Advance Format Disk
Sector 512 bytes
Hasta el año 2009 las compañías fabricantes de discos duros aplicaban sobre los discos un diseño de sector físico de 512 bytes. Esto significa que a nivel lógico el disco era particionado en pequeños fragmentos llamados bloques lógicos (sector físico) de 512 bytes en los que se almacenaba la información una vez debidamente fragmentada a nivel lógico. Antes, cuando los archivos o información con la que trabajaba el computador eran de menor tamaño, quizás este sistema funcionase eficientemente, el problema llegó cuando los bloques de información que se leían o escribían al disco eran muy superiores a 512 bytes.
Diseño sector 512 bytes
Un sector se divide de la siguiente forma:
- Gap: espacio que separa un sector de otro
- Sync: indica el inicio de sector y la alineación del sector
- Marca de dirección: contiene el estado del sector y sus datos identificativos (número y ubicación)
- Datos: donde residen los datos
- ECC: contiene los códigos de corrección de errores utilizados para reparar y recuperar los datos dañados durante el proceso de lectura y escritura.
Desventajas del sector de 512 bytes
A medida que las densidades de los discos han ido aumentado, la proporción de sectores como porcentaje del almacenamiento total se ha vuelto ínfimo e ineficiente.
Algunas de las principales desventajas del sector de 512 bytes:
- Ineficientes en sistemas que trabajan continuamente con bloques mayores de 512 bytes
- Mayor número de sectores implica mas espacio de disco invertido en ECC
- Mayor probabilidad de error y ejecución de tareas de recuperación de datos
- Disminución de la capacidad de almacenamiento en discos de mayor densidad
Sector 4K o de formato avanzado (Advance Format Disk)
En Diciembre del año 2009 se nombró y aprobó el nombre de «sector de formato avanzado» para los sectores de 4KB.
A partir del año 2011 los fabricantes de discos comenzaron en su mayoría a aplicar este nuevo estándar, aumentando la eficiencia, las capacidades de almacenamiento mediante la reducción del espacio utilizado para ECC, y mejorando la corrección de errores.
El sector 4K combina ocho sectores antiguos de 512 bytes.
El estándar de formato avanzado utiliza el mismo número de bytes por sección Gap, Sync y Marca de dirección, pero aumenta el campo ECC al 100 bytes, algo que mejora considerablemente la eficiencia de tareas de corrección de errores, además de minimizar el riesgo de reproducción.
Impacto en el OS
En muchos de los aspectos a nivel de firmware y software relacionados con el sistema operativo, se sigue asumiendo que los sectores son de 512 bytes. Con el tiempo, tendrá lugar la implementación total de sectores 4k nativos. Mientras tanto, y durante esta transición, los fabricantes de unidades de disco duro implementan los sectores de 4k mediante una técnica denominada emulación de sectores de 512 bytes. Este término alude al proceso de conversión de los sectores físicos de 4 Kb utilizados en el formato avanzado, a los sectores antiguos de 512 bytes que esperan los sistemas informáticos. Esto puede conllevar a consecuencias negativas en el rendimiento, concretamente cuando la escritura de datos no se corresponde sencillamente con los ochos sectores antiguos convertidos, es decir, cuando no existe una perfecta alineación entre el sector 4k y los ocho bloques lógicos de 512 bytes.
Esto se debe a que la unidad de disco duro debe realizar pasos mecánicos adicionales, que se traducen en:
- La lectura de un sector de 4 Kb
- La modificación de contenidos
- Reescritura de los datos
Este proceso se denomina ciclo de lectura-modificación-escritura, y resulta no deseado por su impacto negativo en el rendimiento de la unidad de disco duro.
Prevención contra los ciclos de lectura-modificación-escritura:
- Solicitudes de escritura que están desalineadas debido a la desalineación de la partición lógica con respecto a la física.
- Solicitudes de escritura con un tamaño inferior a 4 Kb.
Logical Block Addressing
El modo en que los sistemas operativos y las unidades de disco duro se comunican la ubicación de los sectores, tiene que ver principalmente con LBA (Logical Block Addressing).
A cada sector de 512 bytes se le asigna un LBA único, desde cero hasta el número necesario según el tamaño del disco. Cuando el OS solicita la escritura de datos, se devuelve una dirección LBA al final de la escritura que con la que se indica la ubicación de los mismos. Al pedir un bloque de 4k, existen ocho posibilidades distintas correspondientes a los ocho bloques de 512 bytes.
Cuando se alinea el LBA con el primer bloque de 512 bytes virtual en el sector físico de 4 Kb, la situación de alineación lógico-física para la emulación de 512 bytes se denomina alineación 0. Las situaciones de alineación 0 funcionan muy bien con los nuevos sectores de 4 Kb en el estándar de formato avanzado. Esto se debe a que una unidad de disco duro puede asignar fácilmente ocho sectores de 512 bytes contiguos en un único sector de 4 Kb.
Cuando se crean particiones en la unidad de disco duro que producen una situación sin alinear, como se muestra en la siguiente figura, el resultado es que se crean ciclos de lectura-modificación-escritura que pueden mermar el rendimiento de la unidad de disco duro.
En el caso de la imagen anterior, se trata de un tipo de alineación 1.
Conclusiones
- Para el firmware, sistema operativo y todas las utilidades, el disco parece tener sectores de 512 bytes, aunque el tamaño de sector físico subyacente es 4.096 bytes
- El uso de sectores físicos más grandes tiene implicaciones directas en el diseño del disco y el rendimiento del sistema
- Cuanto mayor es el tamaño del sector, mas eficientes y potentes algoritmos de corrección de errores puede ser utilizados.
- En teoría redimensionar o contar con sectores de mayor tamaño ofrece mayor fiabilidad y capacidad de almacenamiento
- La mayoría de los sistemas de archivos modernos utilizan estructuras de datos de 4.096 bytes o superior
- En conjunto, las ventajas de una eficiencia de formato mejorada y una corrección de errores más sólida hacen que la transición a los sectores de 4 Kb merezca la pena
En la práctica…
Si cuentas con un disco indebidamente alineado, algo que se puede comprobar con el comando fdisk o parted, quizás te interese el siguiente link
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