SSD固态硬盘4K对齐操作原因及原理分析（干货科普）

SSD固态硬盘4K对齐操作原因及原理分析（干货科普）

近期，众多网友在微信上就SSD相关问题进行了咨询，对此，我们已撰写了数篇文章，这些文章受到了良好的反馈。

其中有网友问到：SSD固态硬盘为什么要4K对齐？

为此，我们特地为各位搜集并整理了一系列关于SSD固态硬盘4K对齐的科普资料，期待大家能仔细阅读并吸收其中的内容。

NTFS是用于NT操作系统及其后续版本，包括2000、XP、2003、2008、Vista以及7等系统的官方文件系统。

NTFS系统替代了FAT文件系统，为多个操作系统提供了文件系统支持。在NTFS中，对FAT以及HPFS（高性能文件系统）进行了多方面的优化，比如引入了元数据支持，并采用了更高级的数据结构，旨在提升性能、可靠性和磁盘空间的利用率。此外，还增加了诸如访问控制列表（ACL）和文件系统日志等额外功能。该文件系统的具体内容构成了商业机密，并且这一机密已被成功注册为知识产权。

在20世纪90年代初期，双方携手成立了一个合作项目，旨在开发新一代的操作系统。这一合作最终催生了OS/2操作系统，然而，由于双方在诸多关键问题上存在分歧，导致最终分道扬镳，OS/2至今仍归IBM所有。与此同时，另一方开始着手研究NT系统。OS/2的文件系统HPFS具备众多关键特性，随后在开发自家的操作系统过程中，微软的NTFS系统在多个层面借鉴并吸收了这些功能。

NTFS 有五个正式发布的版本：

v1.0版本伴随NT 3.1系统一同推出，并需进行源代码请求，该版本于1993年中期正式发布。

v1.1 版本与 NT 3.5 同步推出，[来源请求]亦于1994年秋季同期问世。

v1.2版本由NT 3.51（发布于1995年夏季）以及NT 4（于1996年夏季发布）所支持，有时亦称作“NTFS 4.0”，此名源于操作系统的4.0版本号。

v3.0 来自 2000（有时称作“NTFS 5.0”）

v3.1 版本源自 XP 系统，该系统于 2001 年秋季发布，亦有人称之为“NTFS 5.1”；2003 年春季，又推出了 2003 版本，亦有人将其称为“NTFS 5.2”；随后在 2005 年中旬，Vista 系统问世，也被称作“NTFS 6.0”；再后来，2008 年初，出现了 2008 版本。而在 2008 年之后，还推出了 7 版本，亦有人将其称为“NTFS 6.1”。

V1.0、V1.1及其后续版本均不支持，这意味着用NT 3.5x系统写入的磁盘在NT 3.1系统中无法被读取，除非通过NT 3.5x的光盘对NT 3.1进行升级，并且增加对FAT系统长文件名的支持。而V1.2版本则增加了对压缩文件、命名流以及基于访问控制列表（ACL）的安全性等功能的支持。

V3.0版本具备磁盘配额管理、数据加密、稀疏文件处理、重解析点功能，同时更新了序列数日志（USN）、美元符号文件夹及其内文件，并对安全描述符进行了优化，使得多个文件能够共享同一个安全设置描述符。

V3.1版本中，通过引入额外的MFT记录数这一机制，增强了主文件表（MFT）的恢复功能，以便修复受损的MFT文件。这一改进措施使得主文件表（MFT）的项得到了扩展。

机械硬盘自早期便将扇区大小设定为512字节，而最新的机械硬盘格式将物理扇区提升至4KB（即4096字节）。目前我们使用的SSD，其page数通常为4KB，下一代25nm的产品则达到8KB。在NTFS6.x规范之前固态硬盘装系统怎么4k对齐，分区起始点通常为63个扇区（相当于31.5KB），这导致用户的首个数据前4KB存储在系统逻辑扇区的31.5KB至35.5KB区间。这种状况持续下去，会使后续所有数据被限制在两个物理扇区（或page）的容量内。众所周知，扇区（或page）是磁盘写入的最小单位，若数据被卡在两个扇区之间，写入时便需执行读-改写操作（对于SSD而言，则是读-擦-写），从而引发性能降低。在VISTA系统之后，操作系统普遍采用NTFS文件系统6.x版本，此时对分区的设定为2048扇区，这样做是为了避免跨越两个扇区，从而防止因扇区未对齐导致的性能降低问题。

应当指出，分区不整齐所产生的影响，还需考虑SSD的固件算法因素。从理论上讲，这种影响对持续性能的影响较小，而对随机读写性能的影响则较大。

分区不对齐造成的差别如下：

主控分区对齐和不对齐的性能差距图

固态硬盘通过运用多通道读写机制来增强其读写效率。就主控芯片而言，当颗粒的4KB页面通过N通道主控处理时，若算法设计较为简便，比如设定每次读写操作的单位为16KB（即4KB乘以N通道），而实际读写量未达到16KB时，便会产生读-改-写的过程。

如上图所示，我们可以观察到SSD的分区存在对齐不当的问题，其读写操作恰巧位于两个16KB的边界上。因此SSD固态硬盘4K对齐操作原因及原理分析（干货科普），为了解决这个问题，必须执行两次读-改-写操作。在这种情况下，完成这些操作所需的时间将是正常情况下的两倍。当系统需要写入4KB数据时，这种情况出现的几率是25%（图中显示，第一个4KB位于边界，接下来的三个分别在16KB范围内，而第五个则又触及下一个16KB的边界），此时性能降至原水平的80%。若将写入请求扩大至32KB，概率将升至8/9，并且随着请求容量的增加，这种差距会逐渐减小。因此SSD固态硬盘4K对齐操作原因及原理分析（干货科普），对于持续速度而言，分区不匹配的影响并不显著。

镁光C300分区对齐和不对齐性能差距图：

C300分区未能正确对齐4KB写入，导致性能显著下滑，这一问题与主控算法紧密相关。算法过度倾向于4KB随机写入，若因对齐不当而偏离了预设的设计规范，那么算法的所有优化效果将不复存在，甚至会产生负面影响。

不管如何说，分区的对齐是为SSD做优化的第一步。

操作：

分区对齐方法最简单的就是：

采用WIN7正版安装光盘或2008 R2正版安装版本固态硬盘装系统怎么4k对齐，而非GHOST版本，进行硬盘分区操作时，系统将自动完成对齐设置。

对于那些特别不倾向于使用Vista、Win7系统且偏好手动分区的用户来说，若想实现分区对齐固态硬盘装系统怎么4k对齐，就必须借助特定的第三方软件。

简单点的就是DISK .操作如下：

请确保起始扇区设置为2048（与Win7格式化一致），并将磁头调整为32个，扇区设置为33个。