技术文章 | 磁盘性能二三事之—4k对齐

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我们先来回顾一下机械硬盘的结构。

机械硬盘主要由盘片（platter）、磁头（head）和相应的控制电路等部分所组成。盘片表面镀有磁性物质，二进制位被存储在这些磁性材料上。硬盘工作时，盘片围绕着一根中心主轴（spindle）旋转，磁头在电路控制下移动到指定位置然后将数据存储或读取出来。

盘片有两个面，都可以储存数据，因此每个磁盘片对应两个读写磁头。如果有N个盘片，就有2N个面，对应2N个磁头。
以盘片中心为圆心，把盘片分成若干个同心圆，每一个划分圆的"线条"，就称为磁道（track）。
所有盘面上半径相同的磁道构成了柱面（cylinder）。盘片中有多少个磁道，就有多少个柱面。

每个磁道又被等分为若干个弧段，这些弧段便是磁盘的扇区(sector)。扇区大小是固定的，两扇区之间以间隙（gap）来分割，间隙未被磁化。由于越接近磁盘圆心，磁道就越小，因此每个磁道的扇区数可能是不同的。在一些硬盘的参数列表上可以看到描述每个磁道的扇区数的参数，它通常用一个范围标识，例如373～746，这表示，最外圈的磁道有746个扇区，而最里面的磁道有373个扇区。

早期的磁盘规范将扇区大小定义为512字节。然而随着硬盘容量的不断扩展，这一大小已不再能满足硬盘管理和性能提升的需要。为了提高容错能力和硬盘的使用及管理效率，IDEMA（International Disk Drive Equipment and Materials Association）将原来的每个扇区512字节改为每个扇区4096个字节，也就是现在常说的“4K扇区”。支持这一标准的硬盘称为高级格式化（Advanced Format）硬盘。

4K扇区格式继承了传统512字节扇区格式的关键设计要点，比如扇区起始区域的同步（synchronization）和地址（address）标志以及扇区结尾的纠错编码ECC（error correction coding）。4K扇区通过将中间的八个数据区域结合到一个扇区，减少了扇区头尾及间隙的个数，从而磁盘利用效率更高，同时也让ECC有足够的空间可以从50字节扩展到100字节。延长后的ECC采用新的算法，使得数据错误的检测和更正都有所改善。

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