什么是4K对齐 以及4K对齐的好处分享

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什么是”4K对齐”
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。


这里如果是显示OK的话,那么4K就是对齐了;如果是显示BAD那么就表示4K没有对齐

4K不对齐,后果很严重
有“4K 对齐”一说必然就有“4K 对不齐”。为什么会有“4K”对不齐呢?机械硬盘从很早前,扇区大小就被定义为512B(字节),最新的先进格式机械盘终于把物理扇区提高到4KB(4096字节),而我们现在使用的SSD,page数一般为4KB,(下一代25nm的为8KB),在NTFS6.x以前的规范中,分区offset一直是从63扇区(63X512B=31.5KB)开始,那么就会造成用户的第一个数据的前4KB会存放在系统”逻辑扇区”的31.5KB~35.5KB间,这样持续下去会造成后面所有的数据都会卡在2个物理扇区(page)容量之间,为此对于“4K不对齐”的情况来说,一定要修改成“4K对齐”才行。我们知道扇区(page)为磁盘写入的最小单位,如果卡在2个扇区(page)之间,写入的时候就需要进行读-改写操作(对SSD来说读-擦-写),造成固态硬盘不必要的写入次数,导致性能的下降,严重影响SSD读写性能及使用寿命。

但是,并不是所有的SSD不4K对齐都会对性能产生严重影响,这个主要还给看主控和厂家对SSD的优化。

镁光C300分区不对齐和对齐性能差距图:

Barefoot主控分区不对齐和对齐的性能差距并不明显:

如何做到4K对齐
VISTA之后的操作系统,NTFS为6.x,分区offset就会设置为2048扇区,这样就不会跨2扇区(page),也不会因为扇区offset没对齐而出现的性能下降。
对于不喜欢用Vista,Win7,Win2008分区的朋友,要做到分区对齐就需要用某些第三方软件了。简单点的就是在新硬盘上用DISKGENIUS进行分区,然后再安装操作系统。
方法是:快速分区时,勾选对齐,选2048或4096(根据物硬盘理扇区选择);或者在硬盘上建立新分区,起始扇区数为2048(同Win7格式化)即可,调整磁头为32,柱面为33。
对于硬盘里已经有数据,不想太折腾的朋友,可以使用Paragon Alignment Tool 3.0进行无损4K对齐。

机械硬盘需要4K对齐吗
对于SSD固态硬盘需要对齐4K,这点已经成为共识了,而对于机械硬盘,很多人的想法应该是:又不是SSD,对齐什么4K? 机械硬盘是否需要对齐4K呢?下面用测试验证机械硬盘对齐4K是否能够提升性能。
一般来说,2011年之后出厂的硬盘,基本都是支持高级格式化的。或者也可以使用上前提到的Paragon Alignment Tool 3.0工具来查看自己的机械硬盘是否支持高级格式化。

复制文件时,对齐4K后性能有着明显的提高,特别是在零散小文件方面,有着接近一倍的提升,这也间接证明了对齐4K后,可以有效缓解系统卡顿情况发生。(下图数值越小越好)

在固态硬盘距离大规模普及还有些时日的今天,对于占着主流的机械硬盘已经很久没有革命性的技术突破了,但是机械硬盘,也需要对齐4K,对硬盘性能的提升有很大的帮助,虽然4K对齐虽然性能提升不像换了固态那么明显,但总归还是提升了,而且不用额外花钱,何乐而不为呢?

Ghost备份恢复如何4K对齐
“4K对齐”时代,使用Ghost备份恢复,只需要记住以下几点就可以了:
1、分区到GHO文件的备份无关紧要,GHO文件到分区的恢复需要目标磁盘已经4K对齐;
2、Ghost 11.5.1版支持整盘的备份还原offset对齐。所以磁盘到GHO或者磁盘到硬盘备份、恢复操作时,需要使用11.5.1及以上版本的Ghost,只要保证源盘4K对齐即可。
3、分区到分区的操作Xiaowo没尝试过,网上也没看到相关文章,朋友有兴趣可以自己试试。

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