어드밴스트 포맷

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1. 개요
2. 역사
- 2.1. 어드밴스트 포맷의 등장
- 2.2. 어드밴스트 포맷 기술의 발전
3. 기술적 특징
- 3.1. 섹터 구조 비교
- 3.2. 오류 정정 기능 강화
4. 분류
- 4.1. 512e (512 Emulation)
- 4.2. 4Kn (4K Native)
참조

1. 개요

어드밴스트 포맷은 하드 디스크 드라이브의 면적 밀도 증가에 따른 512바이트 섹터의 한계를 극복하기 위해 개발된 기술이다. 4096바이트(4K)의 긴 데이터 섹터를 사용하며, 512e(512 Emulation)와 4Kn(4K Native) 두 가지 유형으로 나뉜다. 512e는 512바이트 섹터로 에뮬레이션하여 레거시 시스템과의 호환성을 제공하며, 4Kn은 4KB 물리 섹터 크기를 직접 노출한다. 어드밴스트 포맷은 데이터 오류 정정 기능을 강화하고, 물리적 플래터 공간의 효율성을 높인다.

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어드밴스트 포맷
개요
어드밴스트 포맷 512e 로고
1세대 표준
섹터당 바이트 수	4096 (4 KiB)
1세대 범주
512 에뮬레이션 (512e)	드라이브 미디어의 4K 물리 섹터에 512바이트 논리 구성
4K 네이티브 (4Kn)	드라이브 미디어의 4K 물리 섹터 및 호스트에 보고되는 4K 구성
4K 지원 호스트	레거시 512는 물론 512e 하드 디스크 드라이브에서도 동일하게 작동하는 호스트 시스템
표준 완료 연도
연도	2010년 3월
개발 주체
개발 주체	IDEMA Long Data Sector Committee, Dell, Fujitsu (현재 Toshiba Storage Device Corporation), Hewlett-Packard, Hitachi Global Storage Technologies, IDEMA, LSI Corporation, Maxtor (현재 Seagate), Microsoft, Phoenix Technologies, Samsung, Seagate Technology, Western Digital로 구성
추가 정보
설명	섹터 크기가 512바이트보다 큰 디스크 포맷 및 액세스

2. 역사

어드밴스트 포맷은 여러 세대의 긴 데이터 섹터 기술을 포괄하기 위해 만들어졌으며, 레거시 512, 520, 528바이트 섹터를 사용하는 하드 디스크 드라이브와 긴 데이터 섹터 기반 하드 디스크 드라이브를 구별하기 위해 해당 로고가 만들어졌다.^[39]^[6]

2. 1. 어드밴스트 포맷의 등장

1998년, NSIC(National Storage Industry Consortium)가 발표한 기술 논문에서 긴 데이터 섹터의 사용이 제안되었다.^[35]^[2] 이 논문은 면적 밀도의 지속적인 증가와 하드 디스크 드라이브에서 사용되는 전통적인 512바이트/섹터 형식 간의 충돌에 주목했다.^[36]^[3] 자기 기록 시스템 기술의 혁신적인 돌파구 없이는 면적 밀도와 저장 용량이 정체될 것으로 예상되었다.

스토리지 업계 단체인 IDEMA(International Disk Drive Equipment and Materials Association)는 2000년에 IDEMA 롱 데이터 섹터 위원회(Long Data Sector Committee)를 조직하여 이에 대응했다. IDEMA와 주요 하드웨어 및 소프트웨어 공급업체들은 레거시 컴퓨팅 구성 요소와의 호환성을 지원하는 방법을 포함하여 긴 데이터 섹터를 관리하는 표준의 정의 및 개발에 협력했다.^[36]^[3] 2005년 8월, 씨게이트는 1K 물리적 섹터를 가진 테스트 드라이브를 업계 파트너에게 테스트용으로 배송했다.^[37]^[4] 2010년, 섹터당 4096바이트 또는 4K의 구성을 사용하는 첫 번째 공식적인 긴 데이터 섹터 세대에 대한 산업 표준이 완료되었다. 모든 하드 드라이브 제조업체는 2011년 1월까지 어드밴스트 포맷 섹터 형식을 갖춘 데스크톱 및 노트북 제품용 새로운 하드 드라이브 플랫폼을 출시하기로 약속했다.^[37]^[38]^[4]^[5]

어드밴스트 포맷은 여러 세대의 긴 데이터 섹터 기술이 될 것으로 예상되는 것을 포괄하기 위해 만들어졌으며, 해당 로고는 레거시 512바이트 섹터를 사용하는 하드 디스크 드라이브와 긴 데이터 섹터 기반 하드 디스크 드라이브를 구별하기 위해 만들어졌다.^[39]^[6]

2. 2. 어드밴스트 포맷 기술의 발전

면 밀도의 지속적인 상승과 하드 디스크 드라이브에 쓰이는 섹터 당 전통적인 512바이트 간의 충돌에 대한 문제는 1998년 NSIC(National Storage Industry Consortium)가 발행한 기술 문서를 통해 처음 제기되었다.^[35]^[36] 자기 기록 시스템 기술 및 밀도에 대한 혁신적인 돌파구가 없이는 하드 디스크 드라이브가 침체될 수 밖에 없었다.

스토리지 산업 동업 조합 IDEMA(International Disk Drive Equipment and Materials Association)는 IDEMA 롱 데이터 섹터 위원회(Long Data Sector Committee)를 조직하여, 레거시 컴퓨팅 구성 요소들을 지원, 호환하는 방식을 포함하여 길이가 긴 데이터 섹터를 관리하는 표준의 정의와 개발에 협업하였다.^[36] 2005년 8월, 시게이트는 테스트를 목적으로 1K 물리 섹터를 갖춘 테스트용 드라이브를 산업 파트너들에게 전달하였다.^[37] 2010년에 섹터 당 4096 바이트(4K)의 구성을 이용한 긴 데이터 섹터의 첫 공식 세대를 위한 산업 표준이 완성되었다. 모든 하드 드라이브 제조업체들은 2011년 1월 어드밴스트 포맷 섹터 구조를 갖춘 데스크톱, 노트북 제품용의 새로운 하드 드라이브 플랫폼을 출하하는데 전념하였다.^[37]^[38]

어드밴스트 포맷은 여러 세대의 긴 데이터 섹터 기술로 될 것을 예측하면서 만들어졌으며, 로고는 레거시 512-, 520-, 528바이트 섹터를 이용한 긴 데이터 섹터 기반 하드 디스크 드라이브와 구별하기 위해 만들어졌다.^[39]

3. 기술적 특징

어드밴스트 포맷은 기존의 512바이트 섹터 대신 4096바이트(4KiB) 섹터를 사용하는 하드 디스크 드라이브(HDD) 기술이다.

레거시 512바이트 섹터 기반 하드 디스크 드라이브에 접근하는 수많은 시스템, 프로그램, 응용 프로그램들은 섹터 당 512바이트를 기준으로 설계되었기 때문에, 구성 요소 및 소프트웨어 제공 업체들은 롱 데이터 섹터 위원회에 초기에 참여하여 어드밴스트 포맷으로의 전환에 대비할 수 있었다.

예를 들어, 윈도우 비스타, 윈도우 7, 윈도우 서버 2008, 윈도우 서버 2008 R2(일부 핫픽스 설치 시)는 512e 포맷(4Kn 아님) 드라이브를 지원하며,^[50] FreeBSD^[45]^[46]^[47], 리눅스의 동시대 버전도 지원한다.^[48]^[49] 맥 OS X 타이거 이상은 어드밴스트 포맷 드라이브를 사용할 수 있으며,^[51] OS X 마운틴 라이언 10.8.2는 추가적으로 암호화 기능을 제공한다. 윈도우 8과 윈도우 서버 2012는 4Kn 어드밴스트 포맷도 지원한다.^[50] 오라클 솔라리스 10, 11은 루트가 아닌 ZFS 파일 시스템에 대해 4Kn 및 512e 하드 디스크 드라이브를 지원하며, 11.1 버전부터는 512e 장치에 대한 설치 및 부팅 지원을 제공한다.^[52]

3. 1. 섹터 구조 비교

512바이트 및 4096바이트 섹터 형식 비교^[40]^[7]
설명	512바이트 섹터	4096바이트 섹터
갭, 동기화, 주소 마크	15 바이트
사용자 데이터	512 바이트	4096 바이트
오류 정정 코드	50 바이트	100 바이트
총계	577 바이트	4211 바이트
효율성	88.7%	97.3%

512바이트로 에뮬레이트된 장치 섹터 크기
0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
물리 섹터 1								물리 섹터 2

1세대 어드밴스트 포맷 4K 섹터 기술은 8개의 512바이트 섹터에 저장될 데이터를 4096바이트(4 KiB) 길이의 하나의 단일 섹터에 병합함으로써 스토리지 표면 미디어를 더 효율적으로 사용한다. 전통적인 512바이트의 섹터 구조의 주요 설계 요소들이 관리되며, 특히 식별(identification) 및 동기화는 처음에 표시되고, 오류 정정 코드(ECC) 영역은 섹터의 끝에 표시된다. 섹터 헤더와 ECC 영역 사이에 8개의 512바이트 섹터가 병합되며 512바이트 데이터의 각 덩어리 사이의 쓸모없는 헤더 영역의 필요성을 없애준다. 롱 데이터 섹터 위원회는 여러 가지 이유로 1세대 AF 표준을 위한 4K 블록 길이를 선별하였으며, 이 이유에는 프로세서 및 일부 운영 체제에 쓰이는 페이징 크기에 대한 일치 및 관계형 데이터베이스 시스템의 표준 트랜잭션의 크기와의 상관관계를 포함한다.^[41]^[8]

포맷의 효율성은 4K 섹터 구조로부터 7~11% 발생한다.^[42]^[9] 4K 포맷은 ECC 필드를 50에서 100바이트로 확장하기 위해 충분한 공간을 제공하며 새로운 ECC 알고리즘을 수용한다. 강화된 ECC를 통해 512바이트 섹터 레거시 포맷과 관련하여 50바이트 이상의 데이터 오류를 감지하고 정정하는 기능을 개선한다.^[43]^[10] 어드밴스트 포맷 표준은 전통적인 512바이트 섹터 레이아웃과 동일한 "갭", "동기화", "주소 표시" 구성을 사용하지만, 8개의 512바이트 섹터를 하나의 데이터 필드로 병합한다.^[44]^[11]

어드밴스트 포맷 4K 기술 및 분산 ECC를 사용함으로써 이루어낸 하드 디스크 드라이브 포맷의 효율성.

3. 2. 오류 정정 기능 강화

1세대 어드밴스트 포맷 4K 섹터 기술은 8개의 512바이트 섹터에 저장될 데이터를 4096바이트(4 KiB) 길이의 하나의 단일 섹터에 병합함으로써 저장 공간을 더 효율적으로 사용한다. 기존의 512바이트 섹터 구조에서 사용되던 설계 요소들, 즉 식별 및 동기화 표시는 섹터의 처음에, 오류 정정 코딩(ECC) 영역은 섹터의 끝에 유지된다. 섹터 헤더와 ECC 영역 사이에 8개의 512바이트 섹터가 병합되어, 512바이트 데이터 덩어리 사이에 있던 헤더 영역이 불필요해졌다. 롱 데이터 섹터 위원회는 프로세서 및 일부 운영 체제에서 사용되는 페이징 크기와의 일치, 관계형 데이터베이스 시스템의 표준 트랜잭션 크기와의 상관관계 등 여러 이유로 1세대 AF 표준을 위한 4K 블록 길이를 선정하였다.^[41]

4K 섹터 구조로 인해 발생하는 포맷 효율성은 물리적 플래터 공간의 7~11% 정도이다.^[42] 4K 포맷은 ECC 필드를 50바이트에서 100바이트로 확장하여 새로운 ECC 알고리즘을 적용할 수 있는 충분한 공간을 제공한다. 강화된 ECC는 512바이트 섹터 레거시 포맷과 비교했을 때 50바이트 이상의 데이터 오류를 감지하고 정정하는 기능을 향상시킨다.^[43] 어드밴스트 포맷 표준은 기존의 512바이트 섹터 레이아웃과 동일한 "갭", "동기화", "주소 표시" 구성을 사용하지만, 8개의 512바이트 섹터를 하나의 데이터 필드로 병합한다.^[44]

2010년 중반까지 출하된 많은 레거시 512바이트 섹터 기반 하드 디스크 드라이브를 사용하는 시스템, 프로그램, 응용 프로그램들은 섹터 당 512바이트를 기준으로 설계되었다. 구성 요소 및 소프트웨어 제공 업체들은 롱 데이터 섹터 위원회에 초기에 참여하여 어드밴스트 포맷으로의 전환에 대비할 수 있었다.

예를 들어, 윈도우 비스타, 윈도우 7, 윈도우 서버 2008, 윈도우 서버 2008 R2(일부 핫픽스 설치 시)는 512e 포맷(4Kn 아님) 드라이브를 지원하며, FreeBSD^[45]^[46]^[47], 리눅스의 최신 버전도 이를 지원한다.^[48]^[49] 맥 OS X 타이거 이상은 어드밴스트 포맷 드라이브를 사용할 수 있으며,^[51] OS X 마운틴 라이언 10.8.2는 추가적으로 암호화 기능을 제공한다. 윈도우 8과 윈도우 서버 2012는 4Kn 어드밴스트 포맷도 지원한다.^[50] 오라클 솔라리스 10, 11은 루트가 아닌 ZFS 파일 시스템에 대해 4Kn 및 512e 하드 디스크 드라이브를 지원하며, 11.1 버전부터는 512e 장치에 대한 설치 및 부팅 지원을 제공한다.^[52]

4. 분류

롱 데이터 섹터 위원회는 레거시 컴퓨팅 솔루션과의 하위 호환성을 유지하는 방식을 어드밴스트 포맷 이니셔티브에 포함시켰다. 이를 위해 여러 분류의 어드밴스트 포맷 장치가 만들어졌다.

4. 1. 512e (512 Emulation)

수많은 호스트 컴퓨터 하드웨어와 소프트웨어 구성 요소들은 하드 드라이브가 512바이트 섹터의 경계로 구성되어 있다고 간주한다. 여기에는 칩셋, 운영 체제, 데이터베이스 엔진, 하드 디스크 파티셔닝, 이미징 도구, 백업, 파일 시스템 유틸리티뿐 아니라 기타 응용 소프트웨어의 일부분에까지 그 범위는 넓은 편이다. 레거시 컴퓨팅 구성 요소와의 호환성을 유지하기 위해 수많은 하드 디스크 드라이브 제공업체들은 512바이트 변환 펌웨어가 포함된 기록 미디어에 어드밴스트 포맷 기술을 지원한다. 512바이트 펌웨어에 4096바이트 물리 섹터로 구성된 하드 드라이브들은 어드밴스트 포맷 512e 또는 512 에뮬레이션 드라이브로 부른다.

4096 바이트의 물리 포맷을 가상 512바이트로 변환하는 일은 하드 디스크 드라이브에 접근하는 엔티티에 투명하게 작용한다. 읽기 및 쓰기 명령은 레거시 드라이브와 동일한 포맷으로 어드밴스트 포맷 드라이브에 발행된다. 그러나 읽기 과정 동안에 어드밴스트 포맷 하드 드라이브는 요청된 512 바이트 데이터를 포함하는 전체 4096바이트 섹터를 드라이브에 위치한 메모리로 로드한다. 에뮬레이션 펌웨어는 특정한 데이터를 512바이트 덩어리로 풀어서 포맷을 변경하며, 그 뒤 데이터를 호스트로 내보낸다. 전반적인 프로세스의 성능 저하는 일반적으로 없는 편이다.

변환 과정은 복수의 4K가 아니거나 4K 경계에 있지 않은 데이터를 기록할 때 더 복잡하다. 예를 들어, 하드 드라이브는 대상 데이터를 포함하는 4096 바이트의 섹터를 모두 내부 메모리로 읽어들이고 새로운 데이터를 기존의 데이터에 통합한 다음 완전한 4096 바이트 섹터를 디스크 미디어에 재기록해야 한다. 이를 read-modify-write(RMW)라고 하며, 자기 디스크의 추가적인 공전이 요구될 수 있으며 시스템 사용자에게 인지 가능한 성능적인 영향을 초래할 수 있다. IDEMA와 하드 드라이브 업체들이 수행한 성능 분석에 따르면 일반적인 비즈니스 PC 사용자 환경에서 전체 쓰기 명령 중 약 5~10%가 잘못 배치되어 RMW 성능의 불이익이 발생할 수 있다.^[53]^[54]

레거시 운영 체제에서 어드밴스트 포맷 드라이브를 사용할 때 하드 디스크 제조업체가 제공하는 소프트웨어를 이용하여 디스크 드라이브를 재배치하는 것이 중요하다. 디스크 재정렬은 파티션 이동으로 인해 파일 시스템 클러스터가 부분적인 물리 디스크 섹터를 가로지르는 클러스터 스트래딩(cluster stradding)이라는 성능 저하 현상을 회피하기 위해 필수적이다. 하드 디스크 파티션을 만들 때 클러스터 대 클러스터 정렬이 결정되기 때문에 디스크 파티션 "이후"에 재정렬 소프트웨어가 사용된다. 이를 통하여 컴퓨팅 생태계가 만들어낸 미정렬 쓰기 수를 줄이는 데 일조할 수 있다. 응용 프로그램들을 어드밴스트 포맷 기술로 전환을 준비시키는 추가적인 활동들이 롱 데이터 섹터 위원회와 하드 디스크 드라이브 제조업체들에 의해 주도되고 있다.^[55]^[56]

4. 2. 4Kn (4K Native)

4K 네이티브(4Kn) 모드로 동작하는 하드 디스크 드라이브는 에뮬레이션 계층이 없으며, 디스크 미디어가 시스템 펌웨어 및 운영 체제에 직접 4KB 물리 섹터 크기를 노출한다. 이러한 방식으로 4K 네이티브 드라이브의 외부에서 보이는 논리적 섹터 구성이 내부 물리적 섹터 구성에 직접 매핑된다. 2014년 4월부터 엔터프라이즈급 4K 네이티브 하드 디스크 드라이브가 시장에 출시되었다.^[57]^[58]

운영 체제별 4KB 논리 섹터 지원 여부는 유형, 벤더, 버전에 따라 다르다.^[50] 예를 들어, 마이크로소프트 윈도우는 윈도우 8, 윈도우 서버 2012(둘 다 2012년에 출시) 이후로 4K 네이티브 드라이브를 지원하고 있으며,^[59] 리눅스는 리눅스 커널 버전 2.6.31 및 Util-linux-ng 버전 2.17 (각각 2009년, 2010년 출시) 이후로 지원하고 있다.^[60]^[61]

4K 네이티브 드라이브를 나타내는 로고는 파란색 배경에 4개의 둥근 모서리가 있으며, 로고 가운데에 4Kn 텍스트가 있다.^[62]

참조

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