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Festplatten mit Advanced Format

Diese Bezeichnung ist zunehmend bei aktuellen Harddisks anzutreffen, insbesondere bei Modellen mit hoher Kapazität. Was sich dahinter verbirgt und welche Auswirkungen sich beim Einsatz dieser Disks ergeben soll unser heutiger Blog-Eintrag erläutern.


Seit über 30 Jahren verwenden Festplatten für die Datenpeicherung Blöcke in der Größe von 512 Bytes (von ganz wenigen Ausnahmen abgesehen). Die Anzahl dieser Blöcke (auch als Sektoren bezeichnet) ist pro Disk im Laufe der Zeit erheblich gewachsen, von 5MB-Festplatten zu 2TB-Modellen immerhin um den Faktor 400.000.

Der Nachteil dieser Blockgröße ist der Overhead, der für jeden einzelnen Block anfällt. Zusätzlich zu den 512 Bytes Daten wird noch Platz für Sync-Marke, Adress-Marke und Fehlerkorrekturdaten benötigt sowie ein leerer Abstand zum nächsten Block. Größere Blöcke reduzieren den Anteil des Overheads und erlauben daher mehr Nutzdaten bei gleicher physikalischer Disk und bieten damit eine entsprechend höhere Gesamtkapazität.

Beim Advanced-Format verwendet die Disk eine Sektorgröße von 4096 Bytes (4KiB). Leider ist die Größe von 512 Bytes pro Sektor in fast allen Betriebssystemen festverdrahtet. In den 80ern gab es zwar ein paar Harddisks mit einstellbarer Sektorgröße (512, 1024, 2048) beim Einsatz in Unix-Systemen, kein aktuelles Betriebssystem unterstützt aber derzeit größere Sektoren.

Als Ausweg verwenden die Hersteller eine Emulation von 512-Byte-Blöcken (logische Sektoren) innerhalb eines 4K-Blocks (physikalischer Sektor). Diese Emulation wird 512e genannt und ist bei allen aktuellen HDs mit Advanced-Format zu finden.

Diese Emulation kann jedoch zu drastischen Performance-Verlusten führen, wenn die Betriebssysteme beispielsweise einen 4K-Datenblock schreiben, der zwei 4K-Sektoren überlappt (ein sogenanntes Missalignment). Um das zu verhindern, muss das Betriebssystem Dinge wie Partitionen, Filesystemdaten und Cluster an 4K-Grenzen ausrichten (siehe auch /Blog/2011/08/Verbesserung-der-Storage-Performance). Dies ist beispielsweise bei Windows XP oder Server 2003 nicht der Fall!

In Zukunft wird es auch Modelle ohne die 512e-Emulation geben, diese werden als 4Kn (4K-native) bezeichnet. Aktuell können weder Windows 7 oder 2008 R2 noch der aktuelle Linux-Kernel diese HDs verwenden. Eventuell werden zukünftige Service-Packs diese Unterstützung nachrüsten.

Der Betrieb von CONZEPT-16-Datenbanken ist auf AF-Disks mit 512e ohne Probleme möglich, sofern das Alignment gewährleistet ist. Für die Verwendung von 4Kn-Varianten wird jedoch ein entsprechendes Update des Datenbankservers notwendig sein.

Update: Die Betriebssysteme Windows 8 und Windows Server 2012 unterstützen 4Kn-Laufwerke. Für den Betrieb von Datenbanken ist ein Server ab Version 5.7.02 notwendig.

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