Whitepaper: Unterstützung von unterschiedlichen Datenträgern

[Julia (O&O)]

Datenträger und deren Berücksichtigung von O&O DiskImage

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Grundsätzlich kann man zwischen drei Speicherarten bei den Datenträgern unterscheiden. Es gibt optische, mechanische und Halbleiterspeicher. Optische Datenträger sind von der direkten Verarbeitung von O&O DiskImage (als Quelllaufwerk bei Sicherung erzeugen oder als Zielllaufwerk bei Sicherung zurückspielen) ausgeschlossen. Die traditionelle Festplatte (HDD) ist ein mechanischer Datenträger und wird aktuell von den Halbleiterspeichern, Solid State Drives (SSD) ersetzt oder ergänzt.

Aufbau verschiedener Datenträger

Der unterschiedliche Aufbau der Datenträger muss bei der Verarbeitung berücksichtigt werden, ansonsten kann es zu einem Performance- oder Datenverlust, im Schlimmsten Fall zu einem beschleunigten Ausfall des Datenträgers kommen. Im Folgenden wird auf den Aufbau von verschiedenen Datenträgern näher eingegangen um die Unterschiede darzustellen. Unabhängig des Aufbaus sollte jede Verarbeitung von Datenträgern unter Windows Betriebssystemen O&O DiskImage keine Probleme bereiten.

Aufbau einer Festplatte

Eine Festplatte besteht aus ein oder mehreren kreisförmigen Platten, die mit einer dünnen Magnetschicht überzogen sind. Diese Platte(n) sind konzentrisch auf einer Nabe oder Welle befestigt und rotieren immer mit konstanter Drehzahl um ihre eigene Achse. Mit Hilfe von Magnetköpfen (Schreib/Lese-Köpfe), welche auf einem stabilen Luftpolster von ca. 0,2 µm Stärke über diese Platten gleiten, werden die Daten gelesen und geschrieben.

Die kreisförmigen Platten sind in einzelne Spuren unterteilt, die als konzentrische Kreise in gleichmäßigem Abstand über die Oberfläche der Magnetscheibe im Inneren einer Festplatte verteilt sind.

Jede Spur beinhaltet eine konstante Anzahl von Sektoren, die eine Spur in gleichgroße Abschnitte unterteilt. Ein Sektor beinhaltet mindestens 512 Byte, Festplatten mit großen Sektoren enthalten ein Vielfaches von 512 Byte. Diese Größe stellt die kleinste Zugriffseinheit einer Festplatte dar, d.h. es muss mindestens ein ganzer Sektor gelesen oder geschrieben werden.

Die Magnetköpfe (Schreib/Lese-Köpfe) sind über einen Arm miteinander verbunden. Dadurch wird ein Spurwechsel auf allen Scheiben gleichzeitig durchgeführt. Das Schreiben von Daten wird daher von Kopf zu Kopf durchgeführt und nicht von Spur zu Spur, da keine mechanische Bewegung erfolgt. Zur Veranschaulichung wurde daher der Begriff Zylinder gewählt. Ein Zylinder stellt alle Spuren gleicher Nummer auf allen Scheiben einer Festplatte dar.

Aufbau einer SSD

Im Gegensatz zur Festplatte besteht eine SSD aus Halbleiterspeicherbausteinen, enthält also keine mechanischen Teile. Die kleinste Einheit einer SSD ist eine Page, welche sich aus mehreren Speicherzellen zusammensetzt und meistens 4 KB groß ist. Mehrere Pages sind auf der SSD zu einem Block zusammengefasst. Ein Block stellt die kleinste Zugriffseinheit auf einer SSD dar. Aktuell werden meistens 128 Pages zu einem Block zusammengefasst, d.h. ein Block enthält 512 KB.

Ausrichtung der Datenträger

CHS (cylinder head sector) Ausrichtung
Die Ausrichtung auf cylinder head sector kennzeichnet eine Adressierungsmethode, mit deren Hilfe die Geometrie der Festplatte mit dem Festplattencontroller bekannt gemacht wird. Dadurch kann dieser Daten von einer Festplatte lesen oder auf eine solche schreiben.

SSD Ausrichtung
Im Gegensatz zu Festplatten, wird bei SSDs ein anderer Algorithmus zur Bestimmung des ersten logischen Sektors herangezogen. Die Daten werden immer blockweise gelesen und geschrieben. Daher sollten Partitionen/Volumes auf SSDs immer blockweise ausgerichtet sein.

Ab Microsoft Windows Vista unterstützt Windows ebenfalls eine nicht - CHS Ausrichtung. In der Registry sind unter „HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CURRENTCONTROLSET\SERVICES\VDS\ALIGNMENT“ Standartwerte hinterlegt und können vom Administrator modifiziert werden. Ab einer Datenträgergröße von 4 GB sind die dort hinterlegten Werte 1 MB. Dieser Wert, 1 MB, ist ein Vielfaches von der Standartblockgröße von 512 KB bei SSDs und ein Vielfaches von 64KB bei CHS Ausrichtung. Dadurch stellt Windows sicher, dass beide Datenträger optimal arbeiten können.

Unterstützung der Ausrichtungen von O&O DiskImage

Wenn Laufwerke (Partition/Volumes) nicht anhand der richtigen Ausrichtung angelegt werden, bedeutet dies einen Performanceverlust bei jedem Schreib- und Lesezugriff. Da bei SSDs die Anzahl der Schreibzugriffe auf einen Block, im Gegensatz zu den gängigen Festplatten, beschränkt ist, besteht bei einer Fehlanpassung die Gefahr, dass mehr Pages geschrieben oder gelöscht werden müssen, als an Daten eigentlich vorhanden sind. Das wiederum kann zu einem früheren Ausfall von Blöcken führen.

Das Sicherungsprogramm O&O DiskImage ist sowohl zu herkömmlichen Festplatten als auch SSDs kompatibel. Entsprechend der Art und der Ausrichtung des Zieldatenträgers wird beim Anlegen von Partitionen auf diesem Datenträger die passende Ausrichtungsart priosiert. Dabei ist es unerheblich ob es sich bei der Wiederherstellung oder Duplizierung auf einen Basic- /GPT-Datenträger handelt. Wird eine Sicherung, welche als Quelle eine Partition einer herkömmlichen Festplatte enthält, auf eine SSD wiederhergestellt oder dupliziert, wird die Partition auf der SSD immer auf die SSD ausgerichtet. Bei einer Wiederherstellung oder Duplizierung eines Laufwerkes, welches auf CHS ausgerichtet ist und dafür vom aktuell laufenden Betriebssystem eine 1 MB Ausrichtung vorgesehen ist, wird aus Kompatibilitätsgründen die CHS Ausrichtung gewählt.

Die Größe der Sektoren wird natürlich im Falle einer CHS Ausrichtung immer direkt berücksichtigt, d.h. die Sektorengröße des Datenträgers spielt für O&O DiskImage keine Rolle. Es werden bei der sektorenbasierten Sicherung immer ganze Sektoren gelesen und geschrieben, wie aus dem Namen bereits erkennbar, und bei der dateibasierten Sicherung immer der Inhalt der Dateien, unabhängig der Lage oder des Aufbaus der Daten. Diese Fälle spielen für das Programm keine Rolle.

Auf Grund der Vielzahl von Hardwareherstellen kann es vereinzelt zu Problemen mit den Datenträger oder deren Treiber kommen. In solchen Fällen wenden Sie sich bitte an unseren Support support@oo-software.de.


Verweise:
The SSD Anthology: Understanding SSDs and New Drives from OCZ
http://www.anandtech.com/show/2738/5
Information about Microsoft support policy for large-sector drives in Windows
http://support.microsoft.com/kb/2510009/en-us