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4K对齐”指的是符合“4K
扇区”定义格式化过的硬盘,并且按照“4K扇区”的规则写入数据。因为随着
硬盘容量不断扩展,使得之前定义的每个扇区512字节不再是那么的合理,于是将每个扇区512字节改为每个扇区4096个字节,也就是常说的“4K扇区”。随着NTFS成为了标准的硬盘
文件系统,其文件系统的默认
分配单元大小也是4096字节,为了使簇与扇区相对应,,即使物理
硬盘分区与计算机使用的
逻辑分区对齐,保证硬盘读写效率,所以有了“4K对齐”概念。
简介
硬盘中文件保存的基本单元是扇区,不管
文件大小,都要占用一个扇区的空间。
机械硬盘一个扇区是512字节,
固态硬盘一个扇区是4K字节。
微软操作系统常用的NTFS格式,默认的扇区大小也是512字节,并且规定前63个扇区是保留的,也就是前31.5K字节的空间是不用的,数据从第64个扇区开始保存。
这对于机械硬盘不是什么问题,但对于固态硬盘来说,数据保存从一开始就出现错位,一块数据横跨两个扇区的情况变得相当普遍,这意味着读写这块数据需要读写两个扇区,而闪存读写次数是受限制的,过多无意义的读写对固态硬盘的性能和寿命会造成很大的损伤。可以借助固态硬盘相关工具(如 Paragon Alignment Tool)进行4K对齐。
产生背景
由于SSD硬盘的读写机制特性,写入数据时,以8个扇区(4096字节)为一基本
存储单元。写满后继续下ー个4K区块写操作,若SSD硬盘没有4K对齐处理,数据写入会4K“超界”,读取数据时会在超界处,造成二次往复读取,读取数据时间増加,读写效率降低。
底层原理分析
硬盘上的物理扇区和逻辑扇区
以机械硬盘为例(下同),硬盘上一般有很多盘片组成,每张盘片被划分为一块块的扇面,同时沿着半径方向被划分成了很多
磁道,每条磁道与扇面形成的扇形区域就叫作物理扇区。逻辑扇区是由操作系统划分的软件层上的扇区,是为了方便操作系统读写
硬盘数据而设置的,其大小与具体地址,都可以通过一定的公式与物理扇区地址对应。扇区是读写信息的最小单位。
硬盘扇区与操作系统读写操作
以windows系统为例,在格式化硬盘时,我们会看到格式化
选项卡中有“分配单元大小”一栏。其意思就是操作系统为这个
逻辑分区分配的逻辑扇区空间大小,格式化后操作系统会按照这个单元大小对硬盘进行读写操作。每个分配单元只能存放一个文件。文件按照这个分配单元的大小被分成若干块存储在磁盘上。
传统的硬盘一般以512B为物理扇区大小,其分区偏移尺寸一直是从63扇区(63X512B=31.5KB)开始。大容量的机械硬盘的扇区尺寸提高至4096字节(即4KB),而电脑
文件系统(
FAT。
“4K 对齐”的重要性
“
4K对齐”这个概念因
固态硬盘的出现而兴起,那么4K这个数值就肯定跟固态硬盘有关。固态硬盘的内部结构不同于
机械硬盘,其读写的最小单位是“页”,相当于机械硬盘的物理
扇区,并且常见尺寸为4KB。固态硬盘存颗粒不允许像机械硬盘一样覆盖写入,因此在有数据的地方要写入
新数据,就需要先进行
擦除操作,而擦除的最小单位是块(每个块都由很多个页组成)。因此,4K这个数值是顺应了硬盘设备的发展而得出的。
以固态硬盘为例,固态硬盘的页大小为4KB,传统分区偏移尺寸为31.5KB。如果4K不对齐,那么用户的数据都会跨两个页,导致每次的写入操作都变成了读-擦-写操作,造成性能下降。写入一个4KB的数据,实际
运行时会有两次写入操作,4K对齐就让是操作系统的最小
分配单元和闪存的一个页对应起来,这样操作系统写入一个4KB的数据,一次就能完成。因此,“4K”对齐能够提升硬盘
工作效率,延长硬盘寿命,提升文件操作的稳定性与安全性。
查看4K对齐
无损4K对齐
事实证明,如果SSD
固态硬盘不进行4K对齐,性能损失近一半,极大地降低数据写入和读取速度,还会造成固态硬盘不必要的写入次数。所谓4K对齐,是指符合“4K扇区”定义格式化过的硬盘,并按照“4K扇区”的规则写入数据。对于SSD固态硬盘来说,最直接的方法就是格式化进行4K对齐。但在
DOS模式下Format格式化是无法进行4K对齐的。而 Windows内置
分区工具使用有繁琐,而且对于预装了系统的笔记本而言,重分区更麻烦。
要对SSD固态硬盘进行无损4K对齐,可以Paragon Alignment无损对齐软件,运行软件后,点下一步”按钮。此时
软件界面会显示硬盘状态,绿色说明已经对齐,黄色则表示没有对齐,粉色不需要对齐。这个时候选择需要对齐的SSD固态硬盘,点击“ Align Partitons”按钮,此时系统会重启并自动切换到DOS下进行对齐进程,值得注意,需要耐心等待1个小时左右才能完成4K对齐。
当4K对齐完成后,笔记本再次重启,进入系统后,会弹出一个提醒对齐成功的窗口,如果分区的颜色变为绿色,后面有succeeded的表示,表示4K对齐成功。当然也可以借助
AS SSD Benchmark。
发展前景展望
“4K 对齐”将成为过去
4K对齐是由于硬盘与操作系统各自的扇区单元大小不匹配、不兼容造成的。随着技术的发展和时间的推移,操作系统更新换代,硬盘厂商将不用再对物理扇区进行模拟,从而实现默认的“4K对齐”,手动的“4K对齐”将成为过去。
“扇区对齐”将替代“4K 对齐”
正如物理扇区大小由512B扩大到4K一样,4K在不久的将来也会成为过去。操作系统支持的逻辑扇区大小已经高达2048K,由于硬盘厂商和操作系统厂商之间技术的差异,追逐与被追逐、兼容与被兼容的状况将一直持续,“4K对齐”将会变成“8K对齐”、“16K对齐”。实际上,其实质就是“
扇区对齐”。“扇区对齐”将替代“4K对齐”。