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Column Vol.6 アドバンスドフォーマット

アドバンスドフォーマット

図1 ハードディスクやフロッピーなどでは、データはセクターと呼ばれるブロック単位で管理されています。通常の場合、1セクターは512バイトと決められています。

 ハードディスク(HD)やフロッピーディスク(FD)では、データの記録/再生を行う場合にセクター(ディスクセクターとも呼びます)という単位を用います。このセクターはドライブがディスクにデータの記録/再生を行う場合の最小単位であり、これより小さなサイズのデータでも、セクター単位で記録されることになります。
 このセクターのデータサイズは、磁気ディスクの世界では長らく512バイトと決められていました。当初のハードディスクでは、このセクターを28ビットのアドレス(ロジカルブロックアドレス:LBA)で管理していたため、その最大容量は理論上128ギガバイト(2の28乗×512)に制限されていました。これを解決したのがビッグドライブ(Big Drive)と呼ばれる48ビットLBAを用いる方法で、最大128ペタバイトまで管理できるようになっています。ただし、Windows XP以前のOSで用いられているMBRパーティション形式では、セクター管理を32ビットで行っている関係で、管理できる最大容量が2テラバイトに制限されています。この問題はWindows Vista以降で導入されたGPT(GUIDパーティションテーブル)形式を用いることで回避できるようになっています。

セクターの構造

図2 実際のセクターでは、データ領域の512バイトの他に、読み出しデータのエラー補正のためのデータ(ECC)や、安定したアクセスのためのリードイン/セクターギャップなどが存在します。これらは必要なものですが、記録密度を下げる要因ともなっています。

 記録の最小単位であるセクターですが、実際にハードディスクなどに記録される場合には、データの512バイトに加えて、エラー補正のためのECC(誤り訂正符号)が通常40バイト、さらに安定した読み書きのためのリードイン領域およびセクタギャップ(隙間)として一般的に40バイトが使用され、結果として1セクター(512バイト)のデータ記録に対して、592バイト分の記録スペースを必要とします。メディアに対する利用効率は約87%であり、残り約13%はデータとして利用することは出来ません。  ではOSはどのようにしてディスクを利用しているのでしょうか。WindowsをはじめとするコンピュータOSでは、いくつかのセクターをまとめた「クラスター」という単位でディスクを管理します。このクラスターのサイズは使用するファイルシステムによって変わってきますが、現在のOSではすべて4Kバイト(8セクター)以上の最小クラスターサイズとなっています。

表 ここでは主なファイルシステムの最小クラスターサイズを示しています。OSはファイルをセクター単位ではなくクラスター単位でアクセスします。ここからはそれらの最小公倍数が4K(4,096)バイトであることがわかります。

ビッグセクターのメリット

 そこでハードディスクでのセクターサイズを4Kバイト(4,096バイト)に拡張し、メディアの利用率を向上しようというのが「ビッグセクター」の考え方です。セクターサイズを8倍に拡張することで、ECCやセクターギャップに使用されていた領域の比率を大幅に減らすことができます。ECCは40ビットのままでは増加するデータ量に対応できないため、100バイト前後に増加されます。一方、リードインとセクターギャップは従来のままです。これによりデータサイズ4K(4,096)バイトに対して、記録スペースは4,236バイトとなり、利用効率は約97%まで向上します。結果として、同じ記録密度のハードディスクであれば、約10%の容量アップが可能になります。また周方向の記録密度がその分向上しますので、データ転送速度も同じく10%程度向上します。

図3 ビッグセクターでは、1セクターのデータサイズを4,096バイトに拡張します。ECCも増えるデータ量に合わせて拡張されますが、若干の増加で済むところがミソです。またリードイン/セクターギャップは拡張されません。

アドバンスドフォーマット(AF:Advanced Format)とは?

図4 アドバンスドフォーマット対応のドライブでは、ドライブ内部では4,096バイト/セクターで記録を行いながら、外部(OSなど)に対してはあくまで512バイト/セクターのドライブであるかのように振る舞います。

 このように良いことずくめのように見えるビッグセクターですが、実際にはデメリットもあります。古くからあるアプリケーションやユーティリティの多くは、ハードディスクのセクター数が512バイトであることを前提にした設計になっているものが少なくなく、こういったソフトウェアではビッグセクターのドライブは扱うことが出来ません。中でもパーティションツールやファイル操作ソフトなど、ハードウェアに近い部分に直接アクセスするアプリケーションでは、ビッグセクターに対応していない場合、データ破壊などの致命的な障害となるケースもあるため非常に危険です。
 そこでビッグセクターを採用するハードディスクでは、従来の512バイト/セクターでのアクセスが可能になるように、512バイト/セクター動作をエミュレーションする機能が備えられています。つまり、ドライブ内部では4,096バイト/セクターで処理をしながら、外部(OSなど)に対してはあくまで512バイト/セクターのドライブであるかのように振る舞います。このようにすることで、内部ではビッグセクターのメリットである「高密度記録」と「高速性」を確保しながら、古いソフトウェアとの整合性も確保しているのです。このようなディスクをアドバンスドフォーマット(AF:Advanced Format)と呼びます。

AFドライブを扱う際の注意点

AFドライブのロゴ

 内部ではビッグセクターで記録しながら、外部に対しては従来と同じ512バイト/セクターのドライブとして振る舞うAFドライブ。このため、通常の使い方では内部がビッグセクターであることを意識することなく使用することができます。但しWindows XP以前のOSなど、古いOS環境下ではそのパフォーマンスが大きく低下する場合があります。これはOSが扱うファイルシステムのクラスターと、AFドライブ内部のビッグセクターとが、512バイト/セクター単位でずれた場合に起きる現象です。
 例えばWindows XP環境では、多くの場合、システム起動用のパーティションは63セクター目もしくは16,065セクター目に置かれます。NTFSの場合、このセクター位置を基準としてファイルシステムが構築され、ファイルはすべてクラスター単位(4Kバイト以上)で管理されます。しかしせっかくファイルがクラスター単位、つまりビッグセクターの倍数で管理されていても、その開始位置がずれている関係で、クラスターが複数のビッグセクターにまたがってしまいます。この状態ではファイルのアクセスの都度、余分なアクセスが必要となり、オーバーヘッドが大きくなります。

図5 ドライブ内部のビッグセクターと、ファイルシステムのクラスターブロックの位置がセクター単位でずれると、読み書き時(特に書き込み時)に無駄なアクセスが発生して性能が低下します。

 この問題を解決するには、ファイルシステムの開始位置をすべてビッグセクターの位置に合わせてやる必要があります。そのためにはファイルシステムを再初期化して、その位置を合わせてやればよいわけです。市場には再初期化を行うためのユーティリティーや、すでに稼働しているシステムのためのメンテナンスツールなどが各種提供されています。しかし、ファイルシステムのセクター単位での移動はリスクを伴います。大切なデータを失わないためにも、事前のバックアップは欠かさず行っていただきたいと思います。万が一、データ消失に遭遇してもロジテックのデータ復旧をご活用いただければ、最悪の事態はまだ回避できます。お気軽にご相談ください。

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