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硬體園地 : [轉貼]SSD 新手使用須知:4K 對齊調教實戰,提昇 SSD 效能

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冷日
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[轉貼]SSD 新手使用須知:4K 對齊調教實戰,提昇 SSD 效能
SSD 新手使用須知:4K 對齊調教實戰,提昇 SSD 效能

567de7acb08f98d70e7fe9b67cab5333 常聽人說  SSD 買來一定要先對齊,不然平時用起來會很頓。究竟是真有這種說法還是像拔獅子的鬃毛會生髮那樣人云亦云呢?這要從硬體規範與檔案結構這兩部份來探討。這回將介紹 AS SSD Benchmark、Win 7安裝光碟對齊 SSD 、系統管理工具自動對齊 SSD 教學、以及 Paragon Alignment Tool 軟體教學。

快速目錄:

4K對齊效能才會快

從硬體規範看4K對齊

之前我們有提到SSD的硬體規範是以每4KB當作最小儲存單位(稱為page),相當於傳統硬碟的扇區(sector),不過傳統硬碟的最小單位是512Byte,(這幾年廠商推出了『先進格式化』硬碟,終於也將傳統硬碟的扇區大小提升到4KB,但是這一部份不在本文討論範圍),有沒有覺得真是一個有志一同的數字啊?為什麼硬碟的硬體儲存單位要訂定為4KB呢?這是因為記憶體中的page單位也是4KB,而NTFS、EXT3、HFS+等常用的格式,也是以4KB為一個cluster(通常稱作『叢集』或是『簇』),假使當你寫入一個4KB的檔案到SSD時,不僅填滿一個page,也剛好與記憶體最小儲存單位相符,同時也是一個叢集的大小,這樣的話,是最簡單省事,不用多餘的讀寫存取動作來拖慢效能。

作業系統的檔案結構


就算作業系統是電腦中的靈魂,也必須要透過分割區的檔案格式才能讀寫資料,相信大多數讀者對於「NTFS」都熟到不能再熟了,從Windows NT開始,微軟導入了「NTFS」這個格式,自此取代了長久以來一直使用的FAT╱FAT32,一直到XP所使用的NTFS 5.X版本以來,硬碟分割區都是從第63個扇區開始(請注意這裡的扇區指的是傳統硬碟喔,不過XP並不會認SSD,所以一律都是以此方式來分割),也就是會保留512Byte*63=31.5KB的空間大小才開始第一個分區,因此假如你的SSD沒有做過對齊的話,每128個叢集就會跨越兩個block,如果系統剛好操作到跨越兩個block之間的叢集時,就要同時擦除那是不是SSD就得同時操作兩個page來搬移寫入呢?這樣效能一定會下降,因此從Vista開始,就支援將NTFS磁區的起始點設定為4的倍數,這樣一來就不會在出現性能下降的情形,而將分割區設定為4可以整除的數字開始,就稱為「對齊」。

▲4K對齊後,讀寫檔案時,不再會跨SSD區塊而降低效率。

我的SSD有對齊嗎?

每天在使用的Windows是不會告訴你SSD有沒有對齊的,必須透過第三方軟體來看,才能清楚瞭解。

通常使用的軟體是「AS SSD Benchmark」,這其實是一套SSD專用的測速軟體,不過由於它會顯示與SSD有關的系統資訊,不僅是免費還附加這麼實用的功能,趕快下載回來試試看吧!


▲未對齊時,在軟體左上方會有紅色的「BAD」字樣,4K讀寫數據也很差。

▲有對齊的SSD則會在左上角顯示「OK」,測試數據也快上許多。

利用Win 7安裝光碟對齊SSD

4K對齊其實不是什麼難事,如果你買來一顆SSD後,要安裝新系統以前可以利用Win 7安裝光碟來格式化並對齊它,不用其他工具協助也可以輕鬆對齊。

Step 1

將Windows 7安裝光碟放入光碟機中開機以後,一直按下〔下一步〕,直到看到硬碟選擇畫面以後,選擇SSD所在的硬碟名稱,再按一下鍵盤上的〔Alt〕+〔F10〕叫出命令提示字元視窗。 

Step 2

叫出命令提示字元視窗以後,輸入「diskpart」以後按下〔Enter〕,叫出磁碟公用程式。


Step 3

叫出磁碟公用程式以後,再輸入「list disk」然後按一下〔Enter〕,此時會列出電腦中所有硬碟裝置,請記住你的SSD磁碟代號,例如小編的SSD是「磁碟0」。 

Step 4

剛剛我們列出了所有磁碟,接下來輸入「select disk 0」並按一下〔Enter〕選擇SSD所在的磁碟編號。

 (後面還有:Step 5~Step 13的介紹!)

Step 5

選擇SSD以後,輸入「clean」並按下〔Enter〕將目前在SSD中現存的磁區清除,之後我們要用這張安裝光碟重新分割硬碟。 


Step 6

將SSD清除乾淨以後,接著再輸入「create partition primary align=1024」,建立一個符合4K對齊的磁碟格式。

Step 7

建立磁碟分割區以後,我們輸入「list partition」並按一下〔Enter〕來看看分割區是不是建立成功,特別注意「位移」欄位中,是我們剛剛輸入的1024KB,表示已經經過4K對齊囉。

Step 8

分割區建立完成以後,接下來我們要將此分割區設定為「使用中」,才能讓系統正常開機,首先輸入「select partition 1」,選擇剛剛建立的分割區。 


Step 9

接下來輸入「active」並按下〔Enter〕將分割區定為使用中。

Step 10

設定完成以後,接著我們要格式化這顆SSD,輸入「format fs=ntfs unit=4096 quick」,並按下〔Enter〕,將SSD快速格式化為NTFS,叢集為4096的格式。 

Step 11

格式化完成以後,我們就可以離開磁碟公用程式了,輸入「exit」並按一下〔Enter〕離開。

Step 12

離開DiskPart程式以後,按一下視窗右上角的〔X〕關閉此程式。 


Step 13

回到「安裝Windows」視窗以後,按一下「重新整理」就可以看到已經建立一個4K對齊的磁碟區,無論你是要繼續安裝Windows 7,或是關閉安裝精靈,另外再安裝XP,就不用再煩惱是不是已經對齊過囉!

(後面還有:系統管理工具自動幫你對齊SSD)

系統管理工具自動幫你對齊SSD

在安裝Windows以前,可以用Win 7安裝光碟來對齊SSD,不過如果已經安裝系統以後,才想要對齊的話,非系統碟可以利用Win 7的「磁碟管理」功能,重新建立分割區,就會自動幫你對齊囉!

Step 1

開啟「控制台」視窗以後,按一下「系統管理工具」圖示。 

Step 2

開啟「電腦管理」視窗以後,展開左窗格中的「存取裝置」→「磁碟管理」,然後在中央下方窗格中點選需要對齊的硬碟分割區,將此硬碟上的所有分割區刪除。 


Step 3

在刪除分割區時,會跳出提示訊息,按下〔是〕繼續。 

Step 4

將SSD上的所有分割區刪除以後,接著在未配置的空間上按一下滑鼠右鍵,然後按一下【新增簡單磁碟區】。

Step 5

接著會跳出「新增簡單磁碟區精靈」,按一下〔下一步〕繼續建立分割區。 

Step 6

你必須要指定此分割區的大小,在「簡單磁碟區大小」欄位中輸入此分割區的容量以後,按一下〔下一步〕。


Step 7

接下來要指定此分割區的磁碟代號,選擇完畢以後按一下〔下一步〕。

Step 8

建立分割區時,可以順便格式化此分割區,選擇格式化選項以後按一下〔下一步〕。

Step 9

跳出「完成新增簡單磁碟區精靈」以後,再按一下〔完成〕,就會真正開始建立新分割區了。 

(後面還有:使用第三方軟體幫你對齊分割區)

系統管理工具自動幫你對齊分割區


在前面我們介紹了兩種方式來對齊4KB分割區,不過這都是在SSD沒有重要資料的情形才可以採用,如果你的SSD已經安裝系統或是有重要資料的話就必須要借助知名的「Paragon Alignment Tool」來幫忙對齊囉!

  • Paragon Alignment Tool軟體小檔案
  • 版本代碼:3.0
  • 軟體性質:Shareware
  • 試用限制:需購買後使用
  • 語言介面:英文
  • 官方網站: http://www.paragon-software.com/home/partition-alignment/
  • 下載網址:由於此軟體無試用版本,請讀者自行購買使用

Step 1

開啟Paragon Alignment Tool以後,按一下〔下一步〕繼續。 由於此軟體在對齊硬碟分割區時會更動SSD上的資料,因此請讀者小心使用,並請先備份重要資料以免發生無法挽回的遺憾。

Step 2

接下來軟體會掃描硬碟中相容的SSD,需要花些許時間,請耐心稍等。

Step 3


在對齊之前,這個工具會提示你選擇資料防護的模式,以及完整性檢查規則,小編選擇最安全的【Powerloss】與【Once】檢查一次。 

Step 4

軟體會自動載入需要對齊的SSD或硬碟,按一下〔Align partitions〕。

Step 5

由於小編要對齊的SSD是系統碟,此軟體無法在進入Windows時進行校正,因此請按下〔Restart and align〕重開機並開始校正。 

Step 6

接下來就會開始準備對齊,並且自動重新開機。


Step 7

重新開機以後,就會開始對齊SSD了,不過因為SSD中有資料,因此需要移動拷貝的時間,請耐心等待。

Step 8

所有步驟都處理好以後,會看到底下出現「Press any key to continue」訊息,按下鍵盤上的任意按鍵重新開機。 

Step 9

重新開機進入桌面以後,可以看到出現「Succeed」字樣時,就代表對齊成功囉。

Step 10

我們可以開啟AS SSD Benchmark來看,果然已經對齊囉! 



原文出處:SSD 新手使用須知:4K 對齊調教實戰,提昇 SSD 效能 - 第 1 頁 | T客邦 - 我只推薦好東西
冷日
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[轉貼]免費的最佳化 SSD 分割區對齊工具-Paragon Alignment Tool

[免費]的最佳化SSD分割區對齊工具-Paragon Alignment Tool

由於最近考慮幫手邊的兩台筆電升級為SSD,因此過去這一個禮拜一直在研究SSD的分割區起始位置應該要對齊SSD實體配置單位的問題( 相關技術背景也可以參考這裡,而對齊前跟對齊後的效能差異、及對SSD寫入時系統停頓症狀的改善,可以參考 這裡以及 這裡,或是本文下方charles.cyc兄提供之實測數據),這個問題的本質與WD的先進格式硬碟在某些情況下必須配合WD Align這個公用程式使用是相同的,微軟在2008年底的WinHEC,就已經在強調這個SSD面臨的分割區對齊問題之重要性:


按這裡檢視圖片


只要是SSD上的分割區處於未對齊SSD實體配置單位的狀態,SSD效能就不能完全發揮,不過相對之下這還是小事,未對齊的分割區還會造成SSD在連續小檔的寫入時,系統可能會有一頓一頓的感覺,最壞的是還會增加無謂的SSD額外寫入動作,而這偏偏是SSD使用者最該避免的。

傳統硬碟的實體基本讀寫單位是磁區,大小是512bytes;而SSD的實體基本讀寫單位是page,常見大小為2KB/4KB [註1];作業系統的讀寫跟基本邏輯配置單位則是cluster,通常一個cluster包括不只一個磁區(NTFS格式化時預設為4KB,也就是8個磁區)。雖然作業系統不直接以磁區為檔案系統的存取跟配置單位,但在規劃硬碟空間時,卻可以用磁區為最小單位指定分割起始位址,因此為了BIOS跟作業系統相容性,SSD仍然必須將每個page透過軔體模擬為若干個512bytes的"磁區"。

在規劃硬碟空間的時候,分割區的位置可由任何磁區開始,如果分割區的一開頭就不對齊SSD page的邊界,例如XP的分割程式,是從第63個磁區開始,也就是第31.5KB處,由於這個值不能被2KB/4KB整除,對應到SSD在實體page之上所模擬出的磁區時,正好會從某個實體page的後段開始,影響所及,該分割區裡的所有cluster也都會變成未對齊的狀態,一旦作業系統對某一個未對齊的cluster進行寫入,在SSD上,會變成需要寫入到兩個實體page(在下圖中,page是標示為4096b sector),由於XP作業系統本身不了解SSD的實體特性(畢竟XP推出很久了..... ),因此造成分割區跟cluster對不齊SSD page邊界的現實。[註2]


按這裡檢視圖片


有些人或許會質疑:那SSD控制器廠商苦心設計出來的Wear Leveling演算法呢?Wear-Leveling在上圖的情況中之所以無法發揮作用的原因,在於不管是採用MBR或GPT方式分割SSD、或是檔案系統的格式化、或將cluster配置給檔案、以及cluster與磁區間的對應關係,那都是作業系統跟驅動程式/內建工具程式的事兒,SSD只負責提供眾多模擬出來的512-byte磁區(仍透過LBA定址)、並處理好模擬的磁區與SSD實體page之間的對應關係。

因此,當XP分割程式依預設值在MBR(主分割表,位於第一個磁區)內註明第一個硬碟分割區將由第63個磁區開始時,SSD根本不知道發生什麼事、或是寫入MBR的值的意義是什麼,當格式化程式依MBR的記載從第63個(SSD模擬出的)磁區開始將每8個連續的磁區劃分成一個NTFS預設的4KB大小cluster時,事實上SSD也不知道作業系統正在規劃些什麼、作這些是何意義,對SSD來說,那只是一連串的磁區讀寫命令,也不會知道正在發號施令的到底是XP、Win7或是Linux,因此在不全盤瞭解這些命令意義的情況下,SSD的控制器及軔體本身,絕對沒有權力擅自去更改任何作業系統的決定跟規劃,否則就天下大亂了。等到格式化完成,分割區/cluster不對齊SSD page邊界的事實也已經造成了[註3]

Wear-Leveling能發揮作用的地方,只在於事後當作業系統對某個未對齊的cluster寫入時,因為該cluster會對應到8個磁區,再透過SSD軔體對應到2個SSD的實體page(因為未對齊),因此最終實體寫入何處,可由Wear-Leveling演算法針對全域的實體配置單位使用次數情況來判斷決定。這部份的演算法對應都在SSD內部處理,對外部而言是黑箱作業,因此沒有跟作業系統的相容性問題。

相對的,如果分割區的開頭有對齊SSD page的邊界,該分割區裡的所有cluster也會變成對齊的狀態,對某個cluster進行寫入時,在SSD上,只需寫入一個page即可。Win7/Vista的分割程式,是從第2048個磁區開始分配,也就是第1024KB處,而一般來說不管是SSD的page size、erase block size、組RAID時的stripe size、NTFS的cluster size,都不出512bytes/1KB/2KB/4KB.....256KB/512KB/1024KB這些2的冪次方數值,都是1024KB的因數、也幾乎不會大過於1024KB,因此分割SSD時就不會有未對齊的疑慮。


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下面是另一張來自Micron、針對分別在XP與Vista下依預設值分割SSD後、作業系統寫入對應到SSD實體配置的示意圖,同樣是循序寫入3個cluster,在分割區未對齊的情況下,需要寫入4個SSD的實體page,分割區對齊的情況下,則是3個。

按這裡檢視圖片

一般要在SSD上裝作業系統,可能情況有:

1. 在Win7/Vista下直接規劃SSD,或是直接在新SSD上重安裝Win7/Vista,Partition會是對齊的狀態。
2. 在XP下規劃SSD或直接在新SSD上重安裝XP,分割區是不會對齊的。
3. 如果是XP下安裝Vista/Win7升級版,由於是沿用XP的分割區,也不會是對齊的狀態。


不過相信並不是每個人都會在新買來的SSD上重新灌作業系統,較為進階的玩家,應該都是用類似Acronis True Image這種硬碟/分割映像的複製工具,將作業系統從原本的硬碟複製到SSD,但是在這樣的情況下,必需要看該工具本身是否有特別注意SSD下的分割區對齊,否則一不小心,就算原本是裝Win7/Vista、系統分割區是對齊的,複製到SSD後還是可能變成分割區未對齊的狀態。 某些SSD廠商,會"貼心"的提供Acronis True Image OEM版讓買家方便從硬碟複製原有的作業環境到SSD,這時候反而應該要特別注意。複製完成後,建議要用下方補充#1或補充#2所提到的方法確認一下分割區的對齊狀況

在沒有事先對齊分割區、但OS已安裝的狀況下,類似WD提供給如EARS/EZRS系列先進格式硬碟所用的WD Align這種分割區對齊工具程式,就有很大幫助了,但是SSD廠商雖然不少,似乎沒聽說有那家像WD一樣提供分割區對齊工具,讓已安裝了一堆東東的SSD使用者能夠在不破壞現有資料的前提下,進行將分割區對齊的事後補救,但是今天在尋找SSD分割區對齊相關資訊時,突然發現了一個工具:Paragon Alignment Tool,而且是限時免費的....

Paragon這家公司也算是老牌的硬碟工具廠商,不過以往似乎都以企業用戶為主,這個Alignment Tool,有以下的特色:

按這裡檢視圖片


Paragon Alignment Tool的網頁,裡面有個Flash動畫解釋分割區對齊前跟對齊後的差異

這個工具同時適用於AFT先進格式的硬碟(如WD的EARS/EZRS系列)以及SSD、SSD RAID、甚至是VMware Server下的VMFS虛擬硬碟volume、或企業SAN/RAID的環境,不過對齊分割區固然會有效能增進,但是對於網頁提到的"300%的效能增進",請不要過度期待、當作廣告看看就好( 這件事情,個人還是持高度保留態度,畢竟每個人使用習性不同,只要知道無謂的SSD額外寫入可以藉由對齊分割區來避免、進而不要縮短SSD原本該有的壽命就好。

要免費下載這個工具程式,請連結到下面這個原廠網頁, 免費版提供到2010/7/31,Paragon還蠻夠意思的,同時提供了x86跟x64的版本。(2010/12/24補充:如果還有下載需要的,請參考 第109樓下方資訊)


http://www.paragon-software.com/landing-pages/WhitePapers/paragon_alignment_tool.html

填寫完網頁下方的資訊後,就會收到一封email,裡面包括了:

1> Product Key
2> Serial Number
3> Paragon Alignment Tool的白皮書下載連結,裡面包括了為何AFT先進格式硬碟、SSD、RAID、甚至SAN(Storage Area Network)及VMware Server的VMFS Volume,都可以藉由分割區對齊來增進效能的技術說明,值得一讀。
4> Paragon Alignment Tool 2.0 x86版下載連結
5> Paragon Alignment Tool 2.0 x64版下載連結
6> Paragon Alignment Tool 2.0 Recovery CD下載連結

以上所有的下載連結,都可在 收到mail後的七天內下載最多十次(意思是您還可以將收到的mail轉寄給....咳咳.....同"公司"內的九名"同事"....咳咳..... ),誠意也算是相當足夠了....

程式執行的步驟還蠻簡單易瞭的,大致就是下面幾個步驟,不過請注意: 簡單步驟的背後,畢竟是直接對硬碟分割表/檔案系統的更改寫入以及檔案的搬移,對於這類型的工具軟體,進行前先對SSD/硬碟進行備份絕對不會是件壞事。


1. 程式執行時的注意事項畫面,按"Next"到下一步:

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2. 硬碟跟硬體分析畫面:
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3. 偵測後會列出系統內所有的磁碟跟磁碟內的所有分割區,右方有圖示說明,紅色的是不能對其進行對齊作業的分割區,綠色的則是沒有未對齊問題的分割區,黃色的是沒有適當對齊、且可以對其進行對齊作業的分割區,在這一頁將所要處理的黃色分割區勾選起來,再按"Align Partitions":
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在一般單機使用的情況下,建議只需要對SSD/SSD RAID或是AFT先進格式硬碟裡面的黃色分割區進行分割對齊動作,如果是傳統硬碟,就算看到裡面的某些分割區是標示為黃色的,也不會影響效能,可以跳過。

4. 對齊作業進行中:
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5. 對齊作業完成:
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[註1] NAND Flash的實體特性事實上各家變化跟差別還不少,而且還在持續演進中,SLC跟MLC也大不相同,但因本文不是以介紹NAND Flash為主,可參閱Micron的Technical Note :
NAND Flash 101 Introduction

[註2] 所謂的對硬碟進行"分割",也可以想成是對硬碟空間進行規劃,不是一定要將硬碟分成兩區(含)以上,因此即使只將SSD全部空間規劃成一區,仍然必須注意該單一分割區的對齊問題,因為這個問題的本質是關於分割區規劃的起始位置,而不是SSD到底被劃分成多少區。

[註3] 不過,不排除未來會有夠聰明的SSD軔體,能夠認出並理解作業系統正在進行MBR/GPT分割表的寫入及後續格式化動作,這樣就有機會在內部進行對齊調整。Seagate近期推出的4KB先進格式硬碟,便具有Smart Align技術,即使是用XP進行分割,號稱也不會減損效能,也不需事後用工具來對齊分割,不過如果是用Acronis True Image或類似工具來複製分割區而造成的未對齊呢?還有待進一步資訊確認。

=============================補充#1=============================
AS SSD Benchmark

這個SSD測速程式也有支援偵測SSD的分割區是否處於對齊的狀態,在左上角可以看到系統分割區的起始位移,如果看到綠色的"OK",就是對齊的狀態,如果有紅色"Bad"字眼,就是非對齊的狀態。不妨先跑跑看,再決定需不需要下載Paragon Alignment Tool。

對齊前:(有紅色Bad字樣)

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對齊後:(已經變成綠燈,請注意寫入效能的改善,幅度分別為17.8%、45.1%、31.7%、5.7%)
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以上感謝32樓charles.cyc大熱心贊助對齊前及對齊後之效能圖片!!也歡迎各位同好po出使用Paragon Alignment Tool前跟使用後的對齊位移結果,如果有使用前後的Benchmark數字貼圖,當然也歡迎!

=============================補充#2=============================
http://www.techpowerup.com/articles/other/157


按這裡檢視圖片

這個網頁可以方便算出硬碟上的分割區是否處於對齊SSD實體配置單位邊界的狀態,不過主要幾個參數值還是要自己key進去,但是旁邊的"How to get",點下去後可以幫您了解從系統中何處可以得到這些值。

主要參數有;

1. 分割區的啟始位置(Partition Offset,以bytes為單位)
2. 檔案的配置單位大小,也就是簇(Cluster)的大小(File Allocation Unit Size)
3. NAND的Erase Block Size
4. NAND的Page Size
5. 如果有跑RAID,可以再鍵入Stripe Unit Size

原則上1的數字,必須能夠被2、3、4、5的數字整除;而5的數字,必須能夠被2整除。

原文出處:[免費]的最佳化SSD分割區對齊工具-Paragon Alignment Tool - SSD固態硬碟 - Mobile01
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