先進格式化

**先進格式化（英語：**Advanced Format**，AF）** ，又稱**高級格式化**、**高階格式化**或**進階格式化**，是一種磁碟磁區格式，特點是用於儲存資料的每個磁區大小超過 512，520 或 528 位元組，達到 4096、4160 甚至 4224 位元組（4KB）。更大的磁區可以整合更強的錯誤檢測與糾正演算法，在更高的資料密度下維持資料的完整性。

## 歷史

長資料磁區的使用最開始是由美國國家儲存產業聯盟（National Storage Industry Consortium，NSIC）在一篇技術論文上提出，論文指出日益增大的資料密度和 512 位元組大小的硬碟磁區格式存在衝突。在磁媒介記錄系統技術、資料密度和容量都沒有革命性進展的情況下，硬碟技術的發展預計會趨於停滯。

作為對這一問題的回應，儲存工業的貿易組織國際磁碟裝置和材料協會（International Disk Drive Equipment and Materials Association, IDEMA），於 2000 年成立了 IDEMA 長資料委員會，以幫助 IDEMA、行業頭部企業和軟體供應商在長資料磁區標準的定義和發展方面合作，包括討論相容傳統計算組件的方法。2005 年 8 月，希捷給產業夥伴提供了 1K 物理磁區的測試裝置供測試。2010 年，官方第一代長資料磁區工業標準完成了，使用每磁區 4096 位元組的組態。所有硬碟製造商承諾在 2011 年 1 月前面向桌面裝置和筆記本產品推出帶有先進格式化磁區格式的新硬碟。

"先進格式化" 這個名詞的產生是為了解釋這一長期迭代的長資料磁區技術，其徽標是為了方便使用者區分長資料磁區硬碟和傳統的 512、520、528 磁區硬碟。

## 概述

初代先進格式化，4K 磁區技術，可以通過把本來應該存在 8 個 512 磁區的資料聚合成為 1 個 4096 位元組的磁區，來更有效地利用儲存表面媒介。傳統的 512 位元組磁區架構中的關鍵設計元素被保留了，具體而言，包括磁區頭部的認證和同步標記以及磁區尾部的糾錯碼（ECC）區域。在磁區頭和糾錯碼區域中間，是被合併的 8 個 512 位元組磁區，這消除了每個塊之間多餘的頭部區域。長資料委員會選擇了 4K 塊大小作為初代 AF 標準有很多原因，比如 4K 和 CPU、作業系統使用的頁面大小一致，並且和資料庫系統中的標準事務大小有一定關係。

4K 磁區結構帶來的格式化效率收益是使磁碟可用空間有 7% 到 11% 的提升。4K 磁區為 ECC 區域從 50 位元組拓展到 100 位元組提供了足夠了空間，以適應新的 ECC 演算法。增強的 ECC 覆蓋率提升了檢測和糾正所處理資料錯誤的能力，超越了傳統 512 位元組磁區的 50 位元組缺陷檢測長度。先進格式化標準也使用了和傳統 512 位元組磁區相同的_資料間隔_、_同步位_和_位址標記_格式，但是把 8 個 512 位元組的磁區合併到一個資料域中了。

在 2010 年年中，市面上出貨的傳統 512 位元組磁區磁碟數量是巨大的，很多系統、程式、和存取硬碟的應用都是面向 512 位元組磁區的慣例而設計的。與_長資料磁區委員會_的前期合作給組件和軟體供應商提供了遷移到先進格式化的機會。

例如 Windows Vista、Windows 7、Windows Server 2008 和 Windows Server 2008 R2（裝有特定熱修補程式）支援 512e 格式的硬碟 (但不支援 4Kn)，FreeBSD 和 Linux 的現代版本同樣支援。 Mac OS X Tiger 之後的版本可以使用先進格式化硬碟並且 OS X Mountain Lion 10.8.2 還支援加密他們。Windows 8 和 Windows Server 2012 同樣支援 4Kn 先進格式 Oracle Solaris 10 和 11 支援 4Kn 和 512e 格式的硬碟，對於不是根分割區的 ZFS 檔案系統，不過 11.1 版提供了在 512e 裝置上安裝和啟動系統的支援。

## 分類

在長資料部門委員會開展的先進格式化提案中，還涉及到了與傳統計算解決方案保持向下相容的方法。為此，建立了幾個先進格式裝置的類別。

### 類比 512（512e）

許多電腦軟硬體組件都假定硬碟的物理磁區大小是 512 位元組。包括晶片組、作業系統、資料庫引擎、硬碟分割區和鏡像工具、備份以及檔案系統工具、還有一小部分其他軟體。為了相容傳統計算組件，許多磁碟供應商在記錄媒介上支援先進格式化，同時使用 512 位元組轉換韌體。組態成 4096 位元組物理磁區並且帶有 512 位元組韌體的硬碟，被稱為先進格式化 512e，或者類比 512 驅動器。

從 4096 位元組物理格式到 512 位元組虛擬格式的轉換對存取硬碟的實體是透明的。讀和寫命令都會以和傳統裝置同樣的格式傳送給先進格式化裝置。然而，在讀的過程中，先進格式化硬碟載入包含了所需 512 位元組資料所在的整個 4096 位元組的磁區到裝置記憶體中。在資料被送往主機之前，類比韌體提取並將特定資料重新格式化成 512 位元組的塊。一般而言，整個過程幾乎不會帶來效能上的損失。

當寫入資料的資料大小不是 4K 的倍數，或者沒有對齊 4K 的邊界時，轉換的過程就更加複雜了。在這種情況下，硬碟必須把包含目標資料的整個 4096 位元組磁區讀到記憶體中，然後把新資料合併到先前存在的資料上，然後再向磁碟媒介重寫整個 4096 位元組磁區。這樣的操作，被稱為 read-modify-write (RMW)，可能需要磁碟旋轉額外的次數，從而對系統使用者造成可感知的效能影響。IDEMA 所做的的效能分析表明，在商業 PC 環境下 5% 到 10% 的寫請求是不對齊的，這會導致 RMW 效能損失。

使用者在舊作業系統上使用先進格式化裝置時，使用硬碟製造商提供的軟體重新對齊磁碟很重要。對於避免所謂_跨單位配置_的效能降級問題，即偏移的分割區導致檔案系統單位配置跨越多個物理磁碟分割區，磁碟重新對齊是很有必要的。由於單位配置到磁區的對齊時在建立硬碟分割區時決定的，而重對齊軟體是在建立硬碟分割區_之後_使用的。這有助於減少計算生態系統生成的未對齊寫的數量。為了讓應用程式準備向進階格式技術過渡而開展的進一步活動是由 "進階格式技術委員會"（即先前的_長資料磁區委員會_）和硬碟製造商帶頭進行的。

### 原生 4K（4K native, 4Kn）

對於使用_原生 4K_ 模式的硬碟，不存在類比層，硬碟裝置直接向系統韌體和作業系統暴露它的 4096、4112、4160 或是 4224 位元組大小的物理磁區。通過這種方式，原生 4K 裝置外部可見的邏輯磁區組織會被直接對映到他們內部的物理磁區組織。自 2014 年 4 月起，企業級的原生 4K 硬碟已經上市。

作業系統對 4KB 邏輯磁區的支援依種類、製造商和版本有所區別。比如，Microsoft Windows 自 Windows 8 和 Windows Server 2012（都是在 2012 年發布）開始支援原生 4K，自 Linux kernel 版本 2.6.31 和 util-linux-ng 版本 2.17 開始 Linux 支援原生 4K (分別在 2009 年和 2010 年發布)。

原生 4K 和類比 512 徽標的顏色不同，前者有 4 個圓角，藍色背景，以及徽標中心的文字 "4Kn"。

## 另見

* 分割區對齊

## 參考文獻

## 外部連結

* IDEMA: Advanced Format Technology (archived on September 29, 2011)
* Coughlin Associates: Aligning with the Future of Storage (archived on May 5, 2012)
* Western Digital: Advanced Format White Paper （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） (September 2018) and its older version （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） (April 2010)
* Hitachi Global Storage Technologies: Advanced Format Technology Brief
* The Tech Report: Western Digital brings Advanced Format to Caviar Green （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Dell: Support: System Image Support for Advanced Format Hard Drives on Dell Business Client Notebooks and Desktops