ハードディスクドライブ パーティション

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ハードディスクドライブ

出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2024/05/11 12:05 UTC 版)

パーティション

ハードディスクドライブは1台で大容量を利用出来るため、利用方法に合わせて内部を区画（パーティション）に分割出来る。個々の区画を別々のOSで利用することも出来る。

フォーマット

かつてハードディスクドライブの総容量が10 - 100MB台であった1980年代末頃までは、ハードディスクドライブはフォーマットして使用するデバイスであった。このフォーマットは、物理フォーマットと論理フォーマットにわけられ、前者はサーボ情報からセクタ情報まで全てを再構築するものであり、後者は前述のパーティションを作成する際に不良セクタ情報を集めて、それらを予備領域で代替し、ファイルシステムを構築するものである。

1980年代末頃からヘッドの位置決め追従方式（フォロイングサーボ）が導入され、間もなく総容量1GB台に突入すると、通常利用環境での物理フォーマット（ローレベルフォーマット）は困難になり始めた。今日のハードディスクドライブは物理フォーマットを行う為の条件が厳しく、温度・湿度・振動・電源・またその他いくつかの条件を厳密に管理された、工場内の特殊環境下でサーボ情報を書き込まないと、設計された容量でフォーマットする事はおろか、正常に動作させる事すら難しい。外乱を受けると、その瞬間に扱っていたセクタないしトラックが利用不可になる。このため、今日のハードディスクドライブは物理フォーマットコマンドを廃止したり無視する傾向にある。

今日のハードディスクドライブは内部に不良セクタの欠陥リストを保持しており、これには工場出荷時点での欠陥リスト（Pリスト）と、ユーザー利用開始以降に生じた欠陥リスト（Gリスト）がある。おおよそSCSIインターフェースが主流であった時代までのハードディスクドライブは、欠陥セクタリストがアクセス可能であった。あるいは、もっと古い時代のドライブの欠陥セクタ処理はOSの仕事であった。今日では欠陥セクタリストが見かけ上0である「ディフェクトフリー」ドライブとして発売されているが、物理的にそのようなハードディスクドライブを製造することは不可能で、内部に隠蔽されたPリストが一定数以下というような品質基準に基づき出荷されている。

欠陥のあるセクタはいずれの場合でもそのまま放置される訳ではない。ユーザーがアクセス不可能な予備領域に冗長として領域が確保されており、物理フォーマットの時点で問題のあるセクタ/トラックは予備領域内のセクタに自動的にアサインし直される。これにより欠陥セクタは自動的にスキップ（代替）される。また、データ記録にはリード・ソロモン符号等を使うことでエラー訂正を行い、ビットレベルの点欠陥は事実上無視できる。記録密度向上によってS/N比は低下する一方なのでエラー訂正技術は今日のハードディスクドライブにとって不可欠な技術である。

実際に欠陥セクタであるかどうかは書き込み時には検出できず、ベリファイを含む読み取り時にしか検出できない。通常のOSではハードディスクドライブの信頼性は十分なものと見なしており、またパフォーマンスの低下を招くため書き込み直後のベリファイ動作はデフォルトでオンになっていないのが通常である。物理フォーマット後あるいは書き込みの後に、前述のエラー訂正によっても回復不能なセクタのビット列変化が起きれば、それは欠陥セクタであり、読み取り動作時に直ちに検出される。該当セクタがOSによって使用中である場合、データの損失を招く。実際には、一定基準以上のエラー訂正が発生したセクタは、ドライブのファームウェアによって再書き込みされるか、あるいは事前に予備セクタに代替処理され、データ損失を防いでいる。

もし利用経過によって予備領域が枯渇し、あるいはOSによって使用中の欠陥セクタが発生した場合には、アクセスするとエラーが発生し、システムまたはデータの損失が生じる。元より、OSのファイルシステムによって欠陥クラスタを回避する機能は備わっており、論理フォーマットによってスーパービットマップなどで「蓋をする」処理が行われる。古い時代のハードディスクは前述の予備代替処理機能そのものを備えておらず、欠陥セクタを取り除いた領域がユーザー領域となるため、リストの長短がハードディスクドライブのクオリティであり、また使用中にこのリストがどれだけ増えるかが、管理者の頭痛の種であった。今日では一定基準以上のエラー訂正が発生したセクタやデータ損失前に事前に予備セクタに代替処理されたセクタの数をS.M.A.R.Tで検出が可能であり、その様なドライブは要注意ドライブとして事前に新しい製品に交換される事が行われている。

当初、ハードディスクドライブのセクタサイズは1セクタあたり512バイトであったが、2023年現在ではセクタサイズが4,096バイト（これまでの8倍）となっているハードディスクドライブが出回っている 。4096バイトのセクタを採用したハードディスクドライブは2009年終わりごろから「Advanced Format Technology」(AFT)として登場した。Windows Vista以降のオペレーティングシステムではそのまま利用可能であるが、Windows 2000/XPでは、512バイト以外のセクタサイズのHDDではパフォーマンスを引き出せないため、ベンダー提供のツールもしくはジャンパピンなどの再設定が必要である。

AFTを採用したハードディスクドライブは、512nセクタを採用したハードディスクドライブと4Knセクタを採用したハードディスクドライブの中間的な位置といえる。AFTを採用したハードディスクドライブは4096バイトのセクタを持っているが、システム毎に自身の物理セクタサイズが512バイトのドライブだと誤魔化して情報の読み込み/書き込みを行う。4Knセクタを採用したハードディスクドライブを、4Knセクタのハードディスクドライブに対応しないOSのコンピュータに接続すると正常に動作しない。AFTドライブはこれらの中間的な位置付けとなる為、OSバージョンに関係なく使用することができる。

近年、ハードディスクドライブでは512バイトセクタから4096バイトセクタに移行する流れになっている。これはプラッタ当たりの容量、即ち記録密度を向上させるためである。ハードディスクのセクタはデータ領域に加えてセクタとセクタの間隔を保つためのセクタギャップとアドレス情報、エラー訂正符号が含まれたECC領域などで構成されている。512バイトセクタでは4096バイトの保存に対してセクタギャップやECCなどで8個の領域が必要となるが、4096バイトセクタの場合はセクタごとに用意されるこれらの領域を1つにまとめることで容量効率を向上させている。

512nや4Knに使われるnはネイティブを意味し、例えば4Knセクタの場合、完全なる4096バイトのセクタを持つドライブということになり、512バイトセクタとしての動作を一切保証しない。

論理フォーマットにおいて、MBR形式ではいわゆる容量の壁により2TB以上のドライブを正常に処理・認識できないため、GPT形式でフォーマットする必要がある。

容量の壁

ハードディスクの容量は常に拡大し続けている一方、古いファイルフォーマットやOS、BIOS等が対応できる容量には上限が存在し、これが通常「壁」と称される。主なものとしては、512MB、540MB、1GB、2GB（FAT16の最大値、パーティション毎）、4GB、8GB（BIOSの制限）、32GB（一部のAWARD BIOSの問題）、64GB（Windows 98のFdiskの問題。修正プログラムがある）、128GB、137GB（Big Driveに対応していない場合の制限値）、2TB（FAT32の最大値、パーティション毎 およびMBR方式のパーティションテーブルのセクタサイズ512バイトでの最大値）などがある。古いBIOSによる制限の場合には、BIOSをアップデートすることで解決する場合もあるが、メーカー製パソコンではアップデートができない場合が多い（どこのメーカーのBIOSを使っているのか公開しないことが多いため。普通はAward、American Megatrendsのいずれかなのだがそれさえも非公開の場合も多い）。

理論上は、128PB（Big Driveの最大値）などにも壁が存在し、今後も順調に容量の増加が続いた場合、その容量に到達した時点で問題になることになる。

ドライブによっては、ジャンパピンの設定等でHDDの認識可能容量を下げられるものもある。