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作者：Paragon Software 業務開發經理 Koka Sexton
固態硬盤 (SSD) 現在在台式機和移動計算機中變得越來越普遍。 這些驅動器的優點在第一次使用時就很明顯。 它們速度更快，並為用戶提供更好的訪問計算機數據的體驗。 當人們升級自己的硬件並將 SSD 添加到他們的 PC 時，在數據遷移過程中必須小心謹慎，以確保新硬件在軟件級別正確對齊，以便以最佳方式訪問數據。 IT 管理員在引入 4K 扇區時面臨著一系列不同的問題。 隨著公司內部存儲系統的增加和新驅動器的添加，這種情況將更加複雜。
什麼是分區對齊？
出於多種原因，可以將硬盤驅動器分成不同的部分或分區，例如分割數據或因為操作系統位於一個分區而應用程序和文件位於其他分區。 這些分區位於硬盤驅動器上，以優化讀取和寫入數據的方式。 對於依賴於與傳統驅動器不同的扇區基礎的新硬盤驅動器，計算機可能無法識別這種變化，從而有效地降低硬盤驅動器的性能，並且在某些情況下會顯著縮短驅動器的使用壽命。
這不再只是SSD製造商關心的問題。 隨著 SSD 價格的下降，消費者開始將它們內置到他們的系統中並更頻繁地使用它們。
為確保這些驅動器的最佳性能，重要的是要確保所有分區都正確對齊，並且可以毫無問題地寫入和訪問數據。 讓我們討論為什麼分區可能未對齊以及由該未對齊導致的問題。
為什麼未對齊的分區是硬盤驅動器的問題
分區可能未對齊，因為物理扇區大小不是 512 字節並且相應的軟件不知道這一點。 最新的硬盤驅動器，例如 Western Digital 或 Seagate 的硬盤驅動器，內部物理扇區大小為 4096 字節，其邏輯操作 4K 數據塊，但對於外部硬件和軟件，它們看起來像是具有 512b 扇區的“傳統”硬盤驅動器。
上圖顯示分區已從磁盤移動到一個 512b 扇區的開始。 結果，所有邏輯簇現在都鏈接到兩個實際的物理 4K 扇區，並且所有讀寫操作都將成倍增加。 整個系統性能現在變得下降，因為硬盤必須使用兩個扇區進行兩次操作來管理您的數據，而不是一個。
為了處理錯位，4K 驅動器必須為每個寫入操作執行讀取-修改-寫入循環——這會導致寫入時間非常緩慢、磁盤操作效率低下和性能不佳。
是什麼導致了這種轉變？ Vista 之前的所有 Windows 操作系統都使用 512 字節的係數來創建卷簇。 因此，他們將分區開始對齊到 512b 扇區而不是 4K 扇區。 這將導致使用早期版本的 Windows 並安裝新硬盤的任何人出現問題。
通常分區開始在較小的扇區上縮進，因為它是磁盤“柱面”的舊度量，一些舊版本的 DOS 或 Windows 要求分區必須與“柱面”對齊才能正確尋址和訪問扇區. 這是一個古老的兼容性問題，所有現代操作系統都不使用此方案。 相反，使用邏輯塊尋址方案，其中沒有任何“柱面”或“磁頭”，並且扇區在整個磁盤驅動器上連續尋址。 Vista 之前的所有 Windows 版本都根據這種“柱面對齊”規則創建分區。
在較新的 4K 硬盤驅動器出現之前，此規則和分區對齊在家庭用戶段中沒有問題。 默認情況下，分區不與 4K 扇區對齊。
由於跨未對齊的分區訪問數據會導致很多問題，因此對分區進行簡單的移動將顯著提高性能。
為什麼未對齊的分區是 SSD 的問題
SSD 在移動 PC 中變得越來越普遍，甚至在高端台式電腦中得到應用。 這樣做的原因是 SSD 的速度比標準硬盤驅動器快得多，並且會增加 Windows 啟動時間和其他任務。 當用戶將數據遷移到新的 SSD 或在驅動器上創建新分區以更好地分割數據時，就會出現問題。
與傳統硬盤驅動器相比，未對齊的分區問題對於 SSD 驅動器來說甚至更為重要。 大多數現代 SSD 驅動器都是使用較新的 4K 對齊規則設計的。 因此，前面提到的所有問題對於 SSD 分區對齊都是相同的。
除了系統速度下降之外，SSD 所有者還需要關注 SSD 存儲單元的退化。 由於 SSD 的性質，未對齊的磁盤會產生過大的工作負載來讀取、修改和寫入這些驅動器。 因此，如果 SSD 上的分區未對齊，除了系統速度下降之外，固態硬盤還有無法使用的危險。 許多人不知道 SSD 驅動器的讀/寫週期有限，當驅動器寫入太多次時，驅動器將停止工作，從而面臨災難性故障和數據丟失的風險。 分區對齊消除了所有冗餘的讀/寫操作，從而延長了 SSD 的使用壽命。
對齊工具如何提供幫助
分區對齊工具只是在一定數量的 512b 扇區上移動分區，以便所有捲都對齊。 例如，將一個 63 扇區分區僅向前移動到一個 512b 扇區將有助於它對齊。
現在分區開始對應4K扇區開始。 此分區和磁盤上的所有其他分區都已正確對齊。 對齊工具將分區開始從磁盤開始移動到 2048 個 512b 扇區，使其等於 1MB，完全符合 4K 扇區邊界規則。
對齊軟件的未來
隨著新的和更先進的驅動器的推出，對齊將成為一個問題。 由於當前的 4k 對齊是磁盤最新且最有效的扇區大小，在可預見的未來，購買這些新驅動器和升級其現有驅動器的客戶將需要了解它們的對齊方式。 由於這是驅動器製造商目前未直接解決的問題，因此軟件公司會糾正該問題。 最終驅動器製造商可能會為此開發內部軟件或尋找其他解決方案，直到對齊問題消失。
結語
分區對齊是大型和小型存儲環境的一個問題。 根據寫入周期數的壽命，固態驅動器具有最大的風險。 SSD 驅動器上正確對齊的分區將能夠以其峰值水平運行，並且使用壽命延長至未對齊驅動器的三倍。 任何遷移到 SSD 的人都應該意識到對齊陷阱並採取必要的步驟來糾正它們。
Paragon Software Group（www.paragon-software.com）是資料分割和實用軟體領域的科技領導者。其面向資料儲存市場的全面產品線，滿足了PC、伺服器和網路的資料安全、儲存和管理需求。 Paragon的兩項最具特色的技術分別是Paragon對齊工具（PAT）和通用檔案系統磁碟機（UFSD）。
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