4K对齐

计算机科学技术名词

“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。因为随着硬盘容量不断扩展，使得之前定义的每个扇区512字节不再是那么的合理，于是将每个扇区512字节改为每个扇区4096个字节，也就是常说的“4K扇区”。随着NTFS成为了标准的硬盘文件系统，其文件系统的默认分配单元大小也是4096字节，为了使簇与扇区相对应,，即使物理硬盘分区与计算机使用的逻辑分区对齐，保证硬盘读写效率，所以有了“4K对齐”概念。

简介

硬盘中文件保存的基本单元是扇区，不管文件大小，都要占用一个扇区的空间。机械硬盘一个扇区是512字节，固态硬盘一个扇区是4K字节。

微软操作系统常用的NTFS格式，默认的扇区大小也是512字节，并且规定前63个扇区是保留的，也就是前31.5K字节的空间是不用的，数据从第64个扇区开始保存。

这对于机械硬盘不是什么问题，但对于固态硬盘来说，数据保存从一开始就出现错位，一块数据横跨两个扇区的情况变得相当普遍，这意味着读写这块数据需要读写两个扇区，而闪存读写次数是受限制的，过多无意义的读写对固态硬盘的性能和寿命会造成很大的损伤。可以借助固态硬盘相关工具(如 Paragon Alignment Tool)进行4K对齐。

产生背景

由于SSD硬盘的读写机制特性，写入数据时，以8个扇区(4096字节)为一基本存储单元。写满后继续下ー个4K区块写操作，若SSD硬盘没有4K对齐处理，数据写入会4K“超界”，读取数据时会在超界处，造成二次往复读取，读取数据时间増加，读写效率降低。

底层原理分析

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址对应。扇区是读写信息的最小单位。

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。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。

“4K 对齐”的重要性

“4K对齐”这个概念因固态硬盘的出现而兴起，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。

查看4K对齐

可以通过 AS SSD Benchmark。

无损4K对齐

事实证明，如果SSD固态硬盘不进行4K对齐，性能损失近一半，极大地降低数据写入和读取速度，还会造成固态硬盘不必要的写入次数。所谓4K对齐，是指符合“4K扇区”定义格式化过的硬盘，并按照“4K扇区”的规则写入数据。对于SSD固态硬盘来说，最直接的方法就是格式化进行4K对齐。但在DOS模式下Format格式化是无法进行4K对齐的。而 Windows内置分区工具使用有繁琐，而且对于预装了系统的笔记本而言，重分区更麻烦。

要对SSD固态硬盘进行无损4K对齐，可以Paragon Alignment无损对齐软件，运行软件后，点下一步”按钮。此时软件界面会显示硬盘状态，绿色说明已经对齐，黄色则表示没有对齐，粉色不需要对齐。这个时候选择需要对齐的SSD固态硬盘，点击“ Align Partitons”按钮，此时系统会重启并自动切换到DOS下进行对齐进程，值得注意，需要耐心等待1个小时左右才能完成4K对齐。

当4K对齐完成后，笔记本再次重启，进入系统后，会弹出一个提醒对齐成功的窗口，如果分区的颜色变为绿色，后面有succeeded的表示，表示4K对齐成功。当然也可以借助 AS SSD Benchmark。

发展前景展望

“4K 对齐”将成为过去

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。

“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。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”。“扇区对齐”将替代“4K对齐”。

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