FAQ: Festplatten mit 4K-Sektoren

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Viele neuen Festplatten werden als Advanced Format Drives (AFD) beworben. Was bedeutet das?
Advanced Format Technology ist eine vom Branchenverband IDEMA eingeführte Bezeichnung für Festplatten mit einer physischen Sektorgröße von 4 KByte. Herkömmliche Festplatten arbeiteten bis dahin ausschließlich mit 512-Byte-Sektoren.
Warum führen die Hersteller jetzt plötzlich größere Sektoren ein? Mit 512-Byte-Sektoren funktionierte doch alles bestens.
Größere Sektoren erleichtern den Herstellern die Fertigung von Laufwerken mit hoher Speicherkapazität. Wenn eine Festplatte ihren Speicherplatz in größeren Blöcken verwaltet, entsteht mehr Platz für Nutzdaten auf der Magnetscheibe. Außerdem lässt sich der fehlerkorrigierende Code effizienter gestalten, wenn er über einen größeren Datenblock angewendet wird.
Die Blockgröße von 4 KByte passt auch sehr viel besser in die heutige Computerwelt: So beträgt etwa die Größe der kleinsten von x86-Computern genutzten Speicherseite (Page) 4 KByte und moderne Dateisysteme wie NTFS oder HFS+ verwalten den Speicher standardmäßig in Einheiten mit 4 KByte Größe.
Was ist im Umgang mit Advanced Format Drives zu beachten?
Große Teile der Hard- und Software-Welt sind noch nicht auf Festplatten mit 4-KByte-Sektoren vorbereitet. Um Festplatten diesen Typs dennoch schon jetzt anbieten zu können, bedienen sich die Hersteller eines Tricks. Alle bislang erhältlichen Advanced Format Drives melden statt ihrer physischen Sektorgröße von 4 KByte (4K-Sektoren) über ihre Schnittstelle 512-Byte-Sektoren ans System („512 emulation“, 512e). Dazu bildet die Laufwerks-Firmware acht logische 512-Byte-Sektoren auf einen physischen 4-KByte-Sektor ab. Nach außen verhalten sich die Laufwerke somit zwar wie herkömmliche Platten, dennoch gibt es ein paar Besonderheiten zu beachten, etwa bei der Partitionierung.
Die Partitionen auf solchen Festplatten sollten bei einer durch acht teilbaren Sektoradresse beginnen. Anderenfalls drohen Geschwindigkeitseinbußen bei Schreibzugriffen: Um einen 4 KByte großen Datenblock zu schreiben, der über zwei physische Sektoren ragt, muss die Platte diese zunächst lesen, den betroffenen Teil der Daten ersetzen und kann sie erst dann wieder schreiben (Read-Modify-Write, RMW). Das erfordert eine zusätzliche Umdrehung der Scheiben und bremst massiv.
Die Setup-Routinen moderner Betriebssysteme wie Windows 7, Vista ab Service Pack 1, neuere Linux-Distributionen oder Mac OS X legen Partitionen geschickterweise so an, dass keine Überlappungen mit den Blockgrenzen auftreten. Windows 7 richtet die erste Partition beispielsweise ab Sektor 2048 ein. Bei älteren Betriebssystemen wie XP beginnt die erste Partition bei Sektor 63 – bei 4K-Platten also genau 512 Byte vor dem Ende eines 4-KByte-Sektors. Dieses ungeschickte Alignment führt dazu, dass alle Zugriffe, die innerhalb der Partition auf logisch „glatten“ Sektornummern liegen, nicht an den physischen Sektorgrenzen ausgerichtet sind. Gleiches Ungemach droht, wenn Sie mit einem älteren Festplatten-Imager ein Systemabbild zurückspielen.
Wenn Sie eine bestehende XP-Installation auf eine neue Festplatte mit 4K-Sektoren übertragen möchten, ohne dabei das Misalignment der Partitionen zu übernehmen, verwenden Sie am besten einen modernen Festplatten-Imager wie Acronis True Image Home ab Version 2011. Western Digital bietet für die eigenen Laufwerke eine spezielle Version von True Image kostenlos zum Download an (siehe c’t-Link am Ende des Artikels). Wichtig ist dann allerdings, dass Sie dort die Festplatten-Klonroutine wählen. Nur dann lässt True Image WD Edition auf der neuen Platte die erste Partition bei einer logisch glatten Sektornummer beginnen. Installieren Sie Windows XP neu auf einer Festplatte mit 4K-Sektoren, richten Sie die Platte am besten von vornherein nicht mit dem XP-eigenen Partitionierer ein, sondern nutzen ebenfalls ein Programm wie True Image. Ansonsten empfihlt sich Gparted unter Linux.
Alternativ können Sie bei bestimmten 3,5-Zoll-Festplatten der Baureihe Caviar Green von Western Digital vor der Installation auch einen Jumper stecken (siehe c’t-Link). Dann erhöht die Laufwerks-Firmware alle Sektoradressen um eins. Während Windows XP bei der Installation dann scheinbar die erste Datenpartition wie üblich bei Sektor 63 einrichtet, beginnt sie auf der Platte selbst tatsächlich bei Sektor 64 – also einer glatten Position. Allerdings sollte man dann niemals den Jumper wieder ziehen, sonst sind die Daten nicht mehr erreichbar.
Die Firma Seagate liefert neuere Festplatten mit 4K-Sektoren mit einer speziellen SmartAlign-Firmware. Sie sollen auch dann volle Geschwindigkeit erreichen, wenn die Partitionen nicht korrekt ausgerichtet sind. In c’t-Tests zeigte sich, dass die SmartAlign-Firmware problematische Zugriffe allerdings nur zum Teil kaschieren kann. Im Zweifel ist es also ratsam, auch bei diesen Platten die Partitionen korrekt auszurichten.
Zu guter Letzt sollten auch die Treiber für Storage-Controller auf aktuellem Stand sein. Der Treiber für Intels-Treiberpaket Rapid Storage Technology (RST) unterstützt erst ab Version 9.6 Festplatten mit 4K-Sektoren. Für ältere Mainboards mit Nvidia-Chipsatz sollte man einen Hotfix von Microsoft einspielen (siehe c’t-Link).
Wie finde ich heraus, ob es sich bei meinem Laufwerk um eine Platte mit 4K-Sektoren handelt und wie lässt sich ein Misalignment nachträglich korrigieren?
Festplatten mit 4K-Sektoren erkennen Sie unter Windows mit den smartmontools (siehe c’t-Link). Klicken Sie dazu auf den Eintrag „All info (-a)“, den das Programm bei der Installation im Startmenü angelegt hat. Daraufhin listet es Informationen zur Systemplatte auf. Wenn bei der physischen Sektorgröße „4096“ steht, handelt es sich um ein Laufwerk mit 4K-Sektoren. Ob die Partition auf der Platte korrekt ausgerichtet sind, erfahren Sie mit dem Systeminformationsprogramm. Tippen Sie „msinfo32“ ins Suchfeld des Startmenüs und suchen Sie dann unter „Komponenten/Speicher/Datenträger“ ihre Festplatte. Hinter dem Eintrag „Partitionstartoffset“ sollte dann ein Wert wie „1 048 576 Byte“ stehen, der ohne Rest durch 4096 teilbar ist. Ist dies nicht der Fall, können Sie etwa mit dem Acronis Alignment Tool das Misalignment beheben. Hitachi, Samsung und Western Digital bieten für ihre Laufwerke kostenlose Versionen davon an (siehe c’t-Link). Das Alignment Tool rückt die Anfänge bestehender Partitionen auf Vielfache von 4 KByte zurecht, was je nach Füllstand und Kapazität der Platte jedoch einige Zeit in Anspruch nehmen kann. Denken Sie auch unbedingt vorsorglich an ein Backup. (boi)

www.ct.de/1125174

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