浅述“4K对齐”及其发展前景-文档资料

1、浅述“4K对齐”及其发展前景 1 引言 “ 4K对齐”这个概念因固态硬盘的出现而兴起。大多数人 们都知道4K对齐这个概念，也知道在使用电脑过程中如何运用 4K对齐，却很少知道4K对齐背后的原理。显然，4K对齐对于提 升硬盘性能，加快文件操作速度有着非常重要的作用。 在未来一 段时间内，4K对齐将继续成为硬盘产业的主流。 2什么是“ 4K对齐” “4K对齐”指的是符合“ 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。但笔者认为此定义过于 狭隘化，4K对齐是一个具体化了的概念，不适合广义情况下对 此种技术进行解释。因此，笔者提出一个新的概念：扇区对齐。 扇区对齐指的是硬盘

2、物理扇区单元大小与逻辑扇区单元大小相 同，并按照分配单元大小的规则写入数据。值得注意的是，扇区 对齐是扇区单元大小的对齐， 并不是指扇区地址的对齐。 扇区对 齐这个概念与4K对齐这个概念相比，更加本质化，更加具有概 括性和广义性。 3 底层原理分析 3.1 硬盘上的物理扇区和逻辑扇区 以机械硬盘为例（下同），硬盘上一般有很多盘片组成，每 张盘片被划分为一块块的扇面， 同时沿着半径方向被划分成了很 多磁道， 每条磁道与扇面形成的扇形区域就叫作物理扇区。 逻辑 扇区是由操作系统划分的软件层上的扇区， 是为了方便操作系统 读写硬盘数据而设置的， 其大小与具体地址， 都可以通过一定的 公式与物理扇区地

3、址对应。扇区是读写信息的最小单位。 3.2 硬盘扇区与操作系统读写操作 以 windows 系统为例， 在格式化硬盘时， 我们会看到格式化 选项卡中有“分配单元大小”一栏。 其意思就是操作系统为这个 逻辑分区分配的逻辑扇区空间大小， 格式化后操作系统会按照这 个单元大小对硬盘进行读写操作。 每个分配单元只能存放一个文 件。文件按照这个分配单元的大小被分成若干块存储在磁盘上。 传统的硬盘一般以 512B 为物理扇区大小，其分区偏移尺寸 一直是从63扇区（63X512B=31.5KB开始。直到近年来，大容 量的机械硬盘的扇区尺寸提高至 4096字节（即4KB）,而电脑 文件系统（FAT、NTFS等

4、） 一直都习惯以512字节的扇区单位来 操作硬盘。新标准的 4K 扇区的硬盘在厂商为了保证与操作系 统兼容的前提下，也将扇区模拟成512B,因此出现“ 4K不对齐” 的情况发生。如果“ 4K 不对齐”，那么从第 63 个扇区结束，往 后的每一个簇都会跨越两个物理单元， 占据前一个单元的一部分 和后一个单元的一部分。而“ 4K 对齐”主要是将硬盘的逻辑扇 区从第 64 个扇区开始对齐， 即操作系统从第 64 个扇区开始读写 数据，这样就跨过了 63 扇区的特性，解决了每一个簇跨两个物 理单元读写的问题。 4 “ 4K 对齐”的重要性 引言中提到，“ 4K 对齐”这个概念因固态硬盘的出现而兴 起，

5、那么 4K 这个数值就肯定跟固态硬盘有关。固态硬盘的内部 结构不同于机械硬盘， 其读写的最小单位是“页”， 相当于机械 硬盘的物理扇区，并且常见尺寸为 4KB固态硬盘存颗粒不允许 像机械硬盘一样覆盖写入，因此在有数据的地方要写入新数据， 就需要先进行擦除操作， 而擦除的最小单位是块 （每个块都由很 多个页组成）。因此，4K这个数值是顺应了硬盘设备的发展而 得出的。 以固态硬盘为例，固态硬盘的页大小为 4KB,传统分区偏移 尺寸为31.5KB。如果4K不对齐，那么用户的数据都会跨两个页， 导致每次的写入操作都变成了读 -擦- 写操作， 造成性能下降。 写 入一个4KB的数据，实际运行时会有两次写

6、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。因此，“ 4K对齐 能够提升硬盘工作效率， 延长硬盘寿命， 提升文件操作的稳定性 与安全性。 5 发展前景展望 5.1“ 4K对齐”将成为过去 目前的4K对齐是由于硬盘与操作系统各自的扇区单元大小 不匹配、不兼容造成的。随着技术的发展和时间的推移，操作系 统更新换代， 硬盘厂商将不用再对物理扇区进行模拟， 从而实现 默认的“ 4K 对齐”，手动的“ 4K 对齐”将成为过去。 5.2 “扇区对齐”将替代“ 4K 对齐” 正如物理扇区大小由512B扩大到4K一样，4K在不久的将 来也会成为过去。目前，操作系统支持的逻辑扇区大小已经高达 2048K,由于硬盘厂商和操作系统厂商之间技术的差异，追逐与 被追逐、兼容与被兼容的状况将一直持续，“ 4K 对齐”将会变 成“ 8K对齐”、“ 16K对齐”。实际上，其实质就是“扇区对 齐” 。这正是笔者提出“扇区对齐”这个概念的原因。 “扇区对 齐”将替代“ 4K? Z搿薄？ 6