日記/2010-07-30/BigSector ドライブを試す

BigSector ドライブを試す †

遅ればせながら，Western Digital の BigSector ドライブを試してみた．型番は WD20EARS，2TB のドライブである．

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BigSector とは †

従来の HDD は読み書きの最小単位（セクタ）が 512 バイトであった．が，BigSector ドライブではこの最小単位が 4KB ( = 4096 バイト ) となっている．

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参考資料 †

BigSector についてもっと詳しく知りたい方は bigsector.org を参照のこと．

PC/AT のパーティションテーブル（いわゆる MBR）については→が詳しい．

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互換性 †

現状では，BigSector ドライブは，電源投入後は「エミュレーションモード」で動作する．つまり，HDD 内部の回路やファームウェアで，外見上は 512 バイト／セクタのドライブと同等の動作をするようになっている．つまり，PC 側から 512 バイト／セクタのつもりで発行されたリクエストを HDD 内部で 4KB/セクタのリクエストに変換し，512バイト／セクタのような応答を返す．あくまでもエミュレーションなので，HDD 上の物理的なセクタは 4KB/セクタのままである．

というわけで，レガシーなシステムで使用しても直ちに「動作しない」ということはない．が，後に述べる理由により，パフォーマンスが低下する．

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セクタ番号の対応 †

おそらくは下表のような対応になっているものと思われる．

512バイト／セクタ	4KB／セクタ
0	0
1
2
3
4
5
6
7
8	1
9
10
…

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512バイト／セクタエミュレーションでのアクセス †

512 バイト／セクタのエミュレーション時に例えば

セクタ番号 0 から 8 セクタの読み込み

をする場合，HDD 内部では

物理番号 0 のセクタを読み込み
これを 8 セクタ分の応答として返す

という動作をすればいい．

ところが

セクタ番号 1 から 8 セクタの読み込み

となると

物理番号 0 と 1 のセクタを読み込み
対応する 8 セクタ分の応答を返す

という動作になる．同じセクタ数の読み出しなのに，後者では２物理セクタの読み込みが発生することになる．これは

8 で割り切れないセクタ番号で始まるアクセス

なのが原因なのは明らかだろう．

書き込みの場合は，もっと深刻である．

セクタ番号 1 から 8 セクタの書き込み

の場合は

物理セクタ 0, 1 を読み出し
物理セクタ 0 の後ろ 7 論理セクタ分と物理セクタ 1 の最初 1 論理セクタ分を書き換え
物理セクタ 0, 1 を書き戻す

となる．いわゆる read-modify-write と呼ばれる動作になり，パフォーマンスへの影響は大きい．

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CHS パラメータの呪い †

HDD には「シリンダ数」「ヘッド数」「セクタ数」というパラメータがある． HDD 上にはこのパラメータに沿ってセクタが配置されている，というのは昔の話．

現代の HDD の CHS パラメータは

シリンダ: たくさん
ヘッド: 255
セクタ: 63

というパラメータとなっている．ヘッドが 255 もあれば，ディスク（プラッタ）は 128 枚も入っていることになるが，壊れた HDD を分解してみてもそんなにたくさんの円盤は無い．つまり，

HDD のコントローラとファームウェアがホラを吹いている

のである．

ところで，パーティションを切る場合，Windows XP 以前だとディスクを目一杯使おうとすると，最初のトラックはパーティションテーブル等のために利用されない．が，上記の CHS パラメータではセクタ／トラックは 63 となっている．第一パーティションは 64 セクタ目，セクタ番号 63 から切られることになる．パーティション先頭が 8 で割り切れないセクタ番号なので，パーティション内部のアクセスが 4KB 単位だったとしても，常に「切れの悪い」アドレスからのアクセスということになる．

困ったもんだ．

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実験 †

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Windows XP でパーティションを切り，フォーマット †

Windows で HDD をフォーマットし，パーティションテーブルをダンプする．第１パーテション部分は以下のようになっている．

000001b0                                             00 01  |................|
000001c0  01 00 07 fe ff ff 3f 00  00 00 82 74 e0 e8        |......?....t....|

パーティション開始のセクタ番号は 0x0000003f = 63 となっており，上記の説明どおりの現象となっている．この状態でベンチマークを取ってみる．

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Linux 上で強制的にセクタを整列 †

parted コマンドでパーティションを切り直す．

# parted /dev/sdb
GNU Parted 2.3
Using /dev/sdb
Welcome to GNU Parted! Type 'help' to view a list of commands.
(parted) unit s     ///// 表示をセクタ数単位で                    
(parted) print                                                            
Model: WDC WD20  WD-WMAZA0000674 (scsi)
Disk /dev/sdb: 3907029168s
Sector size (logical/physical): 512B/512B
Partition Table: msdos

Number  Start  End          Size         Type     File system  Flags
 1      63s    3907024064s  3907024002s  primary  ntfs ///// WinXP で切ったパーティション

(parted) rm 1 ///// パーティションを削除
(parted) mkpart //// パーティションを切る
Partition type?  primary/extended? primary ///// 基本パーティション
File system type?  [ext2]? ntfs  ///// パーティションIDはNTFS
Start? 64 ///// 開始セクタ番号
End? 3907029167 ///// 終了セクタ番号 = しっぽまで
Warning: The resulting partition is not properly aligned for best performance.
Ignore/Cancel? ignore ///// 警告は無視
(parted) print
Model: WDC WD20  WD-WMAZA0000674 (scsi)
Disk /dev/sdb: 3907029168s
Sector size (logical/physical): 512B/512B
Partition Table: msdos

Number  Start  End          Size         Type     File system  Flags
 1      64s    3907029167s  3907029104s  primary ///// 切り直したパーティション

(parted) q                                                                
Information: You may need to update /etc/fstab.    

#

これで８の倍数に揃ったパーティションが作成されたことになる．

ベンチマーク結果はこんな感じ．多少はパフォーマンスが上がっているように見える．けど，この程度なら「そのまま使ってもいいや」という気もしないではない．