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为什么4k对齐对固态硬盘非常重要

CF排位号 admin 2025-09-18 07:01 1 次浏览 0个评论
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首先,你应该理解以下和4k对齐对应的不会变化的基本概念是:(1)windows操作系统的NTFS文件系统的数据结构(或者说存储结构)是固定的(NTFS分区是大家最常用的分区格式)。(2)固态硬盘以4kB的页page为最小写入单位是固定的。

NTFS文件系统的核心是MFT表结构,每个格式化为NTFS格式的逻辑磁盘的MFT表首地址(也就是第一个文件的首地址)可以在NTFS引导记录(占用NTFS分区磁盘的前8个扇区)中自定义,这是4k对齐的数学基础。windows系统是以“簇”(数个扇区的联合体)为基础单位存储文件,即1个文件占用的空间是以簇的整数倍计算的,即使文件只有1个字节,它也要占用1个簇。常用的NTFS文件系统默认的簇的大小是4KB。

固态硬盘是由闪存芯片组成,其最小的可读写单位是页page,页的大小一般是4KB。闪存不像机械硬盘那样支持512字节的扇区的独立写入,实际上固态硬盘每次写入是以页的整数倍为单位写入。同时,因为固态硬盘只能对已擦除过的“空白”页写入,当找不到合适的空白页时必须先以“块block”为单位进行擦除(块的大小一般为512kB),再执行页写入操作。固态硬盘写入少量数据也有可能因为各种原因需要频繁进行“擦除-写入”操作,这就是固态硬盘的“写放大”效应,这会大大折损固态硬盘的擦除寿命。

基于上述的固定特性分析可知,如果NTFS分区磁盘的MFT表的首地址(也就是该磁盘的第一个文件的首地址,也是首个文件存储“簇”地址)和固态硬盘的4k页边界地址(4096、8192等)不是整数倍时,我们就说这是没有“4k对准”的固态硬盘,当出现这种情况时,固态硬盘每写入1个簇,就会被迫写入2个相邻的页,这是不必要的而且可能触发“写放大”,导致折损固态硬盘寿命。所以,4k对齐的主要意思就是希望上述2个地址形成整数倍的数学关系。这样,固态硬盘的速度优势能最大限度发挥,也不会有折损固态硬盘寿命的情况发生。

现实中,一般硬盘分区软件会在磁盘的NTFS引导记录(NTFS分区前8个扇区)后作牺牲地空出数个扇区以对齐文件系统的4kB簇,以避免过多的读写操作,提升读写速度、延长使用寿命。

现代操作系统建议第一个分区从LBA2048号扇区开始,也就是1MB空间,2048正好是8的倍数,于是分区就4K对齐了。现代操作系统默认安装的时候,其第一个分区正好从LBA2048号扇区开始,不论是MBR分区还是GPT分区方式,都是如此。例如,windows和linux,它们在默认安装的时候,第一个分区都是从LBA2048开始的,而且假如使用其默认的分区工具,第一个分区默认也是从LBA2048开始的。

所以,如果你实在理解不了4k对齐的理论,那么就直接使用系统自带工具进行分区、格式化,结果就是4k对齐的。在Windows7/8/10系统安装时,使用系统自带工具进行分区,那么其格式化后的分区默认就会是“4K对齐”的分区,用户无需再做任何设置了。Windows7/8/10的安装程序,在安装前选择格式化驱动器,也是默认“4K对齐”的。

如果你一定要使用第三方分区助手软件,在新建分区时勾选允许分区对齐以优化SSD即可。

注意:对齐操作是针对每个盘符的,即每分1个盘符,都要注意对齐设置。

固态硬盘是否4k对齐,可以使用“AS SSD Benchmark”工具检查。如果该工具显示“1024K-OK”“4K-OK”等字样(只要后面是“OK”),即表示该固态硬盘已经4K对齐。

如果已经安装操作系统并存储了数据的固态硬盘经检测没有4k对齐,可以使用“Paragon Alignment Tool”工具进行事后调整,但调整需要耗费不少时间,所以最推荐用户还是事前对新的固态硬盘进行4k对齐分区、格式化,然后再安装操作系统和存储数据。