怎样简单的解释硬盘”4K对齐”,十个问答让你明白!

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所属分类:操作系统

我们知道机械硬盘的读写操作一直是以扇区为单位,以前每个扇区的尺寸都是512字节,直到近年来,大容量的机械硬盘的扇区尺寸提高至4096字节(我们所说的4KB),而电脑文件系统(FAT、NTFS等),一直都习惯以512字节的扇区单位来操作硬盘。而SSD的读写操作不同机械硬盘,SSD读写的最小单位叫“页”(常见尺寸为4KB,实际视具体颗粒而定),闪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)。传统的分区偏移尺寸一直是从63扇区(640x960B=31.5KB)开始,那么就会造成用户的第一个数据的前4KB会存放在系统"逻辑扇区"的31.5KB~35.5KB间,这样持续下去 会造成后面所有的数据都会卡在2个物理扇区(page)容量之间,我们知道扇区(page)为磁盘写入的最小单位,如果卡在2个扇区(page)之间,每次的写入操作在SSD上就都变成了读-擦-写操作。造成性能的下降。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。
怎么样,是不是一大串看的头晕,这里有个简单的例子!

用外行人的话类比一下,假如厂家批发的钉子是5个一盒,你的机器也是五个钉子一起加工,也就是一盒一处理,但是机器是个傻瓜,如果第一次加工时只给了两个钉子,那么机器会拆开下一盒拿出三个,凑齐五个,一起加工,然后拿出剩下的两个,拆开下一盒,再拿出三个,又一起加工,这样就很费时费力了,这种工作方式就类似于没有4k对齐,如果抛弃最开始的那两个钉子,机器就会对每盒进行加工,不用凑齐5个了,效率明显升高。很类似。4k对齐差不多就是这么回事,4k对齐指的是“4kB扇区对齐”,硬盘读写的单位是扇区,大小是4kB,计算机读写单位是簇,大小一般默认为4kB,4k对齐了,也就意味着某个簇对应着某个扇区,计算机读簇的时候硬盘只要读一个扇区就行了,如果没4k对齐,硬盘就要读两个扇区。by 梁秋实

如果最后还是看不懂没关系,4K对齐十个问答让你彻底明白它!

1、什么是4K对齐?

早期的硬盘一个扇区的大小是512个字节,后来随之磁盘容量的不断增加和读写效率提升的要求,国际硬盘协会制定了全新标准,将每个扇区的大小调整为4096个字节,也就是4KB,这种扇区又叫4K扇区。4K对齐指的就是对磁盘分区时,让分区的起始扇区位于某一个4K扇区的起始位置。

2、为什么会有4K不对齐?

当硬盘扇区改成4K扇区之后,为了兼容以前的标准,为了方便技术人员的固有思维,为了保证靠扇区识别的旧的操作系统和应用软件不会出错,厂商把一个4K扇区虚拟成8个512B扇区
,以便和以前的单位统一。这样一来,从这8个扇区中的第一个扇区开始的分区,就是4K对齐了的,从其他7个扇区开始的分区,就是4K没有对齐的。

3、什么是簇和簇大小?

windows为了提高数据读写速度,对分区空间进行了按簇划分,对于大于2GB的NTFS格式的分区来说,windows默认的簇大小是4096字节,也就是以4KB作为一个单位,所有的文件都是对簇独占的,比如说一个10KB的文件,放在簇大小为4K的分区里,就会占掉3个簇,所以实际占用空间为12KB,如果一个文件夹里有100个10KB的文件,他们的实际大小是1000KB,但是占用空间却是1200KB。但是如果把这些文件放到簇大小为8K的分区里,每个10KB的文件就会占用2个簇,也就是16KB,100个文件实际大小仍是1000KB,但占用空间却是1600KB。

4、簇大小有什么影响?

通过上一问,我们已经看出,簇大小较小时空间利用率较高,较大时会浪费更多空间,那么为什么不把簇分的更小一些呢?这是因为windows在读取数据时是以簇为单位进行检索的,识别到空白的簇会直接跳过,如果簇大小为8K,识别1MB就是128个簇,如果簇大小为4K,同样识别1MB就是256个簇,如此一来就会在空白的簇上浪费掉更多的时间。也就是说,簇越小,空间利用率越高,但读取速度也就越慢;反之,簇越大,空间利用率就越低,但读取速度也就越快。NTFS大分区的windows默认的簇大小一般是4KB。

5、簇大小和4K对齐有什么关系?

windows读写是按簇,磁盘读写则是按扇区,如果一个分区的起始扇区为一个4K扇区的第2个虚拟扇区,也就是4K没有对齐,那么对于簇大小为4K的分区,每一个簇都会被割裂在两个不同的4K扇区里,那么当windows操作一个完整的4K簇的文件时,磁头就要对两个4K扇区进行操作,当存在大量4K左右小文件的时候,操作速度就会较低。而正确的4K对齐就会提升读写速度,尤其是小文件的读写速度。

6、固态硬盘为什么要4K对齐?

上面我们说了机械硬盘的4K对齐原理,那么固态硬盘众所周知并无扇区的概念,为什么也要4K对齐呢?因为固态硬盘所使用的NAND颗粒的最小单位是页,页的大小一般也是4KB,所以固态硬盘的页,等同于机械硬盘的扇区。而且由于闪存颗粒的特性所致,4K对齐对其速度影响远大于机械硬盘,所以对于固态硬盘,我们更应该进行4K对齐。

7、XP系统进行4K对齐速度会有提升吗?

XP诞生的年代,尚未有4K扇区的概念,但是目前很多新硬盘包括固态硬盘也仍在使用XP系统,这类硬盘如果进行4K对齐后安装XP系统,速度也会有相应提升。

8、XP进行4K对齐之后系统无法引导怎么办?

很多人都遇到过在对硬盘进行4K对齐后安装XP系统出现系统无法引导,表现为提示找不到启动设备、引导阶段显示一个短横线或小写字母j等等不同症状,一般出现在配置较老的电脑上。针对这种情况,本人建议,2010年以前的硬盘可以不用进行4K对齐,那时候的硬盘基本上没有4K大扇区,对齐没有实际意义。2010年以后的硬盘,如果安装在较早的主板(AM3/775及以前的平台)上,有很大几率出现这种问题,可以尝试修复分区表和系统引导,如果仍不能奏效,可以退而求其次,将系统分区以外的其他分区进行4K对齐,而系统分区则只好放弃4K对齐。

9、U盘、存储卡要不要进行4K对齐?

U盘、存储卡和固态硬盘一样应用闪存颗粒的,所以除了早期的一些小页颗粒产品外,U盘、存储卡进行4K对齐也会有不错的效果。

10、4K对齐选多少合适?

4K对齐是指对齐分区起始点到4K扇区,而一个4K扇区的大小是8个虚拟扇区(512B*8),所以,只要对齐到8个扇区的整倍数,都属于4K对齐,目前常见的对齐值有8扇区、2048扇区、4096扇区等,其中8扇区(4KB)是4K对齐的最小单位,2048扇区(1MB)是win7系统自带的分区工具的默认值,而win10系统自带的分区工具默认的对齐值则是4096扇区(2MB)。
有人误认为4K对齐是指的对齐到4K个扇区,这是不对的,所以我们也没有必要非得选择4096扇区,最好按照windows默认的对齐值,即win7选2048扇区,win10选4096扇区。似乎有人测试过,win7系统下,对齐到2048扇区效果最好,本人并未实测,只是建议。至于XP系统,如果需要对齐的话,根据本人经验,可以尝试对齐到2048扇区或者8扇区。

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