CN102866862A - 一种基于4k扇区硬盘性能优化的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于4K扇区硬盘性能优化的方法，优化后的格式化标准用于间隙Gap、同步Sync和地址标记AddressMark的字节数与传统扇区相同，只将ECC字段增加至100字节，这样，扇区格式化效率达到了97%[4096/(4096+115)]，比传统扇区提高了将近10%，这些格式化效率将逐渐发挥作用，有助于产生更高的容量和改善数据完整性新的高级格式化标准使得4K字节扇区有了不小进步，在4K字节扇区中，8个传统512字节扇区合并为一个4K字节扇区，当系统磁盘格式变为ext4之后，性能会大幅度提高，大概提高90—120%左右。

Description

一种基于4K扇区硬盘性能优化的方法

技术领域

本发明涉及计算机技术领域，具体涉及一种基于4K扇区性能优化的方法。

技术背景

一张硬盘磁片，并不是所有的扇区都在用来存储数据，还有部分扇区是用来干些别的事的。传统的扇区分割机制中，每512byte的数据之间，需要间隔一个同步/分隔（Sync/DAM）区域和一个ECC错误校验区域。而在“先进格式”模式下，每4K为一个扇区，相当于把之前的8个扇区合而为一，只需要一个同步/分隔区域和一个容量稍大的ECC校验区，采用advanced format技术每4K的数据记录扇区只需要一个Sync/DAM和ECC区，而传统的需要8个。这节省出来的7个原本用于Sync/DAM和ECC的扇区就可以用来储存更多的数据。 针对安装Windows XP或其他较老版本Windows 操作系统用户，其通过系统自带的或其他硬盘分区工具格式化出来的硬盘分区，往往不是4K对齐的，此时可能存在较低版本系统、软件无法充分发挥新技术的优势现象，所以为了使操作系统、软件更好配合4K/扇区新硬盘性能的发挥，就需要进行先进的格式化。

目前的硬盘容量不断扩展，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”。其实每扇区512个字节的定义起源于电脑发展的初期，因此在那时将硬盘容量切分成每块512个字节是平衡与文件管理和存储之间的。而现在主流硬盘容量已经攀升到1TB甚至更高，再用老标准去管理现超大容量的硬盘不但显得繁琐，而且降低效率，因此提升单个扇区的容量就势在必行了。

  在了解了“4K扇区”这个定义后，就很容易理解什么是叫做“4K 对齐”了。所谓“4K对齐”就是符合“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。那么如果有“4K 对齐”一说必然就有“4K 对不齐”。为什么会有“4K”对不齐呢?这是因为在NTFS6.x 以前的规范中，数据的写入点正好会介于在两个4K 扇区的之间，也就是说即使是写入最小量的数据，也会使用到两个4K扇区，虽然这样对写入速度和读取速度都会造成很大的影响。为此对于“4K不对齐”的情况来说，一定要修改成“4K 对齐”才行，否则对于固态硬盘来说，不但会极大的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。

 因为之前的系统或者分区软件并没有考虑这个情况，都是以512字节扇区磁盘的第64个扇区为第一个分区的起始位置，而这个位置在4K扇区的磁盘上表现的正好是第八个扇区的最后位置，就会造成如图的情况：

如果通过系统在4号位置存储数据的话，则需要修改1和2号位置，也就是存一个数据需要做原来的二倍工作。如果在5号位置存储数据，而同时2号位置前半段存储了数据，则需要先把数据搬出来，凑够4K才能存储在2号位置，也就是这个过程发生了“读取-修改-写入”三个过程，明显费时又费事。在这个过程下读取连续的簇是不受影响的，而当数据存储不连续的时候也受一定的影响。

发明内容：

本发明的目的是提供一种基于4K扇区硬盘性能优化的方法。

本发明的目的是按以下方式方式实现的，优化后的格式化标准用于间隙 Gap、同步 Sync 和地址标记Address Mark 的字节数与传统扇区相同，只将 ECC 字段增加至 100 字节，这样，扇区格式化效率达到了 97% [4096/(4096 + 115)]，比传统扇区提高了将近 10%，这些格式化效率将逐渐发挥作用，有助于产生更高的容量和改善数据完整性新的高级格式化标准使得 4K 字节扇区有了不小进步，在 4K 字节扇区中，8 个传统 512 字节扇区合并为一个 4K 字节扇区，具体步骤如下：

安装Linux操作系统系统，版本要求5.4及以上：

（1）安装parted2.1及以上版本；

1)  将parted安装文件拷入tmp文件夹

2)  执行./configure

3)  Make

4)  Make install

（2）对齐optimal.

root@wduk-fc12 steve]# parted --align=optimal /dev/sdb

GNU Parted 2.1

Using /dev/sdb

Welcome to GNU Parted! Type 'help' to view a list of commands.

(parted) mklabel msdos

(parted) mkpart primary 0% 10%

(parted) unit s

(parted) p

Model: ATA WDC WD10EARS-00Y (scsi)

Disk /dev/sdb: 1953525168s

Sector size (logical/physical): 512B/4096B

Partition Table: msdos

（3）安装EXT4程序并格式化硬盘

1）tar -zxvf  e2fsprogs-1.42.1.tar.gz

2）cd e2fsprogs-1.42.1

3）./configure

4） make 

5） make install

6） Mkfs.ext4  /dev/sdb

（4）通过测试内存性能的程序，看出在安装对齐之后，性能提升50%左右，采用EXT4格式分区后，性能提升90%--120%。

本发明的优异效果如下：

1）基于4K扇区硬盘单碟容量目前可以达到1T， 单盘容量可以达到3T。对单盘磁盘容量的提升非常明显，可以满足客户对大数据量的存储需求；

2）基于4K扇区硬盘如果不采用扇面对齐，读数据的性能没有多少影响，但是写数据的性能比之前才有512B技术的硬盘要低很多，大概只能达到一半左右； 

3）基于4K扇区硬盘，扇区对齐后性能会跟采用512B技术的性能相当。而当系统磁盘格式变为ext4之后，性能会大幅度提高，大概提高90—120%左右。

附图说明

图 1是传统的 512 字节扇区布局图；

图 2是高级格式化：4K 字节扇区布局图。

具体实施方式

如图1所示，其中，在每个 512 字节扇区中，都留有 50 字节与数据无关的开销用于 ECC，以及另外 15 字节的开销用于间隙 (Gap)、同步 (Sync) 和地址标记 (Address Mark) 部分。这样就造成扇区格式化效率仅约为 88% (512/(512 + 65))。

如图2所示，高级格式化标准用于间隙 (Gap)、同步 (Sync) 和地址标记 (Address Mark) 的字节数与传统扇区相同，但将 ECC 字段增加至 100 字节。这样，扇区格式化效率达到了 97% (4096/(4096 + 115))，比传统扇区提高了将近 10%。

这些格式化效率将逐渐发挥作用，有助于产生更高的容量和改善数据完整性新的高级格式化标准使得 4K 字节扇区有了不小进步，在 4K 字节扇区中，8 个传统 512 字节扇区合并为一个 4K 字节扇区。

安装好Linux操作系统系统（要求5.4及以上版本）：

1、安装parted2.1及以上版本；

1)  将parted安装文件拷入tmp文件夹

2)  执行./configure

3)  Make

4)  Make install

2、对齐optimal.

root@wduk-fc12 steve]# parted --align=optimal /dev/sdb

GNU Parted 2.1

Using /dev/sdb

Welcome to GNU Parted! Type 'help' to view a list of commands.

(parted) mklabel msdos

(parted) mkpart primary 0% 10%

(parted) unit s

(parted) p

Model: ATA WDC WD10EARS-00Y (scsi)

Disk /dev/sdb: 1953525168s

Sector size (logical/physical): 512B/4096B

Partition Table: msdos

3、安装EXT4程序并格式化硬盘

7） tar -zxvf  e2fsprogs-1.42.1.tar.gz

8） cd e2fsprogs-1.42.1

9） ./configure

10） make 

11） make install

12）Mkfs.ext4  /dev/sdb

通过测试内存性能的程序，可以看出在安装对齐之后，性能提升50%左右，采用EXT4格式分区后，性能提升90%--120%。

Claims (1)

1.一种基于4K扇区硬盘性能优化的方法，其特征在于优化后的格式化标准用于间隙 Gap、同步 Sync 和地址标记Address Mark 的字节数与传统扇区相同，只将 ECC 字段增加至 100 字节，这样，扇区格式化效率达到了 97% [4096/(4096 + 115)]，比传统扇区提高了将近 10%，这些格式化效率将逐渐发挥作用，有助于产生更高的容量和改善数据完整性新的高级格式化标准使得 4K 字节扇区有了不小进步，在 4K 字节扇区中，8 个传统 512 字节扇区合并为一个 4K 字节扇区，具体步骤如下：

安装Linux操作系统系统，版本要求5.4及以上：

（1）安装parted2.1及以上版本；

1）将parted安装文件拷入tmp文件夹

2）执行./configure

3）Make

4）Make install

（2）对齐optimal.

root@wduk-fc12 steve]# parted --align=optimal /dev/sdb

GNU Parted 2.1

Using /dev/sdb

Welcome to GNU Parted! Type 'help' to view a list of commands.

(parted) mklabel msdos

(parted) mkpart primary 0% 10%

(parted) unit s

(parted) p

Model: ATA WDC WD10EARS-00Y (scsi)

Disk /dev/sdb: 1953525168s

Sector size (logical/physical): 512B/4096B

Partition Table: msdos

（3）安装EXT4程序并格式化硬盘

1）tar -zxvf  e2fsprogs-1.42.1.tar.gz

2）cd e2fsprogs-1.42.1

3）./configure

4）make 

5）make install

6）Mkfs.ext4  /dev/sdb

（4）通过测试内存性能的程序，看出在安装对齐之后，性能提升50%左右，采用EXT4格式分区后，性能提升90%--120%。

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