AFT : Tecnologia para Formatação Avançada - Conceitos básicos
Este artigo tem como objetivo, divulgar a tecnologia AFT para formatação de discos com blocos físicos de 4 KiB.
Parte 2: O padrão ATA-8
A Western Digital e outros fabricantes, criaram o grupo chamado IDEMA e propuseram um novo padrão para construção de discos rígidos chamado ATA/ATAPI Command Set - versão 8 (ACS-8), ou simplesmente ATA-8.
Esse padrão adota uma série de otimizações na fabricação de discos rígidos, a maioria é extremamente técnica e de interesse apenas para engenheiros eletrônicos!
O que interessa para nós, é que ATA-8 abandona o modelo de setores de 512 bytes em troca de um layout de 4096 bytes para um setor físico e isso muda muitas coisas na hora de particionar e formatar um disco rígido.
Os mais atentos devem ter percebido que 4 KiB é um número mágico na computação. O tamanho coincide com o tamanho das páginas de memória, tornando ainda mais fácil alocar setores do disco na RAM do computador e também fazer paginação de RAM em disco (swap).
Sistemas de arquivos modernos, como o NTFS e ext4, funcionam melhor em clusters de 4 KiB. O modelo de setor de 4 KiB resolve todos os problemas discutidos no tópico anterior (excesso de GAP, ECC e noise) e permite que os discos rígidos sejam construídos em tamanhos cada vez maiores com menos taxas de erros e mais rápidos.
A figura 2 ilustra a situação atual e os ganhos com AFT:
As principais vantagens do AFT, são:
O único problema com AFT, é que a tecnologia está implementada apenas em sistemas operacionais modernos (Linux 2.6.32 e Windows Vista). Sistemas antigos (Linux menores que 2.6.32 e XP), não irão se beneficiar de AFT em modo nativo. Para sistemas legados há a possibilidade de emular setores de 512 dentro de setores de 4096.
Mas, cá entre nós, quem faria uma bobagem dessa!? A própria Western Digital não recomenda o uso de discos AFT em sistemas legados. No documento [11] a Seagate também demonstra que a emulação não é boa ideia. De modo simples, a emulação introduz mais leituras e gravações no processo.
Outro ponto que pode incomodar durante a transição, é o cenário chamado de partições desalinhadas. Vamos entender esse problema.
Vejamos a abordagem central do problema.
De acordo com [12], alinhamento se refere ao local onde começam as partições. Devido ao legado do modelo CHS (cilindro, cabeça e setor) e ao uso de ferramentas de particionamento desatualizadas (leia-se fdisk, partition magic e afins), que começarão o particionamento no setor 63 você pode acabar com uma partição desalinhada em um disco AFT.
Em discos de 512 B, isso não é um problema, mas é em discos de 4 KiB. No formato AFT é altamente desejável que o início do setor lógico coincida com o físico para que o desempenho máximo seja atingido. O erro é simples e fácil de perceber.
Caso um setor lógico esteja alocado em dois setores físicos, será necessário duas leituras físicas para uma lógica. Isso decreta de vez o fim do alinhamento por cilindros. Não há mais razão plausível para alinhar por cilindros. O segredo agora é fazer o alinhamento por MiB.
Apenas as ferramentas novas são capazes de fazer (GParted, parted e gfdisk). O mais indicado é o GParted incluído em Parted Magic por ser atualizado e fácil de usar. A figura 3, a seguir, ilustra uma situação de desalinhamento:
Um utilitário moderno como parted, permite uma série de operações com o disco. De acordo com o man parted, é possível: criar, destruir, redimensionar, mover e copiar partições do tipo ext2, linux-swap, FAT, FAT32 e ReiserFS.
O utilitário parted pode "comer todo seu queijo". Entenda que a manipulação de partições com ele é feita com os sistemas de arquivos desmontados. O parted pode causar severos danos aos seus danos se você não souber o que está fazendo.
De acordo com [12], "um efeito colateral do novo alinhamento, em algumas placas com BIOS bugados" (que tentam 'adivinhar' a geometria lendo a tabela de partições), é que a placa pode passar a travar durante o POST.
Trocar o modo de operação do controlador SATA (IDE/AHCI/RAID) ou usar algum controlador secundário quando disponível (JMicron, Marvell etc), geralmente faz funcionar novamente, ao menos para apagar o particionamento."
Instalações legadas de 32 bits e hardware legado, estão destinadas ao desligamento imediato. Muito cuidado ao investir em hardware nos próximos meses, pois haverá muito hardware legado vendido a preço baixo.
Os fabricantes que insistirem na venda desses equipamentos perderão mais vendas. Os novos computadores com BIOS UEFI, discos AFT, muita RAM (acima de 8 GiB) devem ser o alvo de aquisição para os próximos servidores de sua empresa. Sistemas sem essas características estão sujeitos a se tornarem obsoletos mais rapidamente.
Esse padrão adota uma série de otimizações na fabricação de discos rígidos, a maioria é extremamente técnica e de interesse apenas para engenheiros eletrônicos!
O que interessa para nós, é que ATA-8 abandona o modelo de setores de 512 bytes em troca de um layout de 4096 bytes para um setor físico e isso muda muitas coisas na hora de particionar e formatar um disco rígido.
Os mais atentos devem ter percebido que 4 KiB é um número mágico na computação. O tamanho coincide com o tamanho das páginas de memória, tornando ainda mais fácil alocar setores do disco na RAM do computador e também fazer paginação de RAM em disco (swap).
Sistemas de arquivos modernos, como o NTFS e ext4, funcionam melhor em clusters de 4 KiB. O modelo de setor de 4 KiB resolve todos os problemas discutidos no tópico anterior (excesso de GAP, ECC e noise) e permite que os discos rígidos sejam construídos em tamanhos cada vez maiores com menos taxas de erros e mais rápidos.
A figura 2 ilustra a situação atual e os ganhos com AFT:
As principais vantagens do AFT, são:
- Evita aumentar ECC para 80 bits, o quê pioraria a situação atual;
- Usar setores de 4 KiB aumenta a eficiência em até 11%, em média;
- A diminuição do GAP, do ECC e dos metadados aumenta a área útil para dados.
O único problema com AFT, é que a tecnologia está implementada apenas em sistemas operacionais modernos (Linux 2.6.32 e Windows Vista). Sistemas antigos (Linux menores que 2.6.32 e XP), não irão se beneficiar de AFT em modo nativo. Para sistemas legados há a possibilidade de emular setores de 512 dentro de setores de 4096.
Mas, cá entre nós, quem faria uma bobagem dessa!? A própria Western Digital não recomenda o uso de discos AFT em sistemas legados. No documento [11] a Seagate também demonstra que a emulação não é boa ideia. De modo simples, a emulação introduz mais leituras e gravações no processo.
Outro ponto que pode incomodar durante a transição, é o cenário chamado de partições desalinhadas. Vamos entender esse problema.
Partições desalinhadas
O problema das partições desalinhadas pode aparecer em discos com blocos de 4KiB. O desalinhamento causa impacto negativo no desempenho final do disco e (MUITA ATENÇÃO!!!) aumenta as chances de perdas de dados em casos de desligamento por falta de energia, mesmo em sistemas de arquivos com a característica Journal ativada.Vejamos a abordagem central do problema.
De acordo com [12], alinhamento se refere ao local onde começam as partições. Devido ao legado do modelo CHS (cilindro, cabeça e setor) e ao uso de ferramentas de particionamento desatualizadas (leia-se fdisk, partition magic e afins), que começarão o particionamento no setor 63 você pode acabar com uma partição desalinhada em um disco AFT.
Em discos de 512 B, isso não é um problema, mas é em discos de 4 KiB. No formato AFT é altamente desejável que o início do setor lógico coincida com o físico para que o desempenho máximo seja atingido. O erro é simples e fácil de perceber.
Caso um setor lógico esteja alocado em dois setores físicos, será necessário duas leituras físicas para uma lógica. Isso decreta de vez o fim do alinhamento por cilindros. Não há mais razão plausível para alinhar por cilindros. O segredo agora é fazer o alinhamento por MiB.
Apenas as ferramentas novas são capazes de fazer (GParted, parted e gfdisk). O mais indicado é o GParted incluído em Parted Magic por ser atualizado e fácil de usar. A figura 3, a seguir, ilustra uma situação de desalinhamento:
O utilitário parted pode "comer todo seu queijo". Entenda que a manipulação de partições com ele é feita com os sistemas de arquivos desmontados. O parted pode causar severos danos aos seus danos se você não souber o que está fazendo.
De acordo com [12], "um efeito colateral do novo alinhamento, em algumas placas com BIOS bugados" (que tentam 'adivinhar' a geometria lendo a tabela de partições), é que a placa pode passar a travar durante o POST.
Trocar o modo de operação do controlador SATA (IDE/AHCI/RAID) ou usar algum controlador secundário quando disponível (JMicron, Marvell etc), geralmente faz funcionar novamente, ao menos para apagar o particionamento."
Conclusões
Os novos discos AFT, o particionamento GPT e a BIOS UEFI junto com boot seguro, modificaram completamente o modo como instalamos nossos sistemas operacionais. Para usufruir dos benefícios dessas tecnologias, devemos migrar definitivamente para sistemas 64 bits e para o kernel 3.x, sem os quais não é possível ter esses benefícios.Instalações legadas de 32 bits e hardware legado, estão destinadas ao desligamento imediato. Muito cuidado ao investir em hardware nos próximos meses, pois haverá muito hardware legado vendido a preço baixo.
Os fabricantes que insistirem na venda desses equipamentos perderão mais vendas. Os novos computadores com BIOS UEFI, discos AFT, muita RAM (acima de 8 GiB) devem ser o alvo de aquisição para os próximos servidores de sua empresa. Sistemas sem essas características estão sujeitos a se tornarem obsoletos mais rapidamente.
Referências
- [1] http://www.anandtech.com/show/2888
- [2] http://www.wdc.com - Advanced Format Technology (PDF) - White Paper.
- [3] http://www.t13.org - Vários Papers.
- [4] Hard disk drive - Wikipedia, the free encyclopedia
- [5] Data cluster - Wikipedia, the free encyclopedia
- [6] Dealing with WD Advanced Format hard drives on Linux, Windows and MacOS (part 1)
- [7] http://www.idema.org
- [8] Advanced Format « archlinux.org
- [9] Linux on 4KB-sector disks: Practical advice
- [10] Usando o GParted com o Parted Magic
- [11] Transição para discos rígidos de formato avançado com setores de 4K « seagate.com
- [12] Caixa Seca: Usando o GParted com o Parted Magic