固态硬盘4k对齐到底是什么？ _固态硬盘

在之前一篇“史上最全的固态硬盘4K对齐教程”中，有不少粉丝朋友留言问到，究竟啥叫4K对齐啊，还有固态硬盘4K对齐2048和4096到底有什么区别？由于4K对齐中会涉及到不少硬盘相关的知识，今天小编再来通俗易懂的给大伙科普一下。

文章插图

4K对齐什么意思？要对固态硬盘4K对齐有一个全面了解，首先得先了解这些知识。
从windows 98到 XP 时代，是传统的机械硬盘（HDD）的天下，硬盘容量与性能相对有限，绝大多数机械硬盘默认扇区都是512K大小。分区的时候有一个东西叫做物理存储单元，俗称簇，分区的时候可以指定这个大小。这个簇不是硬盘的物理结构，而是使用方法。
什么是簇?
这个簇很有意思，1个簇只能容纳1个文件，但是1个簇可以包含多个扇区，当时流行小簇，因为小簇不“浪费”磁盘。

文章插图

举个例子：
比如，我的簇是10K，文件是25K，需要保存这个文件需要占用3个簇；如果簇是5K，保存该数据则需要使用5个磁盘扇区单元，这样显得磁盘利用率更高。这也是当时流行小簇，因为小簇不“浪费”磁盘的原因。
那么，簇是不是越小越好呢？
也不是！因为一个簇是一个磁盘最小的管理存储单元，如果一个文件读了4个单元和400个单元，你觉得哪个更快呢？目前大容量硬盘已经不在乎那几K了，簇这个东西没必要太小。
什么是4K？
目前，绝大多数机械硬盘默认都是512字节的扇区，采用的是DRAM作为存储介质，而无论是SLC颗粒还是MLC颗粒，都属于NAND闪存存储单元，这种硬盘的扇区是4K，也就是4K的由来!

Win 98 到 XP 时代，系统大多数采用 FAT 格式，这种格式具备32位、16位磁盘格式相互兼容，所以被当时大多数朋友采纳作为系统盘。
而从Windows Vista 时代，由于已经不需要16位的DOS了，所以之后系统全部采用了纯32位的NTFS格式，NTFS格式也升级到了第五代。

其实，从Window XP 时代开始，就有 NTFS 格式，只不过，当时这种格式性能，虽然更高更安全，但是兼容性差，所以一直不作为系统分区，一般作为存储分区。而从Vista时代开始，由于兼容性得到了解决，进而一直流行至今。
NTFS格式有一个特性，那就是起始簇的位置。NTFS分区起始位置不是从0开始，而是从LBA63开始，就是第六十三个扇区开始存储。并且NFTS默认认为扇区是512字节大小，而不是智能调节到第六十三个扇区。这样问题就来了，63个扇区×512字节=31.5K，也就是说，磁盘的前31.5K是不能被使用的。
使用机械硬盘就算了，使用固态硬盘，存储第一个字，也需要占用31.5K-35.5K之间的磁盘扇区。最过分的是这样子排列下去，恰好每到一个扇区的4K位置，就会造成一个数据存2个扇区的情况。而且这样排列，只要到了那个能被4K整除的位置就100%占用了2个扇区，哪怕只写一个字。
目前的固态硬盘无论是MLC还是SLC，都是有写入读取次数的，这样极大的损伤了性能和寿命，并且会增加读取次数。这个时候无论簇是多大，都会造成性能和空间的浪费，所以这个问题就叫做4K!

文章插图

随着时代发展，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，也就是现在常说的“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(簇)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”的概念。
传统硬盘的每个扇区固定是512字节，而新标准的"4K扇区"的硬盘，尤其是固态硬盘，厂商为了保证与操作系统兼容性，也将扇区模拟成512B扇区，这时就会有4K扇区和4K簇不对齐的情况发生。
所以就要用“4K对齐"的方式，将固态硬盘模拟扇区对齐成“4k扇区”，“4K对齐”就是将硬盘扇区对齐到8的整数倍个模拟扇区，即512B*8=4096B，4096字节即是4K，所以只要是8的倍数都是4K对齐了。
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，不仅减少了读取次数，还能提升效率，这就是4K对齐SSD性能与寿命提升有帮助的原因。