SSD固态硬盘4K对齐详解

来源：互联网更新时间：2016-09-22 13:00:29

　　网上经常能看到一些有关固态硬盘4K对齐的咨询帖，询问自己手里的SSD是否对齐。那么，4k对齐是什么意思?其实呢，要对固态硬盘4K对齐有所了解，就得先了解下面的这些知识。

　　SSD固态硬盘4K对齐详解

　　什么是簇?

　　最开始从Win98一直到Win XP时代，都是传统的机械硬盘(HDD)的天下，容量与性能相对有限。而且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。

　　这个簇很有意思，一个簇只能容纳一个文件，但是一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。

　　打个比方，比如我的簇是10K，文件是25K，我需要保存这个文件需要占用3个簇;那如果簇是5K，那么我想保存该数据，需要使用5个磁盘扇区单元，显得磁盘利用率更高。

　　那这么看来，是不是簇越小越好呢?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?而且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?

　　绝大多数的机械硬盘默认是512字节的扇区，采用的是DRAM作为存储介质，而机械硬盘，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，这就是4K的由来!

　　由于Win98和Win xp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大多数朋友采纳作为系统盘。

　　但是到了Vista时代，已经不需要16位的DOS了，所以全部采用了纯32位的NTFS格式，NTFS格式也升级到了第五代。

　　其实XP时代就有NTFS，虽然这种格式性能更高更安全，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。

　　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。而且，增加了读取次数。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!

　　4K对齐是什么意思?

　　硬盘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。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，新标准的"4K扇区"的硬盘，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。

　　4K对齐选扇区数多少适合? (DiskGenius扇区数是选8、2048还是4096?)

　　到了Vista时代,NTFS规范已经到了第六代，NTFS格式的起始簇的扇区位置是2M，就是2048K位置，这样无疑是不会造成浪费的，因为可以被4K整除。

　　到了win7的时代，NTFS格式起始簇的扇区位置是1M，就是1024K的位置，无疑也是可以被4K整除的，不会浪费。这个情况叫做4K对齐。

　　4K=4096字节。一般扇区大小是512字节，4096/512=8扇区。所以如果要求4K对齐的话，选8个扇区就可以了。当然，任何8的整数倍的扇区个数都满足4K对齐的要求。(如果选8，在ParagonAlignmentTool中显示是不对齐的，但在AS SSD Benchmark中是显示对齐。)

　　按Win7的2048扇区对齐足可以应付当前99.99%的硬盘。

　　网上还有一种说法是64位4096扇区，32位2048扇区。但我觉得不论是64位还是32位，一律用2048扇区会更好一些。因为win7时代，NTFS格式起始簇的扇区位置是1M，就是1024K的位置，2048扇区，可以被4K整除的，不会浪费。另外按微软的说法，只要1024的倍数都可以，所以一般选2048扇区即可。

　　目前流行的硬盘分区专业，如DiskGenius，分区助手，它们默认的4K分区都是2048扇区，也就是1024K。

　　下面我就以宇瞻AS710 SSD硬盘为例，展示一下真正的4K扇区对齐。

　　为了做测试方便，我这里选用的是宇瞻AS710 3.0 SSD移动硬盘，它是一款很特别的产品，既可以通过SATA3.0(6Gbps)接口当SSD硬盘用，又可以通过USB接口当USB3.0移动硬盘用。

　　产品使用的USB3.0接口为USB 3.0 Micro-B型接口，USB的主控为祥硕Asmedia asm1053。

　　这里为测试方便，直接使用USB接口。

　　DiskGenius软件可以选择8扇区，如下图所示。

　　在默认设置下，DiskGenius无法实现4K扇区对齐(注意此4K是指扇区8)，最小只能实现32K对齐，即起始扇区64。

　　DiskGenius默认建立分区时,占用1+62个扇区,即主引导扇区+保留扇区。4K对齐,就要将分区起始位置建立在默认的保留扇区里。

　　使用DiskGenius删除所有分区,然后建立新分区

　　对齐扇区数:8,详细参数:起始柱面0,磁头0,扇区9, 芯片无忧:4K对齐;AS SSD:4K-BAD

　　对齐扇区数:16,详细参数:起始柱面0,磁头0,扇区17, 芯片无忧:8K对齐;AS SSD:8K-BAD

　　对齐扇区数:32,详细参数:起始柱面0,磁头0,扇区33, 芯片无忧:16K对齐;AS SSD:16K-BAD

　　对齐扇区数:64,详细参数:起始柱面0,磁头1,扇区2, 芯片无忧:32K对齐;AS SSD:32K-BAD

　　对齐扇区数:128,详细参数:起始柱面0,磁头2,扇区3, 芯片无忧:64K对齐;AS SSD:64K-BAD

　　4K扇区对齐完成，使用AS SSD Benchmark软件检查，可以看到4k对齐为4K-OK。(提示，不要追求这个数值为4K，虽然好像看起来更加直观，4K对齐，刚好显示4K-OK，但这并没有什么用。尤其是对于win7，win8这类操作系统，就更没有什么意义，更不会增加SSD的性能。所以最好还是按默认1024K-OK为最佳。)