512e 和 4kn的解读

转载：很好的解读了512e 和4kn的磁盘逻辑，

一些传统应用（如数据库系统）的I/O操作最小单位仍小于 4KB，使用原生 512 byte 扇区硬盘可以保证最好的性能，采用 512e 硬盘容易产生性能影响。

vSphere 6.5 新功能 — 支持 512e 硬盘

傅 纯一 posted 2017年11月7日

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长期以来，机械硬盘在储存数据时，一直都是以 512 byte 大小的扇区 (Sector) 为单位分割进行读写。随着硬盘容量的不断提升，这种古老的分配标准已经越来越不合时宜。因此，硬盘行业决定将扇区容量扩大到 4K byte，该技术被称为“先进格式” (Advanced Format)。

 

在传统格式中，每个扇区大小为 512 byte，在扇区的数据之间，需要间隔一个同步/分隔（Sync/DAM）区域和一个ECC 错误校验区域 (40 byte)。而在“先进格式化”模式下，每 4K byte 为一个扇区，相当于把之前的 8 个扇区合而为一，只需要一个同步/分隔区域和一个容量稍大的 ECC 校验区 (100 byte)。下图是传统格式和先进格式扇区的对比，从中可以看到，存储同样的 4K byte 数据，先进格式占用的面积明显更小，能够节省 200 byte 的磁道空间。4K byte 扇区对于磁道的利用率高达 97%，远远高于传统格式的 88%。

传统格式和先进格式扇区的对比

 

先进格式化技术更有效地利用了磁盘盘片上宝贵的存储面积，预计能够将硬盘的可用容量提升 7% 到 11%。以 1TB 硬盘为例，原本分区容量为 930GB 左右，使用新模式后可能将达到 1000GB 以上。因此，这种新技术的推出或许还能有一个附加效果，即让很多人对硬盘容量缩水的质疑迎刃而解。

虽然先进格式化技术更有优势，但是现有的操作系统大部分都还不支持 4K byte 扇区格式，为了过渡和兼容，硬盘厂商为新出的 4K byte 扇区硬盘准备了一种 512e (Emulation) 的硬盘固件，利用固件来把传统的对于 512 byte 扇区的逻辑访问转换为对于 4K byte 扇区的物理访问；当然，新硬盘还有另一种固件直接支持 4K byte 扇区的访问，这种硬盘称之为 4Kn (Native)；传统格式的硬盘被称之为 512n (Native)，原生就是 512 byte 的扇区。

硬盘格式	逻辑扇区大小	物理扇区大小
512n	512	512
512e	512	4096
4Kn	4096	4096

硬盘扇区的逻辑地址一般用逻辑区块地址 LBA (Logical Block Address) 来表示。针对 512e 硬盘而言，操作系统中读写的扇区大小还是 512 字节，使用 512 字节的逻辑扇区地址来标注写入地址。例如：下图中待写入的数据块 LBA 是 1002，当真正写入数据时，512e 硬盘的固件会把它映射到物理地址 125 (编号为 125 的数据块，起始编号为 0) 的扇区。在这个例子中，可以看到待写入的数据块是 512 字节，远小于物理扇区大小，所以需要把物理地址为 125 的 4K 字节整个读出来，再改写逻辑地址 1002 数据块对应的位置，然后才能把整个扇区真正写入物理扇区，这会造成一定的性能损失。

当我们将大于 4K 的数据块写入 512e 硬盘时，由于一次写入的扇区大小就是 4K，所以写操作的性能会有较大提升。但是如果写入 512e 硬盘的数据块小于 4K 时，操作系统就必需经过读取→修改→写入的复杂过程，这会造成比较明显的性能下降。一些传统应用（如数据库系统）的I/O操作最小单位仍小于 4KB，使用原生 512 byte 扇区硬盘可以保证最好的性能，采用 512e 硬盘容易产生性能影响。

 

vSphere 6.5 对于 512e 先进格式硬盘的支持，使用户能够使用最新的大容量硬盘（如 6TB 硬盘），并且提高硬盘空间的利用率，从而帮助用户更好地降低存储成本。