4k对齐与硬盘性能

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1、大容量硬盘4K对齐1、故障症状：办公室内某台式电脑换装了新硬盘后，首次开机时间很慢，重启的话就恢复正常的启动速度。经过试验，发现该计算机现在的具体症状为：关机隔三四个小时再开机硬盘灯一直亮，大概八分钟后开始闪烁，启动到系统界面大概四分钟，然后进系统卡四分钟。之后系统一切正常，不卡了。再重启启动速度也快了，一分钟就完成了启动。2、故障原因分析：该硬盘为新产品，支持“4K对齐”技术；由于在分区和格式化新硬盘时没有针对该新特性进行优化，导致硬盘数据传输性能大幅下降。“4K对齐”相关联的是一个叫做“高级格式化”的分区技术。“高级

2、格式化”是国际硬盘设备与材料协会为新型数据结构格式所采用的名称。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。在了解了“4K扇区”这个定义

3、后，就很容易理解什么是叫做“4K对齐”了。所谓“4K对齐”就是符合“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。那么如果有“4K对齐”一说必然就有“4K对不齐”。为什么会有“4K”对不齐呢?这是因为在NTFS6.x以前的规范中，数据的写入点正好会介于在两个4K扇区的之间，也就是说即使是写入最小量的数据，也会使用到两个4K扇区，这样对写入速度和读取速度都会造成很大的影响。为此对于“4K不对齐”的情况来说，一定要修改成“4K对齐”才行。3、技术背景分析多年来，硬盘行业一直采用扇区512个字节这种低级别的

4、格式。然而，随着硬盘容量的不断增长，扇区大小日渐成为提高硬盘容量和纠错效率方面的限制性设计因素。例如，将以前的扇区大小和总容量的比率与最近硬盘的扇区大小和总容量的比率相对比就可以发现，扇区分辨率已变得非常低。扇区分辨率（扇区大小和总存储大小的百分比）已经非常低，几乎可以忽略不计。总容量度量的扇区分辨率   管理小型离散数据时，分辨率越低越好。但是，现代计算系统中的常用应用管理的都是大型数据块，实际上远比传统512字节扇区大小要大得多。   另外，随着区域密度的增加，小型512字节扇区在硬盘表面上占用的空间也将越来越小。从

5、纠错和介质缺陷风险方面看，更小的空间也会引发问题。如图2所示，硬盘扇区中的数据占据的空间越小，错误纠正就会变得越困难，因为同样大小的介质缺陷对总体数据负载损害的百分比更高，因此需要更大的纠错强度。介质缺陷和区域密度   512字节扇区一般可纠正高达50字节长度的缺陷。现在，硬盘开始通过先进的区域密度来提高错误纠正的上限。因此，为了改善错误纠正和实现格式化效率，迁移到较大扇区是硬盘行业内的基本要求。3、新技术长期利益分析所有硬盘制造商一致同意，到2011年1月，实现向高级格式化扇区设计的过渡，因此，硬盘行业需要适应并采用此

6、更改，以最小化潜在负面副作用。短期内，最终用户不会明显感受到硬盘容量的增长。但是，迁移到4K大小扇区后，肯定能为实现更高的区域密度、硬盘容量和更强大的纠错功能提供一条捷径。传统的512字节扇区布局   上图显示了传统的512字节扇区布局。其中，在每个512字节扇区中，都留有50字节与数据无关的开销用于EEC，以及另外15字节的开销用于间隙（Gap）、同步（Sync）和地址标记(AddressMark)部分。这样就造成扇区化1格式化效率仅约为88%（512/（512+65））。新的高级格式化标准   新的高级格式化标准使得

7、4K字节扇区有了不小进步，在4K字节扇区中，8个传统512字节扇区合并为一个4K字节扇区（见上图）。   高级格式化标准用于间隙（Gap）、同步（Sync）和地址标记(AddressMark)的字节数与传统扇区相同，但将EEC字段增加至100字节。这样，扇区化1格式化效率达到了97%（4096/(4096+115）），比传统扇区提高了将近10%。这些格式化效率将逐渐发挥作用，有助于产生更高的容量和改善数据完整性。可靠性和错误纠正   硬盘扇区的物理大小在不断缩减，所占空间也越来越少，但介质缺陷却没有同时减少。下图中显示了

8、我们认为很小的物体的图像。但与硬盘读/写磁头的飞行高度相对而言，这些物体显得非常庞大。比图中显示物体更小的微小颗粒也会造成硬盘的介质缺陷。磁头飞行高度的小比例对比演示高级格式化标准中的较大4K扇区可将EEC块大小增加一倍2，从50字节增加到100字节，能够针对颗粒和介质缺陷为错误纠正效率和稳健性带来必要的改进。从改进