории перейдем к практическим тестам.
Методика тестирования
Для тестирования этой модели использовался стенд, который ранее применялся для решения подобного типа задач. На первичный HDD-диск устанавливалась операционная система, и он подключался к одному из SATA-каналов, реализованных в южном мосте ICH10R. Тестирование проводилось под управлением операционной системы Windows Vista Ultimate SP1 (32-bit). Стенд для тестирования имел следующую конфигурацию:
- системная плата ASRock G43Twins-FullHD;
- набор системной логики Intel Express G43 и южный мост ICH10R;
- процессор Intel Core 2 Duo E7200;
- память Corsair CM3X1G213C9D DDR3 1066 МГц (тайминги 9-9-9-24) объемом 2 Гбайт;
- системный жесткий диск Western Digital WD3200AAKS SE16 SATA II;
- блок питания Silencer 750ES12P мощностью 750 Вт.
В качестве бенчмарка для определения производительности дисков мы использовали синтетический тест IOmeter 2006.07.27. Он является общепризнанным отраслевым стандартом и применяется для измерения производительности подсистем хранения данных (дисков, RAID-массивов и т.д.). Тест IOmeter 2006.07.27 позволяет имитировать практически любой тип нагрузки на жесткий диск. Можно менять размер блока запроса чтения/записи, устанавливать глубину очереди задач, менять процентное соотношение между операциями чтения и записи и между последовательными и выборочными операциями и т.д. Кроме того, тест IOmeter 2006.07.27 позволяет работать как с отформатированными дисками, так и с дисками, на которых не созданы логические разделы. Более корректным является тестирование дисков без логических разделов.
В нашем тестировании мы измеряли скорость выполнения операций последовательного чтения и записи, а также скорость выборочного чтения и записи. Размер блока данных изменялся в пределах от 512 байт до 1 Мбайт (для теста выборочной записи от 512 байт до 32 Мбайт). С помощью этой программы для исследуемого диска было проведено по 56 подтестов — по 14 для каждого из четырех режимов работы: линейная запись, линейное чтение, выборочная запись и выборочное чтение. Тестирование проводилось при глубине очереди задач операций вводавывода (Outstanding I/Os) равной 4. Для сравнения производительности были использованы результаты ранее протестированных дисков WD1001FALS и WD1002FBYS, близких по параметрам к новой модели.
Также для тестирования применялся бенчмарк HDTune Pro 4.01, в котором есть файловый тест, эмулирующий работу пользователя с файловой системой. В качестве теста был выбран подтест File Benchmark с размером блока 32 Кбайт, который запускался при двух различных вариантах форматирования — с размером блока 512 и 4096 байт.
Результаты тестирования
Результаты сравнительного тестирования дисков в бенчмарке IOmeter представлены на рис. 3-7. Как видно из приведенных диаграмм, во всех тестах картина результатов достаточно типична, кроме теста на выборочную запись. Во всех тестах первые позиции по скорости передачи данных занимают диски более дорогой серии.
В режиме последовательного (линейного) чтения для всех дисков скорость зависит от размера блока данных (см. рис. 3). Сначала скорость последовательного чтения возрастает с увеличением блока данных, но по достижении определенного максимального значения рост прекращается. При этом для всех дисков насыщение происходит в одной точке — при блоке 16 Кбайт. У всех дисков скорость линейного чтения практически совпадает и варьируется в пределах 100-110 Мбайт/с.
При выполнении операций последовательной записи (см. рис. 4) результаты оказались практически аналогичны тем, что получены в тесте на скорость последовательного чтения. Максимальная скорость последовательной записи для дисков находится в пределах от 90 до 110 Мбайт/с.
Рис. 3. Скорость последовательного чтения
Рис. 4. Скорость последовательной записи
В операциях выборочного чтения (см. рис. 5) для жестких дисков скорость постепенно возрастает по мере увеличения размера блока данных. Собственно, это понятно, поскольку для диска с увеличением размера блока данных операции становятся всё более последовательными. Для всех дисков показатели скорости отличаются незначительно. Достаточно низкие скоростные показатели в этом тесте объясняются необходимостью перепозиционирования головок чтения/записи при операции выборочного чтения.
Рис. 5. Скорость выборочного чтения
Рис. 6. Скорость выборочной записи
В операциях выборочной записи (см. рис. 6) зависимость скорости от размера блока данных напоминает аналогичную зависимость для операций выборочного чтения. В то же время следует отметить, что в этом тесте новый диск Western Digital WD10EARS повел себя весьма странно. Его скорость выборочной записи гораздо ниже скорости выброчной записи других двух моделей. При этом такая зависимость наблюдается даже при высоких запросах — более 8 Мбайт. Основное насыщение происходит при запросах размером 2048 Кбайт. Вероятно, это объяснется не совсем корректной работой контроллера по преобразованию логических секторов в физические.
Рис. 7. Разница в скорости при различных размерах блока данных
Если говорить о результатах теста в файловом бенчмарке HDTune Pro 4.01 (рис. 7), то они вполне закономерны. При форматировании диска с размером блока данных 512 байт скорость записи существенно падает.
Выводы
Итак, по результатам нашего тестирования можно сделать следующие выводы. Жесткий диск новой серии Western Dgigtal WD10EARS имеет достаточно хорошую скорость последовательного чтения и записи, хотя и относится к дискам экономичной серии Green. Однако переход на секторы размером 4 Кбайт на данный момент не дает никакой дополнительной производительности, а может лишь ухудшить ее показатели. При этом стоит отметить, что пользователь сможет ощутить прирост в скорости лишь при переписывании файлов большого объема с диска на диск (например, HD-фильм, образы и т.п). В остальных случаях прирост в скорости работы будет совсем незначительным. В целом компьютерная индустрия хотя и готова к работе с такими дисками, но их потенциал до конца не раскрыт.
Редакция выражает признательность представительству компании Western Digital в Москве за предоставленный для тестирования жесткий диск Western Digital WD10EARS.
 |
|
