1、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
2、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
3、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： Constellation ES.2 企业级 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
4、。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
5、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
6、：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： Constellation ES.2 企业级 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。
7、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
8、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： Constellation ES.2 企业级 3TB 7200 转 64MB SATA3（ST33000650NS） 希捷
9、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
10、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。使用未对齐分区的读性能损失从图表中我们可以看到，许多测试产生适度的损失。针对文件系统创建的值介于0.96（对于 XFS）到 7.94（对于 ReiserFS）之间，测试的平均值为 2.79。由于文件系统不常创建，所以该损失不是那么重要。读测试所有测试介于 0.95 到 1.25 之间，这表示速度损失不超过 25%，使用未对齐分区的写性能损失写性能测试中我们可以看到，大型文件也受到适度损失。小型文件创建操作会产生最大的写性能影响。该测试中第二大性能影响者是 XFS，值为 1.82。由于这些数字是未对齐
11、性能与对齐性能之比，值为 10.9 时表示一个数据提取在合理对齐的分区上需时 10 秒，而在未合理对齐的分区上需时 109 秒如此巨大的差别，可以想象实际应用时候的表现。对于 XFS，值为 1.82 时表示这个 10 秒钟的操作在未合理对齐的分区上需要花 18.2 秒的时间。与前面相同，值为 1 时表示没有性能损失；更高的值表示性能下降。通过数据我们可以看到，写入性能的损失相比读取更为严重，10 倍的掉速概念想必每一个朋友都感到胆寒。当然此类测试在实际应用中，情况也许没有这么夸张，但 25%的性能缺失是不能够忽视的。产品： Constellation ES.2 企业级 3TB 7200 转 6
12、4MB SATA3（ST33000650NS） 希捷 硬盘 希捷 SmartAlign 先进的格式化技术我们在前面提到了，采用高级格式化的硬盘介质上都选择了 4K 扇区，但仍然需要跟512 字节扇区保持通信，也就是 8x512 字节模拟 4K 扇区模式。最早一批除了西部数据绿盘系列以外，希捷在 Barracuda Green 硬盘系列发售同时，推出了目前最先进的 SmartAlign格式化技术。该技术主要是为了帮助客户在很大程度上简化硬盘的转换过程。在当时来说，应用Windows XP 的用户还很多，该系统不能很好的支持高级格式化硬盘，尤其是对齐问题。另外，Windows 7 系统也仅仅可以在
13、第一个分区内实现对齐。所以希捷将 SmartAlign 技术镶嵌到固件中，无需用户下载安装，只要购买到该款产品就可以实现从 512 字节到 4K 扇区的隐形过渡。希捷 Barracuda Green 2TB 5900 转硬盘目前新型号的硬盘基本都使用了高级格式化技术，一般采用了该技术的硬盘会在盘体上标注 Advanced Format 字样。因为希捷厂方有自带的优良 SmartAlign 技术，避免了后期不必要的分区对齐操作，但有网友表示，手动对齐之后在性能上仍会有小幅度的提升。检查分区是否对齐可以使用 AS SSD Benchmark 磁盘测试工具，其相比 HDTune Pro 4.6测试更
14、准确。打开软件后，通过观察左上角硬盘容量上方的 xxxxxxx K-OK/BAD，来确认你的硬盘分区是否对齐，OK 为对齐，BAD 则为未对齐。在这里要提醒大家，只有全部分区后缀显示为“OK”，才是磁盘扇区真正的分区对齐，检测时应注意分别进行查看。注意左上角容量上方的绿字项目 K - OK 为已对齐注意左上角容量上方的绿字项目 K - BAD 为未对齐如果想确认你的硬盘是否为高级格式化硬盘，还可以下载 WD Align 和 Hitachi Align Tool 进行检测，安装后磁盘分区是灰色的说明不是高级格式化磁盘。当发现磁盘没有进行分区对齐的时候，建议备份数据后，删除分区，使用 window
15、s 系统自带的磁盘划分软件进行重新分区。其次就是使用官方提供的对齐软件整理分区对齐。对已经分区的磁盘进行对齐有一定概率导致意外情况出现，例如数据丢失等，所以还是选择重新分区为妥。检测软件分类：日立：Hitachi Align Toolhttp:/ Align System Utilityhttp:/ SSD Benchmarkhttp:/ Constellation ES.2 企业级 3TB 7200 转 64MB SATA3（ST33000650NS） 希捷 硬盘 相关对齐操作及关注点解答在 Win7 系统下，如果你的硬盘在使用 windows 磁盘管理器进行操作前，没有进行过分区操作，那么
16、系统磁盘管理器进行第一次分区时会自动帮你进行对齐。但如果在你使用Win7 系统前就已经进行过磁盘划分操作，需要删除当前分区然后在 Win7 系统下的磁盘管理器中进行重新分区，方可对齐。具体的划分操作，笔者在 盘符划分不求人 Win7 硬盘分区多面看一文中，做过详细的解说。Win7 磁盘管理器是最快捷的对齐软件目前网络上流行的 Diskgenius 等分区软件也能够解决对不齐的问题。操作方面和windows 磁盘管理器基本相似，在上文提到的磁盘划分文章中我们也做过详细的解答。此软件的优点在于可以直接设置分区参数，但相对于直接删除在重新划分硬盘的方法来讲复杂的多。Diskgenius 分区参数设置
17、界面Ghost 系统对于分区对齐不是一个好选择。市场上 Ghost 版本太多，系统会自动改变分区参数，有可能使本来已经对齐的硬盘出现不对齐现象，实在令人无奈。虽然近期更新的 Ghost 版本在此类问题上有所改善，所以当不清楚 Ghost 版本的情况下。尽量还是选择原版系统或者对齐软件进行操作。对于不喜欢用 Win7 做备份的朋友，可以使用 Ghost 11.5.1 版，支持整盘的备份还原 offset 对齐。(前提是要备份的分区是对齐的）在一些硬盘 Advanced Format 硬盘上，扇区字节依然显示为 512。难道买到假货了？这就是为什么笔者在前面提到的使用 AS SSD 来进行检测了。
18、目前很多磁盘测试软件都不能够正确识别 4K 扇区，但这只是硬盘厂方考虑到兼容性问题而模拟出来的 512K 扇区，实际仍然是 8x512B 大小，同样支持高级格式化操作。从 HD Tune 中扇区显示 512B，且支持 Smart 技术如果你断电很久后第一次开机，系统启动非常慢，重启后又恢复正常，这也应该是分区没有对齐的表现。此类现象的发生极有可能是在 PE 模式下进行的分区设置，而且不针对品牌，各款 4K 扇区标准硬盘都有可能出现此类状况。产品： Constellation ES.2 企业级 3TB 7200 转 64MB SATA3（ST33000650NS） 希捷 硬盘 总结：避其锋芒 把
19、知识简单化总结：避其锋芒 把知识简单化在文章中，我们从 4K 标准扇区起始开始了解，简单的叙述了关于容量提升和性能丢失等优缺点。目前很多朋友对于读写翻倍的工作原理或许不是很了解，其实这也无所谓。通过笔者简单的叙述和 Linux 测试，我们如果分区不对齐的话，的确在不同程度上对于读写性能有影响，且只要通过非常简单的操作就可以化解此类问题，理论深奥操作简单，引起重视才是关键。关于目前 SSD 固态硬盘的分区对齐问题，我们会在下一周推出详细的解决方案，有相关问题的朋友可以继续关注 ZOL 存储频道，对于扇区更大的 SSD 来说，分区对齐是非常必要的。最后在这里在介绍一下关于固态硬盘去掉 Win7 自
20、动保存 100MB 分区的方法，当然也一定会保证 4K 对齐。Win7 系统去掉 100MB 保留分区1.保证原版光盘或者移动存储设备来安装系统，Ghost 版本不可用。2.系统安装，到了选择磁盘分区的画面时，选中 SSD 硬盘-高级选项-新建分区，然后会看到系统给你自动设置出来了两个分区，第一个就是 100MB 的。、3.这时候选第二个分区，把它删除掉。然后选择 100MB 的分区扩展，将容量改为你要的 C 盘容量，建议留出 10%-15%的容量给 SSD 不要分区，这样性能下降的慢，对 SSD 也有好处。4.最后选中扩展后的第一个分区，继续正常安装 win7，这样既保证了 4K 分区对齐，也不需要其他工具软件就能去掉那个隐藏 100MB 分区。本篇借鉴了很多网友朋友的意见，同时在文字处理上也尽量简单易概，希望可以用尽量简洁的语言让读者朋友了解 4K 标准扇区其确切含义以及性能影响。如有不够客观的地方，您可以把您的看法在评论中说明，笔者会第一时间了解关注点，在接下来的时间推出更多实际应用性更强的技术探讨文章。ZOL 消费存储事业部感谢您的关注与支持!
