Datum: | Artikel 2010

Festplatte

Derzeit findet – für viele Anwender unbemerkt – eine Umstellung bei den Festplatten statt, welche möglicherweise in naher Zukunft für Probleme sorgen kann. Es geht konkret um Festplatten mit einer Sektorengröße von 4 KByte statt üblicherweise 512 Byte.

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Nachtrag 24.08.2014: Beachten Sie auch den Nachtragsartikel Probleme mit „echten“ 4K-Platten.

Aufbau von Festplatten

Die Geometrie einer Festplatte besteht aus Scheiben, die in Spuren unterteilt sind. Darin befinden sich Blöcke, welche auch als Sektoren bezeichnet werden. Diese waren bei PC-Systemen bisher immer 512 Byte groß. Durch diese geringe Größe und die Tatsache, dass neben den Nutzdaten noch weitere Daten wie die Prüfsumme und Verwaltungsinformationen zur Adressierung erforderlich sind, entsteht bei großen Festplatten ein enormer Overhead, d.h. Speicherplatz wird durch Verwaltungsdaten belegt und ist damit nicht verfügbar. Nach Aussage von Festplattenherstellern gegenüber der „ct“ sinkt der Overhead bei Platten mit den größeren Sektoren um 7 bis 11 Prozent – damit bleibt mehr Speicherplatz für Nutzdaten selbst.

Die Festplattenhersteller gehen daher zwischenzeitlich vermehrt dazu über, Modelle mit 4 KByte großen Sektoren auf den Markt zu bringen. Die ersten Modelle gibt es von Western Digital und Samsung. Diese unterscheiden sich äußerlich von den „kleinen“ Versionen meist nur durch einen Zusatz in der Typenbezeichnung (z.B. „/Z4“ bei Samsung). Diese Festplatten haben beispielsweise bei Western Digital die Zusatzbezeichnung Advanced Format Technology (AF) im Datenblatt.

Performancebremse?

Grundsätzlich könnte es dem Anwender egal sein, wie groß die Sektoren einer Festplatte sind. In der Praxis hat dieses Detail mitunter aber erhebliche Auswirkungen. So richtet sich das Betriebssystem bei Schreibzugriffen nicht nach den physischen Sektorengrößen. Werden nun Daten mit einer Dateigröße von mehr als 512 Byte und weniger als 4 KByte auf die Festplatte so ungünstig geschrieben, dass diese Daten auf zwei 4-KB-Blöcken überlappen,  kommt es zu Performanceproblemen. Die Festplatte muss die ersten 4K-Blöcke erst lesen und kann erst dann die Daten für den zweiten 4K-Block schreiben. Sie wird so zu einer zusätzlichen „Strafrunde“ gezwungen (Read-Modify-Write – RMW), die Geschwindigkeit wird durch höhere Zugriffszeiten erheblich gebremst.

Die Lösung des Problems besteht darin, die Partitionierung bei einem Vielfachen von 4 KB zu beginnen. Während Windows Vista ff. dies ohne fremde Hilfe bewerkstelligen, legt Windows XP die erste Partition auf der Festplatte bei der logischen Blockadresse (LBA) 63 an. Die damit „krummen“ Sektorennummern sorgen für den beschriebenen Geschwindigkeitsverlust.

Jumper als Notfallhilfe?

Damit sind vor allem Besitzer von Windows XP und vorherigen Windows-Versionen zur Reaktion gezwungen.

Eine Lösung bietet z.B. Western Digital: Deren Festplatten verfügen über einen Jumper, welcher die Zählung der Sektoren um den Wert 1 erhöht. Unter Windows XP ergeben sich damit „gerade“ Sektorennummern und die erste Partition wird bei LBA 64 begonnen. Nutzer anderer Betriebssysteme (Linux, Windows Vista ff.)  sollten diesen Jumper aber nicht setzen, da die vom Grunde her richtige Adressierung wiederum verschoben wird.
Zudem sollte der Jumper nachträglich nicht mehr verändert werden, da sonst die Daten komplett verloren gehen.

Beim Mischbetrieb von mehreren Systemen verbietet sich die Jumperlösung, da moderne Systeme  (Windows Vista ff.) bei dem erneuten Erstellen von Partitionen zwar die richtigen Sektoren angeben, der Jumper den Wert aber wieder um eins erhöht und damit nachteilig verfälscht.

Softwarelösung

Western Digital bietet auf seiner Homepage auch ein Advanced Format Hard Drive Download Utility an. Dieses Tool, welches nur mit WD-Festplatten funktioniert, verschiebt bestehende Partitionen so, dass diese bei einem Vielfachen von 4 KByte beginnen.

Ob das Tool im Einzelfall notwendig ist, zeigt die folgende Übersicht:

Western Digital Übersicht

Den Download des Tools sowie weitere Alternativen von WD finden Sie hier.

WD Align Tool

Das WD Align Tool (by Acronis) zeigt übersichtlich an, ob die Festplatte von WD Advanced Format Technology (AF) nutzt und die Partitionen optimal ausgerichtet sind. Falls nicht, kann dies die Software korrigieren.

Alte Festplattentools

Mitunter ist dieses Tool auch für Besitzer von grundsätzlich nicht betroffenen Betriebssystemen wie Windows Vista oder Windows 7 von Interesse, wenn ein „fremdes“ Imagetool oder Partitionierungswerkzeug verwendet wird. Diese sind nicht immer mit den neuen Sektorengrößen kompatibel und sorgen beim Zurücklesen von Images dafür, dass dann auch unter Windows Vista und Windows 7 „krumme“ Sektorennummern für den Beginn von Partitionen erzeugt werden.

Von Acronis und O&O-Software war zu dem Problem keine Antwort zu erfahren. Ob die jeweilige Software daher „4K-tauglich“ ist, muss man selbst ausprobieren. Nachtrag 06.08.2010: Acronis-Produkte nach Aussagen im Support-Forum bis zur Generation „2010“ sind nicht 4K-kompatibel.

Western Digital selbst bietet kostenlos eine modifizierte Version von Acronis True Image 11 für WD-Festplatten an, welche voll „4K-tauglich“ ist.

Wer nur gesicherte Partitionen an die Originalstelle zurückliest, sollte keine Probleme haben.

Und der Rest?

Für Festplatten von Samsung und eventuell anderen Herstellern gibt es derzeit keine Lösung unter Windows XP (und darunter). Wir können daher nur empfehlen, die Partitionen mit einer PE-Umgebung von Windows Vista ff. oder Linux (Fdisk, Parameter –u) anzulegen und die Partitionen danach nicht mehr zu verändern.

Wie gesagt: Es betrifft nur Windows XP und ältere Windows-Systeme, da diese die erste Partition bei LBA-Sektor 63 beginnen lassen.

Wurden die Partitionen einmal richtig eingerichtet, sind auch keine weiteren Probleme zu erwarten, da bei einer Formatierung die Partitionsgrößen nicht mehr verändert werden.

Ob die Partitionen richtig eingerichtet sind, verraten unter anderem Tools wie AS SSD Benchmark (dieser zeigt auch für Festplatten im oberen Bereich neben dem verwendeten Systemtreiber auch das korrekte Alignment an (grün = OK) testen.

Weiterführende Links

Tom´s HardwareGuide: Generationswechsel: Festplatten mit 4K-Sektoren sind im Kommen

ct – Festplatten mit 4 KByte Sektorgröße

ct – Platten-Karussell

Heise Open – Kernel-Log: Linux und Festplatten mit 4-KByte-Sektoren

Nickles – Neue HDDs mit 4K Sektoren und alte Imager/Partitionierer

Anadtech – Western Digital’s Advanced Format: The 4K Sector Transition Begins

Wikipedia – Festplatte

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