Last Updated: 2023-06-08 09:59:50 Thursday
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这个话题，涉及到早期硬盘的LBA=63地址，以及后来的硬盘4K对齐。
在过去，硬盘的第1个分区总是从LBA=63的位置开始（不知道为什么，也许就是为了留出一点空间出来），MBR在0号扇区（sector 0）。那个时候，硬盘内部的每个sector的size=512字节，这是可接受的。因为这块空间并不是很大！Grub也能够利用这个space gap来存放stage1.5的代码。（参考：Grub启动的3个阶段）
后来的新硬盘，包括SSD，其内部sector=4096byte，即4KB。SSD这类硬盘没有扇区概念，它们内部使用page。外部程序访问硬盘的时候，只是模拟出512字节的sector。有些SSD内部甚至是8KB的sector。在这种情况下，如果还是从LBA=63的位置开始划分第1个分区，就会出现没有4K对齐的问题。如下图：
sector or page，是硬盘内部读写的最小单位，当一个4K的文件系统边缘没有跟硬盘4K对齐的话，就会出现：
这就是文件系统与硬盘没有4K对齐的后果，性能下降！
为了避免这样的情况发生，业界统一将硬盘的第1块分区前，留出1M的空间，2048个512字节的sector，256个4K的page。这样，边缘就对齐了，性能就OK了！
这就是第1个分区前有1M的空间的原因，这就是fdisk查看分区，起始sector总是显示2048的原因！
这个参数在分区的时候，是可配置的。我的移动Fedora就不是：
Disk /dev/sdb: 335.35 GiB, 360080695296 bytes, 703282608 sectors
Disk model: SL500 360GB
Units: sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 33553920 bytes
Disklabel type: gpt
Disk identifier: B11F9587-9643-4155-B0B4-9815BABC9029
Device Start End Sectors Size Type
/dev/sdb1 65535 1245164 1179630 576M EFI System
/dev/sdb2 1245165 3407819 2162655 1G Linux filesystem
/dev/sdb3 3407820 703190549 699782730 333.7G Linux filesystem
这是GPT分区，开始扇区的LBA=65535，即32MB。
在硬盘最前面的这部分空间，也被称为Hidden Sectors！
1、什么是4K对齐？
早期的硬盘，一个扇区的大小是512个字节，后来随着磁盘容量的不断增加和读写效率不断提升，国际硬盘协会制定了全新标准，将每个扇区的大小调整为4096个字节，也就是4KB，这种扇区又叫4K扇区。4K对齐指的就是对磁盘分区时，让分区的起始扇区位于某一个4K扇区的起始位置。
2、为什么会有4K不对齐？
当硬盘扇区变成4K扇区之后，为了兼容以前的512扇区，为了方便技术人员的习惯思维，为了保证靠512扇区识别的旧操作系统和应用软件不会出错，厂商把一个4K扇区虚拟成8个512扇区，以便和以前的单位统一。这样一来，从这8个扇区中的第一个扇区开始的分区，就是4K对齐了的，从其他7个扇区开始的分区，就是4K没有对齐的。
3、什么是簇（cù）和簇大小？
Windows系统为了提高数据读写速度，对分区空间按簇（簇来自英文单词集群cluster）划分。对于大于2GB的NTFS格式的分区来说，Windows默认的簇大小是4096字节，也就是以4KB作为一个单位，所有的文件都是对簇的独占。比如说一个10KB的文件，放在簇大小为4K的分区里，就会占掉3个簇，所以实际占用空间为12KB，如果一个文件夹里有100个10KB的文件，他们的实际大小是1000KB，但是占用空间却是1200KB。但是如果把这些文件放到簇大小为8K的分区里，每个10KB的文件就会占用2个簇，也就是16KB，100个文件实际大小仍是1000KB，但占用空间却是1600KB。
这就是4K文件系统！
簇也称为cluster。一个簇由相邻的多个扇区组成。文件在磁盘中存储是以簇为单位，比如文件系统可以把4K字节作为一个簇，所以文件在这样的文件系统中最小的占用空间就是4K。文件在硬盘上存储的簇是不连续的，内核为了能索引到这些簇，于是就有了inode。
4、簇大小有什么影响？
通过上一问，我们已经看出，簇较小时空间利用率较高，较大时会浪费更多空间，那么为什么不把簇分的更小一些呢？这是因为Windows在读取数据时是以簇为单位进行检索的，识别到空白的簇会直接跳过，如果簇大小为8K，识别1MB就是128个簇，如果簇大小为4K，同样识别1MB就是256个簇，如此一来就会在空白的簇上浪费掉更多的时间。也就是说，簇越小，空间利用率越高，但读取速度也就越慢；反之，簇越大，空间利用率就越低，但读取速度也就越快。NTFS分区的windows默认的簇大小一般是4KB。
5、簇大小和4K对齐有什么关系？
4K对齐分区提高硬盘的读写速度，4K文件系统提高文件系统的性能，两者在不同层面发挥作用。
Windows系统读写是按簇，硬盘读写则是按扇区，如果一个分区的起始扇区为一个4K扇区的第2个虚拟扇区，也就是4K没有对齐，那么对于簇大小为4K的分区，每一个簇都会被割裂在两个不同的4K扇区里，那么当Windows操作一个完整的4K簇的文件时，磁头就要对两个4K扇区进行操作，当存在大量4K左右小文件的时候，操作速度就会较低。而正确的4K对齐就会提升读写速度，尤其是小文件的读写速度。
6、固态硬盘为什么要4K对齐？
固态硬盘众所周知并无扇区的概念，为什么也要4K对齐呢？
因为固态硬盘所使用的NAND颗粒的最小单位是页（Page），页的大小一般也是4KB，所以固态硬盘的页，等同于机械硬盘的扇区。而且由于闪存颗粒的特性所致，4K对齐对其速度影响远大于机械硬盘，所以对于固态硬盘，我们更应该进行4K对齐。
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