Informacje o technologii Stosowanie dysków twardych nowej Rozwiązywanie problemów ograniczeń architektury pamięci masowych starszej wersji, wyposażonych w dyski twarde o pojemności przekraczającej 2,1 TB Krótka historia architektury pamięci masowych Trzydzieści lat temu mała firma, zajmująca się tworzeniem oprogramowania, podpisała umowę z firmą IBM obejmującą opracowanie pierwszego systemu operacyjnego dla komputerów osobistych IBM. Wspomniana mała firma to Microsoft, a system operacyjny to DOS, bądź PC-DOS (nazwa przyjęta przez IBM). DOS stał się podstawą systemów operacyjnych powszechnie wdrażanych w komputerach. Na jego bazie powstał również system Windows. W tamtych czasach nikt nie wiedział, w jakim kierunku rozwinie się branża informatyczna, dzięki której dziś korzystamy z superszybkich procesorów, pojemnych pamięci masowych typu solid state oraz zaawansowanych dysków twardych, których aktualna pojemność wynosi do 2 TB. Ze względu na sposób projektowania architektury komputerowej, zarówno w zakresie sprzętu, jak i oprogramowania, istnieją pewne ograniczenia. Z jednym z takich ograniczeń, czyli z problemem wdrożenia dysków twardych o pojemności przekraczającej 2,1 TB, zmaga się obecnie branża pamięci masowych. Jednym z podstawowych elementów architektury pamięci masowej jest sektor. Sektor to najmniejszy blok danych zapisanych na dysku twardym. Ponad 30 lat temu sektor został zdefiniowany jako element o długości 512 bajtów. Ta definicja funkcjonuje po dziś dzień. W ostatnich czasach wzrosło zainteresowanie sektorem o większym rozmiarze 4 KB (inaczej nazywanym Advanced Sector Format) jednak nie zostanie on wdrożony na poziomie komputerów-hostów (kontrolerów dysków twardych, systemów operacyjnych, interfejsu BIOS, itp.) w ciągu najbliższych kilku lat. Obecnie firmy działające w branży pamięci masowych nadal muszą opierać się na technologii sektorów o wielkości 512 bajtów, pomimo rosnącego popytu na dyski o coraz większej pojemności. W architekturze pamięci masowych określono również inne kluczowe założenie względem organizacji sektorów dysków twardych. Dotyczy ono pojemności rezerwowanej na potrzeby adresowania sektorów. Każdemu sektorowi jest przypisywany unikalny adres umożliwiający zlokalizowanie danych na dysku twardym. Nosi on nazwę adres bloku
logicznego (ang. logical block address, LBA). W latach 70. i 80. XX wieku nikt nawet nie wyobrażał sobie, że pojemność dysku twardego może przekroczyć 1 TB, w związku z czym ograniczenie zakresu adresów LBA do wartości 2,1 TB wydawało się wystarczające. Dlatego też w przypadku systemów operacyjnych, kontrolerów interfejsu BIOS, kontrolerów dysków twardych oraz sterowników urządzeń obowiązuje ograniczenie do wartości 2,1 TB dla maksymalnego rozmiaru dysku twardego lub systemu pamięci masowej. Jednak obecnie, gdy planowane jest wprowadzenie na rynek dysków twardych o pojemności przekraczającej 2,1 TB, pojawia się problem związany z koniecznością pokonania ograniczeń architektury informatycznej, aby możliwe było wdrożenie nowej generacji rozwiązań pamięci masowych o dużej pojemności. W tym kontekście najlepiej przyjrzeć się dwóm oddzielnym segmentom rynku: osobistych komputerów stacjonarnych oraz stacji roboczych, macierzy dysków twardych i serwerów złożonych z kilku dysków przeznaczonych dla firm. Rynek komputerów stacjonarnych Planując wdrożenie dysków twardych o pojemności przekraczającej 2,1 TB, konieczne jest rozważenie trzech odrębnych metod instalacji: 1. Wdrożenie dowolnego dysku twardego o pojemności natywnej powyżej 2,1 TB, w systemie operacyjnym Microsoft Windows w wersji XP lub starszej, bądź innym systemie operacyjnym nieobsługującym adresowania w standardzie Long LBA. 2. Wdrożenie niestartowego dysku twardego o pojemności natywnej przekraczającej 2,1 TB, w systemie operacyjnym obsługującym adresowanie w standardzie Long LBA. 3. Wdrożenie dysku startowego w sytuacji, gdy natywna pojemność dysku przekracza 2,1 TB. Warunek pierwszy Niestety, nie istnieje rozwiązanie umożliwiające wdrożenie dysków twardych o pojemności przekraczającej 2,1 TB w jakimkolwiek systemie operacyjnym nieobsługującym adresowania w standardzie Long LBA. Dotyczy to także systemu operacyjnego Windows XP. Adresowanie metodą Long LBA pozwala zwiększyć liczbę bajtów wykorzystanych do zdefiniowania adresu LBA w bloku CDB (Command Descriptor Block). Blok CDB to struktura danych wykorzystywana w celu sformatowania danych przekazywanych pomiędzy komputerami-hostami i dyskami twardymi. Głównym elementem wspomnianych danych jest adres LBA, który informuje dysk twardy, jaki sektor danych jest adresowany. Systemy operacyjne nieobsługujące adresowania w standardzie Long LBA nie rozpoznają dysku twardego o pojemności przekraczającej 2,1 TB. Co więcej, ze względu na różnice w systemach BIOS, trudno jest przewidzieć, jak zareaguje system operacyjny Windows XP w przypadku zastosowania wraz z nim dysku twardego o pojemności większej niż 2,1 TB. System może rozpoznać wyłącznie pojemność przekraczającą wartość 2,1 TB, bądź pojemność do wartości 2,1 TB. Czyli, system operacyjny Windows XP może rozpoznać dysk o pojemności 2,5 TB jako dysk o pojemności 400 GB lub 2,1 TB. Korzystanie z dysków twardych o pojem ności natywnej przekraczającej 2,1 TB jest możliwe w systemach operacyjnych Windows Vista, Windows 7 lub w każdym innym systemie obsługującym adresowanie w standardzie Long LBA. Warunek drugi Ustalono już, jaki system operacyjny jest konieczny do obsługi adresowania metodą Long LBA i korzystania z dysków twardych o pojemności powyżej 2,1 TB. Jeśli dysk będzie używany jako dysk niestartowy, istnieje jeszcze tylko jeden warunek, który należy spełnić: dysk musi być podzielony na partycje przy użyciu standardu GPT (GUID Partition Table). Standard GPT zdefiniowano jako jeden z elementów specyfikacji opracowanej przez firmę Intel w zastępstwie oryginalnego standardu PC BIOS. Standard ten nazwano EFI (Extensible Firmware Interface), natomiast specyfikacją zarządza obecnie organizacja UEFI (Unified EFI Forum). Standard GPT umożliwia m.in. adresowanie metodą LBA w szerszym zakresie, co z kolei pozwala na wykorzystanie dysków twardych, których pojemność przekracza 2,1 TB. 2
Stosowanie starszego standardu, MBR, wiąże się z wcześniej opisanymi ograniczeniami i uniemożliwia poprawną obsługę dysków o pojemności przekraczającej 2,1 TB. Warunek trzeci Wykorzystanie pojedynczego dysku twardego w stacjonarnym komputerze osobistym to powszechna praktyka. W takim wypadku dysk twardy musi być dyskiem startowym. Z wykorzystaniem dysku twardego o pojemności 2,1 TB jako dysku startowego wiążą się takie same wymagania, jak w przypadku warunku drugiego opisanego powyżej, przy czym należy uwzględnić dwa dodatkowe wymagania. Po pierwsze, aby możliwe było pokonanie problemów z wdrożeniem dysków twardych o pojemności ponad 2,1 TB (startowych), należy przyjrzeć się starszym wersjom systemu BIOS w komputerach osobistych. W przypadku korzystania z używanego od lat standardu PC BIOS również brak możliwości adresowania dysku twardego o pojemności większej niż 2,1 TB. Obecnie jedynym rozwiązaniem jest korzystanie z nowego standardu BIOS opracowanego przez organizację UEFI. Standard UEFI BIOS jest wyposażony w większą liczbę funkcji niż starsze systemy PC BIOS. Jest to między innymi obsługa dysków twardych o pojemności większej niż 2,1 TB. Jednak zastosowanie standardu UEFI BIOS w komputerach stacjonarnych nie jest popularne. Wprowadzenie na rynek dysków twardych nowej generacji o pojemności większej niż 2,1 TB powinno przyczynić się do upowszechnienia systemów wyposażonych w standard UEFI BIOS. Drugim warunkiem, od spełnienia którego jest uzależnione wdrożenie dysków twardych o pojemności przekraczającej 2,1 TB, jest zastosowanie sterownika kontrolera dysku twardego. Obecnie jednym z najpopularniejszych sterowników stosowanych w komputerach osobistych jest sterownik Intel Matrix Storage. Jest on zazwyczaj komponentem systemów operacyjnych Windows Vista i Windows 7. Także w jego przypadku występuje problem z niepoprawnym adresowaniem dysków twardych o pojemności przekraczającej 2,1 TB. Firma Intel planuje zmodyfikowanie tego sterownika w najbliższej przyszłości. Obecnie stosowanym rozwiązaniem jest standardowy sterownik dysku twardego w systemach operacyjnych Windows Vista i Windows 7. Serwery i macierze pamięci masowych Zasadniczo, opisane wymagania dotyczące rynku standardowych komputerów stacjonarnych z zainstalowanymi dyskami twardymi o pojemności powyżej 2,1 TB odnoszą się także do rynku serwerów i macierzy pamięci masowych. Najistotniejsza różnica pomiędzy tymi rynkami to powszechne wykorzystanie kontrolerów HBA lub RAID w celu zarządzania wieloma dyskami w firmach. Dzięki wykorzystaniu kontrolerów HBA lub RAID, wdrożenie bardziej pojemnych dysków jest mniej skomplikowane ze względu na fakt, że kontrolery HBA lub RAID pozwalają na rozwiązanie problemów z adresowaniem i sterowaniem. Informacje dotyczące rozmiarów i typów dysków zarządzanych przy użyciu kontrolera są jednak niedostępne dla systemu operacyjnego. Ponadto, w tych zaawansowanych rozwiązaniach pamięci masowych, jako dyski startowe są zazwyczaj wykorzystywane dyski twarde o bardzo małej pojemności. Do zarządzania pozostałymi dyskami twardymi używany jest kontroler HBA lub RAID. Firma Seagate zaleca skontaktowanie się z producentami kontrolerów RAID lub HBA, w celu uzyskania informacji na temat planowanego wykorzystania dysków twardych o pojemności przekraczającej 2,1 TB i ewentualnych problemów ze zgodnością. Niektórzy producenci kontrolerów gwarantują obsługę takich dysków twardych wyłącznie w systemach wyposażonych w najnowsze kontrolery dysków SAS i SATA o prędkości przesyłania 6 Gb/s, co z kolei może wiązać się z koniecznością zakupienia takich kontrolerów w przypadku korzystania z kontrolerów o niższej prędkości przesyłania (3 Gb/s). W przypadku podjęcia decyzji o korzystaniu z dysku twardego, którego pojemność przekracza 2,1 TB wraz ze stosowanym obecnie kontrolerem nieobsługującym adresowania w standardzie Long LBA, konieczne jest wybranie trybu umożliwiającego zmianę sposobu odczytywania pojemności dysku, aby móc korzystać ze starszych wersji kontrolerów. 3
Podsumowanie Istnieją przeszkody, które należy pokonać, aby możliwe było szersze zastosowanie dysków twardych o pojemności przekraczającej 2,1 TB w komputerach stacjonarnych, w szczególności w przypadku dysków startowych. W przypadku wdrożenia dysków o dużej pojemności w systemach dla firm, lista ograniczeń jest krótsza i nie są one tak skomplikowane. Szczegółowy opis tych zagadnień może wydawać się nieco złożony. Tabela nr 1 zawiera skrót opisanych warunków. Rozwiązanie dla komputerów stacjonarnych i stacji roboczych obejmujące dodatkowy napęd (dysk niestartowy) System obsługujący adresowanie w standardzie Long LBA (Windows Vista, Windows 7 lub zmodyfikowany system Linux) System operacyjny Windows XP nie obsługuje dysków o pojemności większej niż 2,1 TB. Wymagana jest obsługa standardu GPT (GUID Partition Table). Pojemność starszych wersji partycji głównych rekordów startowych (MBR) jest ograniczona do 2,1 TB. Rozwiązanie dla komputerów stacjonarnych i stacji roboczych obejmujące pierwszy napęd (dysk startowy) System operacyjny obsługujący adresowanie w standardzie Long LBA [Windows Vista (wersja 64-bitowa), Windows 7 (wersja 64-bitowa) lub zmodyfikowany system Linux] System operacyjny Windows XP nie obsługuje dysków o pojemności większej niż 2,1 TB. Wymagana jest obsługa standardu GPT (GUID Partition Table). W przypadku dysków startowych o pojemności większej niż 2,1 TB wymagany jest system BIOS z obsługą interfejsu UEFI. Obsługa sterowników dysków twardych dla dysków o pojemności większej niż 2,1 TB Pojemność starszych wersji partycji głównych rekordów startowych (MBR) jest ograniczona do 2,1 TB. Starsze systemy BIOS nie obsługują dysków o pojemności większej niż 2,1 TB. Opracowywane są zaktualizowane systemy BIOS z obsługą interfejsu UEFI na potrzeby tych dysków. Trwa modyfikowanie i testowanie zaktualizowanych sterowników dysków twardych. Gotowy jest już standardowy sterownik dla systemów Windows. Firma Intel prowadzi testy modyfikacji. Rozwiązania obejmujące serwery i macierze pamięci masowych Potwierdzona obsługa adresowania w standardzie Long LBA przez kontroler HBA lub RAID Kontrolery zarządzające adresowaniem danych na dysku twardym Wybór trybu umożliwiającego zmianę sposobu odczytywania pojemności dysku (pomocne w przypadku starszych systemów) Starsze wersje kontrolerów nie obsługują metody adresowania w standardzie Long LBA. Tabela 1. Wymagania w skrócie 4
Dodatkowe informacje Więcej informacji można znaleźć w dokumencie firmy Seagate: Gotowość do obsługi pamięci masowej o dużej pojemności (> 2,1 TB) najczęściej zadawane pytania, w części zawierającej odpowiedzi (MB603). Wezwanie do działania Obecnie nawet małe firmy potrzebują terabitów pamięci masowej. Wraz ze wzrostem zapotrzebowania na pamięci masowe, wynikającym z dążenia do zwiększenia pojemności, wydajności oraz ograniczenia kosztów, popyt na większe dyski twarde także będzie rosnąć. Jest to szczególnie ważne w przypadku firm, gdzie w centrach danych oraz w ramach środowisk cloud computing wdrażane są dyski o dużej pojemności, a następnie wykorzystywane w celu zwiększenia wydajności pracy, a także zredukowania kosztów przechowywania danych. Duże dyski twarde nowej generacji, które przekraczają ograniczenia pojemności do 2,1 TB starszych systemów, zostaną wprowadzone na rynek latem lub jesienią 2010 roku. Projektanci systemów, firmy zajmujące się integracją sprzętu oraz dostawcy pamięci masowych, muszą już teraz podjąć odpowiednie kroki, aby zminimalizować problemy związane z integracją sprzętu i umożliwić swoim klientom maksymalne wykorzystanie omawianych dysków twardych. Firmy oferujące macierze i serwery pamięci masowych, wyposażone w kontrolery RAID oraz HBA, powinny skontaktować się z dostawcami podzespołów, w celu uzyskania informacji na temat planowanej obsługi dysków o pojemności przekraczającej 2,1 TB. W przypadku firm zajmujących się w głównej mierze komputerami stacjonarnymi, stacjami roboczymi i rozwiązaniami obejmującymi serwery, działającymi w oparciu o płyty główne wyposażone w kontrolery dysków twardych oraz systemy operacyjne, należy już teraz rozpocząć rozmowy z dostawcami wspomnianych elementów. Firmy Intel oraz Microsoft są już zaangażowane w działania mające na celu rozwiązanie problemów związanych ze zwiększeniem pojemności dysków. Jednak ze względu na wagę problemu, każdy głos się liczy. Zatem konieczne jest zwrócenie uwagi dostawców oraz szerszej grupy firm, które mogą pomóc we wdrożeniu odpowiednich rozwiązań w tej kwestii. Dzięki współpracy jesteśmy w stanie osiągnąć sukces w naszym dążeniu do wprowadzania na rynek rozwiązań obejmujących pamięci masowe oraz systemy przetwarzania danych o dużej pojemności i wydajności. Pozwoli to zwiększyć efektywność i zyskowność produktów w branży informatycznej. AMERYKA PŁN. I PŁD. Seagate Technology LLC 920 Disc Drive, Scotts Valley, California 95066, USA, +1 831 438 6550 AZJA/PACYFIK Seagate Singapore International Headquarters Pte. Ltd. 7000 Ang Mo Kio Avenue 5, Singapur 569877, +65 6485 3888 EUROPA, BLISKI WSCHÓD I AFRYKA Seagate Technology SAS 16-18 rue de Dôme, 92100 Boulogne-Billancourt, Francja, +33 1 41 86 10 00 2010 Seagate Technology LLC. Wszelkie prawa zastrzeżone. Wydrukowano w USA. Seagate, Seagate Technology i logo Wave są zastrzeżonymi znakami towarowymi firmy Seagate Technology LLC w Stanach Zjednoczonych i/lub innych krajach. Wszystkie pozostałe znaki towarowe i zastrzeżone znaki towarowe należą do odpowiednich właścicieli. W przypadku oznaczania pojemności dysków jeden gigabajt (oznaczany także jako GB ) jest równy jednemu miliardowi bajtów; jeden terabajt (oznaczany także jako TB ) jest równy jednemu bilionowi bajtów. W systemie operacyjnym komputera mogą być używane różne standardy pomiarowe i raportowana pojemność może być mniejsza. Ponadto część podanej pojemności jest używana do formatowania oraz w innych celach i może nie być dostępna do przechowywania danych. Firma Seagate zastrzega sobie prawo do wprowadzania zmian w ofercie produktów lub w ich parametrach bez powiadomienia. TP614.1-1005PL, maj 2010