4K对齐、AHCI模式、驱动的重要意义

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 固态硬盘论坛我们常看到2个关键词“4KB对齐”、“AHCI模式”，往往有网友提问为何新入的固态硬盘测试性能明显偏低，答案多半是4KB没对齐、AHCI没设置或运行IDE模式、SATA接口以及硬件平台性能等等。后2者很好理解，SATA 3.0比2.0提供更高带宽，电脑整体性能好有利于发挥固态硬盘，而不会成为瓶颈。
那么4K对齐和AHCI具体什么概念，对固态硬盘性能影响如何呢，乘着金士顿SSDNow V+200试用活动机会来实测重要性。 

一、 4K对齐、AHCI模式
相关硬盘的专业术语可以延伸出很多内容，我爬文加综合自己的理解就简单说了。首先网友最关心的还是自己固态硬盘有没有设置正确

查看硬盘是否正确4K对齐、AHCI模式的最快捷方法：
AS SSD Benchmark 很实用的免费小工具

 

AS SSD Benchmark软件运行界面

最简单方法，看图中KINGSTON金士顿固态硬盘下方的2行颜色字符：
第一行AHCI模式，绿色OK说明正确运行，前面iaStorA / msahci / amd_sata （AMD平台） / mv91XX（非原生SATA）代表主板平台不同的驱动；假如显示红色pciide Bad，自然就是IDE兼容模式。
第二行4K对齐，绿色OK说明正确4K对齐，数字多少K表示当前分区起始偏移量；红色Bad就是杯具，没有4K对齐，一般多显示31K。

如果网友发现运行IDE模式，莫着急还有得补救，通过安装补丁驱动、主板BIOS设置AHCI模式，不破坏任何数据情况下快速解决；如果是31K - BAD 4K未对齐，就比较麻烦了，虽然也能通过Paragon Alignment Tool 软件无损对齐4K，但是速度非常慢。4K对齐相比AHCI模式，对固态硬盘性能影响更多，甚至包括寿命方面，所以先了解4K对齐的概念。
4K对齐：
机械硬盘以扇区sector为单位（扇区为512字节），能够直接覆盖写入新数据。
固态硬盘以页page为单位（典型为4KB）进行读取、写入操作，但是擦除是以块block为单位（典型为128个页），因为固态硬盘不支持直接覆写，所以有数据的页，先擦除才能写入新数据，也就是读取 – 擦除 – 写入。

覆写一个4KB的页，先读取512K的块复制到缓存，然后缓存内生成新数据，并擦除闪存上的这个块，最后新数据写入。写入数据容量大于实际文件容量，就是固态硬盘常提及的写入放大，金士顿SSDNow采用SandForce主控，特点之一就是压缩数据，从而降低写入放大，优化闪存寿命。
传统的硬盘分区比如WINdows xp安装，主引导扇区占用起始63个扇区，包括主引导记录、分区表，所以硬盘的分区起始偏移为63个扇区，即63 X 0.5K = 31.5K（31.5K – Bad没有4K对齐的由来）。
固态硬盘基于兼容原则，仍然模拟机械硬盘操作。但如果采用上述扇区分区方式，分区偏移31.5K，数据起始4KB在31.5KB~35.5KB，位于第8和第9页，以此类推其后所有数据都占用2个页。

也就是说4K没有对齐的话，覆写操作要对2页进行读取 – 擦除 – 写入操作，严重降低固态硬盘的效率性能。
4K对齐，当然只需进行1页操作。

使用金士顿SSDNow V+200固态硬盘进行对比测试，验证4K对齐重要性：

1024K - OK 固态硬盘4K对齐状态

 

31K - BAD 固态硬盘没有4K对齐状态

 

结果很明显了，Read（不同类型）读取性能影响还不大，Write（不同类型）写入性能全部暴跌，不叫掉速，简直是掉坑里了。而且4K没有对齐，随机性能损失更大，随机读写是固态硬盘比机械硬盘优势最大之处，可想而知4K对齐有多重要。
最新操作系统比如windows 7，对固态硬盘优化支持，硬盘分区偏移默认设置为2048个扇区（2048 X 0.5 = 1024K），4K对齐。
至于如何进行4K对齐，这里不详细介绍了，因为超简单，新的固态硬盘，打开windows7管理工具的存储面板，直接格式化分区就已经4K对齐好；有数据未4K对齐的固态硬盘，重新格式化或者通过 Paragon Alignment Tool 3.0也能进行无损4K对齐，耗时较长，网络都有教程。
AHCI模式：
主板BIOS里硬盘设置，提供3种即AHCI模式、IDE兼容模式、Raid阵列模式选择，Raid阵列玩多硬盘用。
AHCI模式相比IDE最大优势开启SATA硬盘的NCQ技术。简单的比方，硬盘需读写不同扇区时，NCQ能够优化操作顺序，对多个队列请求进行排序实现智能管理，提升效率和性能。NCQ技术现最大支持32指令排序，实际操作系统只应用到4队列左右。

机械硬盘因磁头的机械结构只能单一工作，NCQ技术提升性能有限，而固态硬盘通过主控芯片，能控制多颗闪存同时读写操作（多通道或多线程说法），运行AHCI模式打开NCQ技术后，固态硬盘尤其在操作数量很多的随机读写模型，优化排序队列，发挥最强性能。

同样使用金士顿SSDNow V+200固态硬盘对比AHCI模式和IDE模式：

msahci - OK 固态硬盘运行AHCI模式（图片成绩还是4K对齐那张）

 

pciide - BAD 固态硬盘运行IDE模式

 

测试结果符合NCQ技术概念，持续读写、4K随机读写的速度变化不大，4K-64Thrd多队列深度（理解为64个文件同时测试随机读写）性能差距非常明显。打开AHCI模式除BIOS设置，系统中也要安装对应驱动，否则启动系统会蓝屏。

 

综合3种状态的性能测试对比，固态硬盘运行在黄色段的4K对齐和AHCI模式性能最好。固态和机械硬盘都推荐4K对齐、AHCI模式，但是内部结构和工作原理不同，4K对齐、AHCI模式对固态硬盘性能影响更大，特别强调是随机读写应用，机械硬盘的瓶颈就在于iops每秒操作次数最多只有200次，导致4K随机和4K-64队列测试仅有1~3MB/s，而固态硬盘轻松达到10000数量级。我们购买固态硬盘主要为了体验超高随机性能，因此更建议用户正确设置4K对齐和AHCI模式。
 

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