4k對齊與硬盤性能

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1、大容量硬盤4K對齊1、故障癥狀：辦公室內(nèi)某臺式電腦換裝了新硬盤后，首次開機(jī)時間很慢，重啟的話就恢復(fù)正常的啟動速度。經(jīng)過試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)該計算機(jī)現(xiàn)在的具體癥狀為：關(guān)機(jī)隔三四個小時再開機(jī)硬盤燈一直亮，大概八分鐘后開始閃爍，啟動到系統(tǒng)界面大概四分鐘，然后進(jìn)系統(tǒng)卡四分鐘。之后系統(tǒng)一切正常，不卡了。再重啟啟動速度也快了，一分鐘就完成了啟動。2、故障原因分析：該硬盤為新產(chǎn)品，支持“4K對齊”技術(shù)；由于在分區(qū)和格式化新硬盤時沒有針對該新特性進(jìn)行優(yōu)化，導(dǎo)致硬盤數(shù)據(jù)傳輸性能大幅下降?！?K對齊”相關(guān)聯(lián)的是一個叫做“高級格式化”的分區(qū)技術(shù)?！案呒?/p>

2、格式化”是國際硬盤設(shè)備與材料協(xié)會為新型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)格式所采用的名稱。這是主要鑒于目前的硬盤容量不斷擴(kuò)展，使得之前定義的每個扇區(qū)512字節(jié)不再是那么的合理，于是將每個扇區(qū)512字節(jié)改為每個扇區(qū)4096個字節(jié)，也就是現(xiàn)在常說的“4K扇區(qū)”?！　∑鋵?shí)每扇區(qū)512個字節(jié)的定義起源于電腦發(fā)展的初期，因此在那時將硬盤容量切分成每塊512個字節(jié)是平衡與文件管理和存儲之間的。而現(xiàn)在主流硬盤容量已經(jīng)攀升到1TB甚至更高，再用老標(biāo)準(zhǔn)去管理現(xiàn)超大容量的硬盤不但顯得繁瑣，而且降低效率，因此提升單個扇區(qū)的容量就勢在必行了。在了解了“4K扇區(qū)”這個定義

3、后，就很容易理解什么是叫做“4K對齊”了。所謂“4K對齊”就是符合“4K扇區(qū)”定義格式化過的硬盤，并且按照“4K扇區(qū)”的規(guī)則寫入數(shù)據(jù)。那么如果有“4K對齊”一說必然就有“4K對不齊”。為什么會有“4K”對不齊呢?這是因?yàn)樵贜TFS6.x以前的規(guī)范中，數(shù)據(jù)的寫入點(diǎn)正好會介于在兩個4K扇區(qū)的之間，也就是說即使是寫入最小量的數(shù)據(jù)，也會使用到兩個4K扇區(qū)，這樣對寫入速度和讀取速度都會造成很大的影響。為此對于“4K不對齊”的情況來說，一定要修改成“4K對齊”才行。3、技術(shù)背景分析多年來，硬盤行業(yè)一直采用扇區(qū)512個字節(jié)這種低級別的

4、格式。然而，隨著硬盤容量的不斷增長，扇區(qū)大小日漸成為提高硬盤容量和糾錯效率方面的限制性設(shè)計因素。例如，將以前的扇區(qū)大小和總?cè)萘康谋嚷逝c最近硬盤的扇區(qū)大小和總?cè)萘康谋嚷氏鄬Ρ染涂梢园l(fā)現(xiàn)，扇區(qū)分辨率已變得非常低。扇區(qū)分辨率（扇區(qū)大小和總存儲大小的百分比）已經(jīng)非常低，幾乎可以忽略不計?？?cè)萘慷攘康纳葏^(qū)分辨率???管理小型離散數(shù)據(jù)時，分辨率越低越好。但是，現(xiàn)代計算系統(tǒng)中的常用應(yīng)用管理的都是大型數(shù)據(jù)塊，實(shí)際上遠(yuǎn)比傳統(tǒng)512字節(jié)扇區(qū)大小要大得多。???另外，隨著區(qū)域密度的增加，小型512字節(jié)扇區(qū)在硬盤表面上占用的空間也將越來越小。從

5、糾錯和介質(zhì)缺陷風(fēng)險方面看，更小的空間也會引發(fā)問題。如圖2所示，硬盤扇區(qū)中的數(shù)據(jù)占據(jù)的空間越小，錯誤糾正就會變得越困難，因?yàn)橥瑯哟笮〉慕橘|(zhì)缺陷對總體數(shù)據(jù)負(fù)載損害的百分比更高，因此需要更大的糾錯強(qiáng)度。介質(zhì)缺陷和區(qū)域密度???512字節(jié)扇區(qū)一般可糾正高達(dá)50字節(jié)長度的缺陷。現(xiàn)在，硬盤開始通過先進(jìn)的區(qū)域密度來提高錯誤糾正的上限。因此，為了改善錯誤糾正和實(shí)現(xiàn)格式化效率，遷移到較大扇區(qū)是硬盤行業(yè)內(nèi)的基本要求。3、新技術(shù)長期利益分析所有硬盤制造商一致同意，到2011年1月，實(shí)現(xiàn)向高級格式化扇區(qū)設(shè)計的過渡，因此，硬盤行業(yè)需要適應(yīng)并采用此

6、更改，以最小化潛在負(fù)面副作用。短期內(nèi)，最終用戶不會明顯感受到硬盤容量的增長。但是，遷移到4K大小扇區(qū)后，肯定能為實(shí)現(xiàn)更高的區(qū)域密度、硬盤容量和更強(qiáng)大的糾錯功能提供一條捷徑。傳統(tǒng)的512字節(jié)扇區(qū)布局???上圖顯示了傳統(tǒng)的512字節(jié)扇區(qū)布局。其中，在每個512字節(jié)扇區(qū)中，都留有50字節(jié)與數(shù)據(jù)無關(guān)的開銷用于EEC，以及另外15字節(jié)的開銷用于間隙（Gap）、同步（Sync）和地址標(biāo)記(AddressMark)部分。這樣就造成扇區(qū)化1格式化效率僅約為88%（512/（512+65））。新的高級格式化標(biāo)準(zhǔn)???新的高級格式化標(biāo)準(zhǔn)使得

7、4K字節(jié)扇區(qū)有了不小進(jìn)步，在4K字節(jié)扇區(qū)中，8個傳統(tǒng)512字節(jié)扇區(qū)合并為一個4K字節(jié)扇區(qū)（見上圖）。???高級格式化標(biāo)準(zhǔn)用于間隙（Gap）、同步（Sync）和地址標(biāo)記(AddressMark)的字節(jié)數(shù)與傳統(tǒng)扇區(qū)相同，但將EEC字段增加至100字節(jié)。這樣，扇區(qū)化1格式化效率達(dá)到了97%（4096/(4096+115）），比傳統(tǒng)扇區(qū)提高了將近10%。這些格式化效率將逐漸發(fā)揮作用，有助于產(chǎn)生更高的容量和改善數(shù)據(jù)完整性?？煽啃院湾e誤糾正???硬盤扇區(qū)的物理大小在不斷縮減，所占空間也越來越少，但介質(zhì)缺陷卻沒有同時減少。下圖中顯示了

8、我們認(rèn)為很小的物體的圖像。但與硬盤讀/寫磁頭的飛行高度相對而言，這些物體顯得非常龐大。比圖中顯示物體更小的微小顆粒也會造成硬盤的介質(zhì)缺陷。磁頭飛行高度的小比例對比演示高級格式化標(biāo)準(zhǔn)中的較大4K扇區(qū)可將EEC塊大小增加一倍2，從50字節(jié)增加到100字節(jié)，能夠針對顆粒和介質(zhì)缺陷為錯誤糾正效率和穩(wěn)健性帶來必要的改進(jìn)。從改進(jìn)