4K对齐、AHCI模式、驱动的重要意义
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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