4k对齐是什么意思,固态硬盘4k对齐到底是啥

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在之前一篇“史上最全的固态硬盘4K对齐教程”中,有不少粉丝朋友留言问到,究竟啥叫4K对齐啊,还有固态硬盘4K对齐2048和4096到底有什么区别?由于4K对齐中会涉及到不少硬盘相关的知识,今天小编再来通俗易懂的给大伙科普一下。

4K对齐什么意思?

要对固态硬盘4K对齐有一个全面了解,首先得先了解这些知识。

从Windows 98到 XP 时代,是传统的机械硬盘(HDD)的天下,硬盘容量与性能相对有限,绝大多数机械硬盘默认扇区都是512K大小。分区的时候有一个东西叫做物理存储单元,俗称簇,分区的时候可以指定这个大小。这个簇不是硬盘的物理结构,而是使用方法。

什么是簇?

这个簇很有意思,1个簇只能容纳1个文件,但是1个簇可以包含多个扇区,当时流行小簇,因为小簇不“浪费”磁盘。

举个例子:

比如,我的簇是10K,文件是25K,需要保存这个文件需要占用3个簇;如果簇是5K,保存该数据则需要使用5个磁盘扇区单元,这样显得磁盘利用率更高。这也是当时流行小簇,因为小簇不“浪费”磁盘的原因。

那么,簇是不是越小越好呢?

也不是!因为一个簇是一个磁盘最小的管理存储单元,如果一个文件读了4个单元和400个单元,你觉得哪个更快呢?目前大容量硬盘已经不在乎那几K了,簇这个东西没必要太小。

什么是4K?

目前,绝大多数机械硬盘默认都是512字节的扇区,采用的是DRAM作为存储介质,而无论是SLC颗粒还是MLC颗粒,都属于NAND闪存存储单元,这种硬盘的扇区是4K,也就是4K的由来!

  • Win 98 到 XP 时代,系统大多数采用 FAT 格式,这种格式具备32位、16位磁盘格式相互兼容,所以被当时大多数朋友采纳作为系统盘。
  • 而从Windows Vista 时代,由于已经不需要16位的DOS了,所以之后系统全部采用了纯32位的NTFS格式,NTFS格式也升级到了第五代。

其实,从Window XP 时代开始,就有 NTFS 格式,只不过,当时这种格式性能,虽然更高更安全,但是兼容性差,所以一直不作为系统分区,一般作为存储分区。而从Vista时代开始,由于兼容性得到了解决,进而一直流行至今。

NTFS格式有一个特性,那就是起始簇的位置。NTFS分区起始位置不是从0开始,而是从LBA63开始,就是第六十三个扇区开始存储。并且NFTS默认认为扇区是512字节大小,而不是智能调节到第六十三个扇区。这样问题就来了,63个扇区×512字节=31.5K,也就是说,磁盘的前31.5K是不能被使用的

使用机械硬盘就算了,使用固态硬盘,存储第一个字,也需要占用31.5K-35.5K之间的磁盘扇区。最过分的是这样子排列下去,恰好每到一个扇区的4K位置,就会造成一个数据存2个扇区的情况。而且这样排列,只要到了那个能被4K整除的位置就100%占用了2个扇区,哪怕只写一个字。

目前的固态硬盘无论是MLC还是SLC,都是有写入读取次数的,这样极大的损伤了性能和寿命,并且会增加读取次数。这个时候无论簇是多大,都会造成性能和空间的浪费,所以这个问题就叫做4K!

随着时代发展,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”。

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(簇)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”的概念。

传统硬盘的每个扇区固定是512字节,而新标准的”4K扇区”的硬盘,尤其是固态硬盘,厂商为了保证与操作系统兼容性,也将扇区模拟成512B扇区,这时就会有4K扇区和4K簇不对齐的情况发生。

所以就要用“4K对齐”的方式,将固态硬盘模拟扇区对齐成“4k扇区”,“4K对齐”就是将硬盘扇区对齐到8的整数倍个模拟扇区,即512B*8=4096B,4096字节即是4K,所以只要是8的倍数都是4K对齐了

简单来说写入一个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,不仅减少了读取次数,还能提升效率,这就是4K对齐SSD性能与寿命提升有帮助的原因。

从Win7以上的Windows操作系统开始,系统内置的磁盘管理工具已经具备4K对齐功能,因此可以直接在电脑上固态硬盘4K操作,只需格式化硬盘,选择分配单元大小为 4096 或 2048 即可,如下图所示。

另外,如今很多硬盘分区工具,如Diskgen、分区助手等工具也都支持4K对齐,只要在硬盘分区的时候,勾选上“对齐到下列扇区的整数倍”,然后在下方的扇区数中,选择 2048 或 4096 即可,如下图。

固态硬盘4K对齐2048和4096区别

在固态硬盘4K对齐操作中,分配单元(扇区数)一般有 512、1024、2048、4096、8192、16K等数值可选,而目前选择用户最多的主要是1024、2048 和 4096 这三个数值,目前最常见的还是后面2个。那么,4K对齐扇区数选2048还是4098好呢?

有人说,使用Win7或Win8系统或32位系统,4K对齐扇区数建议用2048扇区对齐,Win10或64位系统固态硬盘建议用4096扇区对齐,这种说法是真的吗?

从测试来看,128GB的固态硬盘,在Win10系统下,4K对齐2048扇区性能比4096略微好一些,这说明在Win7/8系统下,小容量固态硬盘4K对齐,选择2048扇区对齐略微好些。而在Win10或者大容量SSD场景下,建议还是选默认的4096扇区对齐。但总体而言,固态硬盘4K对齐无论是选2048还是4098,性能区别并不大,毕竟数值相差不大,大家在固态硬盘4K对齐操作中,一般选择默认即可,完全不用过于纠结。



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2020-05-20