4k对齐

25%火力丢失浅析硬盘4K扇区对齐

从09年开始上市扇区大小为4096K的硬盘开始，技术上逐渐通过增加磁盘密度，磁道数以及碟片数来提高硬盘容量，高级格式化也逐渐融入到技术名词中。但你可知道如果没有进行合理分区，性能有可能降低高达25%？

去年的这个时候，高级格式化和4K扇区等名词开始在行业中普及，一些如分区对齐和SmartAlign这些技术操作被小部分发烧友重视起来。论坛中相继有各种询问帖，操作帖大幅度涌出，顺水推舟的让此类扇区进步得到了绝大多数用户的认可。今天在这里，我们温习的同时来看看，在单碟技术进步和SSD涌入的同时，4K标准扇区的表现能否也随着硬盘发展提供更良好的“线下”服务，网传的25%性能秒杀是否属实？

“高级格式化”分区技术

首先先来了解一下什么是叫做“4K对齐”。其实“4K对齐”相关联的是一个叫做“高级格式化”的分区技术。“高级格式化”是目前硬盘设备根据数据结构采用的名称。这是主要鉴于目前的硬盘容量不断扩展，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，也就是现在常说的“4K扇区”。

其实每扇区512个字节的定义起源于电脑发展的初期，因此在那时将硬盘容量切

分成每块512个字节是平衡与文件管理和存储之间的。而现在主流硬盘容量已经攀升到1TB甚至更高，再用老标准去管理现超大容量的硬盘不但显得繁琐，而且降低效率，因此提升单个扇区的容量就势在必行了。

产品：Barracuda 3TB 7200转 64MB SATA3（ST33000650NS）希捷硬盘

新磁盘策略犹如内存带宽发展

新磁盘策略：4K技术时代犹如内存带宽

在笔者多篇文章中，我们反复提到过硬盘扇区的分类为逻辑扇区和物理扇区，但介于两者间的规格大小无差异，在512K时代并没有严格要求将逻辑和物理区分开。随着大扇区4K规格的介入，扇区的划分再一次打出叹号，这种关系模式仍然需要重视。在《重谈硬盘坏道检测修复全新思路介绍》一文中，我们着重谈论过两者扇区的区别与重要性。

当随着硬盘容量越来越大，数据集中存储在磁盘的每一个单位面积上，就像一条马路上行驶的车辆变多，事故发生率就变大，堵塞缓慢掉速的问题也成倍增长。问题出现，技术就需要改善，最妥当的方法就是加大扇区容量，提高处理空间，在512K的基础上增加值，从而使用功能更强的纠错方法。

4K发展趋势截至今日在硬盘上的使用得到彻底推广

犹如内存的发展一样，机械硬盘的焦点话题从转速缓存扇区大小上不断得到解决。虽然7200转现有技术还无法得到有效提升，但在4K扇区上的发展趋势无论从容量提升还是错误降低，都为硬盘整体性能优化提供了保障，在未来五年内，扇区的标准改变预计依然会持续提高。

在第一批4096K扇区硬盘产品中，由于当时整个计算机软件链没有做好足够的准备，8x512字节格式的磁盘开始走向市场，在BIOS、引导程序、操作系统内核和磁盘工具等软件下，逻辑扇区看起来还是512字节的，但实际底层容量为4096K。生产此款硬盘的厂家为：Western Digital西部数据（绿盘）。

西部数据WD10EARS 1TB绿版硬盘标签特写

容量和错误纠正上通过4K标准得到了有效解决，但是由于固件中改变扇区大小会明显降低磁盘性能。在从虚拟划分8x512字节上做调整的同时，人们开始提高关于对齐理论的关注。

在当时根据西部数据的官方文档中说到的，采用了4K标准大小的扇区硬盘有一些需要注意的是：如果我们在向硬盘写入数据时没有使用4K对齐，并且我们的分区也不是4K对齐的话，那么我们向硬盘写入数据时就会耗费更多的时间。此类说法在当时比较蛊惑人心，扇区容量加大难道是负面效应？

产品：Barracuda 3TB 7200转 64MB SATA3（ST33000650NS）希捷硬盘

4K无法对齐性能是如何降低的？

4K无法对齐性能是如何降低的？

据笔者在相关论坛帖子中了解到，入手4k扇区硬盘朋友最关注的就是对齐和如何查看扇区大小等相关问题。按照当时官方文档说明看，如果不采用4K对齐做备份与恢复，虽然在数据完整上没有差别，但是效率会大大折扣。

性能降低还是要从I/O操作占用说起，目前文件系统使用的是4096字节或以上的数据结构，当文件系统针对大小相同的物理分区时，单次数据读取只会针对一个扇区进行读写，性能降低状况不会出现。但当数据与扇区容量大小不同时，读写操作必须使用双倍的扇区空间。此类现象在大量小型文件传输时尤为明显，例如照片，音乐和视频等。简单来理解，我们可以认为在扇区不对齐的情况下，不等于4096字节的数据会占用更多的扇区来进行操作，所花费的时间也是多占用扇区的时间。

而目前很多朋友观点认为，4K扇区标准只是准对SSD固态硬盘更为有效，其实不然，像我们上面说到的，目前高级格式化是4K模拟512字节扇区并不是纯粹的4K扇区，在XP或更老的系统下，格式化工具也不能够实现合理的对齐校对。跨区操作问题成为4K标准的容量提升的代价。对于拥有更高扇区的SSD来说，只不过对齐后的性能差异更为明显。

校对后的速度虽然只有十位数，但实际效果很明显

还有一个盲点在于，就笔者了解无论用户所有的系统如何，硬盘的品牌如何，都有必要在使用之前进行一次扇区确认和对齐，否则在性能表现上都会出现一定量的影响。检测方法建议使用原厂软件，Win 64bit的高级格式化也可以解决对齐问题。

产品：Barracuda 3TB 7200转 64MB SATA3（ST33000650NS）希捷硬盘

基准测试：性能损失最大不会超过25%

基准测试：性能损失最大不会超过25%

笔者在网友的帮助下，收集了相关数据，并对其加以考证得出。无论大小文件传输还是删除模式下，未对齐的扇区会对整体性能造成明显的损失。

在Linux下，我们会使用若干文件系统对已对齐和未对齐的分区进行统一4K

标准磁盘进行驱动，受测试的文件分别为：ext3fs、ext4fs、ReiserFS、JFS、XFS 和 Btrfs。在脚本设置成功后执行一些列的磁盘I/O操作，包括创建、删除、复制、读取操作。每次将重复6次文件系统运行操作，对对齐和未对齐的分区分别进行3次。用平均未对齐时间除以平均对齐时间所得的值来确定所应用的不合理对齐对性能的影响程度。大于 1.00 的值表示不合理对齐产生一些性能损失。