前言
因為SSD有著諸多與傳統機械式硬盤不同的特點，而且這些特點導致了SSD在實際使用中的性能和壽命與其使用方法緊密相關。所以并不是說買來一塊非
常牛X的SSD就萬事大吉了。另一方面，SSD的性能并不像機械式硬盤那樣比較穩定(浮動范圍小)，而是呈現出一種離散的特點(浮動范圍大)，最佳狀態與
最差狀態相差甚遠(上百倍)，所以如何避免最差狀態比如何發揮最佳狀態更重要。
分區對齊
如果要對一塊SSD進行分區，然后再使用，就會遇到這個問題。當然，也可以不對它進行分區以避免這個問題。對于Linux來說，不分區直接使用就是
直接格式化 /dev/sdx 設備(比如：mkfs.xfs /dev/sdx)，然后再 mount /dev/sdx /mnt/point
考慮到使用習慣、預留空間(見下文)的問題，以及安裝引導程序(如：grub)的要求，不做分區直接使用并不是個好主意。幸運的是，分區對齊問題是可以得到完美解決的。
害處
如果SSD上的分區分割點處于未對齊SSD block
size倍數的狀態，SSD效能就不能完全發揮，系統可能會有卡頓的感覺，另外，未對齊的分割點還會造成SSD在連續寫入小文件時，增加無謂的SSD額外
寫入/擦除動作從而大幅影響SSD的壽命，而這偏偏是SSD使用中最該避免的。
分區不對齊，對4KB隨機寫入的影響最大，實際測試表明，在其他因素相同的情況下，分區不對其導致的性能差距最大可達10倍。
CHS、LBA、block(塊)
在了解事情的來龍去脈之前，先得把傳統硬盤的幾個概念拿出來復習一下。
CHS(Cylinder-head-sector)是最早用于訪問硬盤的尋址方式。雖然CHS的值現在早已不再與實際的物理值相對應(只是個邏輯值)，但是依然有許多磁盤管理程序(比如fdisk/cfdisk)使用CHS的方式來理解硬盤。
side/head
硬盤一般是由一片或幾片圓形薄膜疊加而成。每個圓形薄膜都有兩個"面"(Side)，這兩個面都是用來存儲數據的。盤面由上而下從"0"開始編號，
依次稱為0面、1面、2面……由于每個面都專有一個讀寫磁頭，也常用0頭(head)、1頭……稱之。硬盤面數(或頭數)，少的只有2面，多的可達數十
面。
按照CHS規范，head使用8bit編址，因此最多可以有256個磁頭(0-255)。但是由于某些古董程序只能最大支持到255個磁頭，出于兼容性考慮，絕大多數場合的默認值依然是255個磁頭。
track
讀寫硬盤時，磁頭不動，磁盤是旋轉的，則連續寫入的數據是排列在一個圓周上的。我們稱這樣的圓周為一個磁道(Track)。
磁頭不動，就是在一個磁道上讀寫；磁頭移動，就會在不同磁道上讀寫。
按照CHS尋址規范，由外向內從"0"開始順序編號。不過其編址時使用的位寬并不是一個定值(取決于不同的規范)，我們姑且可以認為其足夠大。
cylinder
各面上磁道號相同的磁道合起來，稱為一個柱面(cylinder)。也就是距軸的距離相同的一組track所形成的圓筒。
按照CHS尋址規范，cylinder和track一樣，也由外向內從"0"開始順序編號。并且其編址位寬足夠大。
cylinder也是磁盤分區時的最小單位，分區是按磁道和柱面連續分布的(即每個分區，都是粗細連續的一組筒子)。
下面是一個fdisk的輸出，主意最后一行：
# fdisk /dev/sda Command (m for help): n Command action e extended p primary partition (1-4) p Partition number (1-4): 1 First cylinder (1-524, default 1):
Sector
一個track上可以容納"較多"的數據，而主機讀寫時往往并不需要一次讀寫那么多，于是，磁道又被按512或4096字節劃分成若干段，每段稱為一個扇區(Sector)。一個扇區的大小是固定的512或4096字節。
計算機對硬盤的讀寫，是以扇區為最小單位。即使只讀某一個字節，也必須一次把這個字節所在的扇區中的512或4096字節全部讀入內存。
按照CHS尋址規范，Sector的編號始終是從"1"開始的(不是"0")。由于使用6bit編址，所以其最大值是63，也就是說既不存在 sector 0 也不存在 sector 64 。目前所有機械式硬盤在邏輯CHS模式中都使用63這個最大值。
block
Block是文件系統的最小存取空間。一個 Block
最多僅能容納一個文件（即不存在多個文件同一個block的情況）。如果一個文件比block小，他也會占用一個block，因而block中空余的空間
會浪費掉。而一個大文件，可以占多個甚至數十個成百上千萬的block。
# df / (/dev/dsk/c0t3d0s0 ): 573548 blocks 226057 files /proc (/proc ): 0 blocks 3854 files /var (/dev/dsk/c0t3d0s1 ): 1897206 blocks 250028 files /var/run (swap ): 611424 blocks 26300 files /tmp (swap ): 611424 blocks 26300 files
sector 和block的差別
-
sector 是硬盤存取的最小單位，是512B或4096B
-
block 是文件系統的最小存取單位，可以隨意設定，但必須是sector的整數倍。如ext2 fs的block缺省是4k
應該根據自己系統應用的特點，合理規劃block size：若block太大，則存取小文件時，有空間浪費的問題；若block太小，則硬盤的
Block 數目會大增，而造成 inode 在指向 block 時候的一些搜尋時間的增加，又會造成大文件讀寫方面的效率較差。
磁盤容量
先看一個500G的硬盤在 fdisk -l 時顯示的信息：
# fdisk -l /dev/sda Disk /dev/sda: 500.1 GB, 500107862016 bytes 255 heads, 63 sectors/track, 60801 cylinders, total 976773168 sectors Units = sectors of 1 * 512 = 512 bytes Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes Disk identifier: 0x00000000 Device Boot Start End Blocks Id System /dev/sda1 63 8000369 4000153+ 83 Linux /dev/sda2 8000370 95891984 43945807+ 83 Linux /dev/sda3 95891985 427923404 166015710 83 Linux /dev/sda4 427923405 976768064 274422330 83 Linux
可以看出，磁盤總容量=磁頭數*每磁道扇區數*柱面數*扇區大小。當然，這里的磁頭數、扇區數、柱面數并不是物理真實值，而是邏輯值。甚至對于4KB扇區的硬盤，扇區大小也可能是邏輯值。
LBA尋址機制
上面說的CHS尋址方式其實在實踐中早就被丟進垃圾箱了。目前在實踐中真正使用的是48位LBA(Logical Block
Address)尋址方式。LBA是非常單純的一種尋址模式：從0開始編號來定位區塊(扇區)，第一區塊LBA=0，第二區塊LBA=1，依此類推。以每
扇區512字節計算，容量上限可達128PB。LBA尋址模式完全屏蔽了硬盤的物理結構，而將其簡單的抽象成一維條帶，非常便于操作系統的理解。
原因分析
了解了上面的知識之后，現在知道了機械硬盤從很早前開始，扇區大小就被定義為512字節，而最新的"先進格式"機械盤終于把物理扇區提高到
4KB(4096字節)。機械式硬盤的最小操作單位是扇區，也就是說，無論讀取還是寫入1個字節、10個字節、500字節，實際的操作都是512字節。當
然，對于4KB扇區的機械式硬盤來說，所有讀寫操作都會被向上取整到4KB的整數倍。
但SSD的操作方式與此不同。SSD不像HDD那樣只有讀/寫兩種操作而且還是統一的，SSD有三種操作：讀/寫/擦除。閃存的讀寫單位是4KB或8KB大小的頁，而且閃存的擦除(又叫編程)操作是按照128或256頁大小的塊來操作的。
傳統上，LBA模式的HDD第一個分區的起始點從63邏輯扇區(63x512B=31.5KB)開始，對于扇區大小為512B的HDD來說，這當然
沒什么問題。但對于SSD和新式HDD來說，就會造成用戶的第一個數據的前4KB會存放在系統"邏輯扇區"的31.5KB~35.5KB間，這樣持續下去
會造成后面所有的數據都會卡在2個物理扇區(頁)容量之間，我們知道扇區(頁)為磁盤寫入的最小單位，如果卡在2個扇區(頁)之間，寫入的時候就需要進行
讀-改寫操作(對SSD來說讀-擦-寫)，造成性能的下降。
分割點應該放在哪里呢？
簡單的說，應該放在SSD最大操作單位"塊"，也就是block size整數倍的位置。
對于單通道的閃存設備，這很簡單，也很好理解。但事實上，幾乎所有的SSD都不是單通道的，這時候應該空出多少呢？
多通道的閃存設備也是把數據拆成一個一個的塊，然后分別對每個通道進行讀寫操作，這個塊的大小和所使用的閃存芯片的塊的大小是一樣的。如果多通道
SSD會把數據再進一步拆分然后才寫到各個通道的話，情況就會變得復雜了。不過目前的SSD主控似乎還沒有這么聰明，目前多通道寫入時最小的數據單位依然
是閃存塊的大小。因此，在目前的情況下，我們完全可以不考慮設備是幾通道的，直接把分區分割點設在block
size整數倍的位置即可。也許未來需要把分割點設置在"通道數*block-size"整數倍的位置？
FDISK
在給出最終解決方案之前，先來了解一下fdisk工具：
# fdisk -h Usage: fdisk [options] <disk> change partition table fdisk [options] -l <disk> list partition table(s) fdisk -s <partition> give partition size(s) in blocks Options: -b <size> sector size (512, 1024, 2048 or 4096) -c[=<mode>] compatible mode: 'dos' or 'nondos' (default) -h print this help text -u[=<unit>] display units: 'cylinders' or 'sectors' (default) -v print program version -C <number> specify the number of cylinders -H <number> specify the number of heads -S <number> specify the number of sectors per track
我們通常并不使用任何選項，但是為了強制分割點的位置對齊，就必須強制指定如下三個參數：
-
-b
-
指定扇區的大小，只能取 512/1024/2048/4096 之一。
注意，經過本人實測，使用大于512的其他值(假定是N)，會導致fdisk只能使用到真實容量的512/N。所以最好不要使用該選項。 -
-H
-
指定磁頭數，只能取 1-256 之間的整數。
-
-S
-
指定每磁道扇區數，只能取 1-63 之間的整數。
這三個參數值的乘積就是一個邏輯柱面的總大小，也就是最小分割單位了。
解決方案
經過前面的講解，現在知道，只要把"塊"作為SSD的最小單位來劃分磁盤就能完美解決分區對齊的問題。
現在假定我們拿到一塊SSD的參數是這樣的：每個頁的大小是8KB、每256個頁組成一個塊，那么也就是說我們必須以
256*8KB=2097152B=2048KB=2MB為最小單位對其進行分區。也就是說，我們可以通過強制指定fdisk的命令行參數，使每個柱面
(cylinder)的大小為2MB即可達到目的(假定每扇區512字節)：
fdisk -u=cylinders -H 128 -S 32 /dev/sdx
如果覺得每個柱面(cylinder)的大小為2MB還是不夠大，那么可以加大到4MB(假定每扇區512字節)：
fdisk -u=cylinders -H 256 -S 32 /dev/sdx
此外，還需要注意一個細節，那就是第一個分區的起點不能從默認的第一個柱面開始，而是要從第2個柱面開始，否則第一個分區有可能依然不會對齊。如下圖所示：
Command (m for help): n
Command action
e extended
p primary partition (1-4)
p
Partition number (1-4, default 1):
Using default value 1
First cylinder (1-800, default 1): 2Last cylinder, +cylinders or +size{K,M,G} (2-800, default 800): 500
注意 First cylinder 那一行，那里的默認值是1，但是不能用它，要手動修改為2。
導致這個問題的原因，據Google說是fdisk會對從 cylinder 1 開始的扇區特殊對待，自作主張的向前平移分區起點。不過，既然新版本的fdisk已經修正了這個bug，我們就不必再去考古了。
對齊檢查
如何檢查分區是否確實已經對齊呢？方法是使用"fdisk -u=sectors -l /dev/sdx"查看。例如：
# fdisk -u=sectors -l /dev/sda Disk /dev/sda: 671 MB, 671088640 bytes 128 heads, 32 sectors/track, 320 cylinders, total 1310720 sectors Units = sectors of 1 * 512 = 512 bytes Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes Disk identifier: 0x7bf5a16d Device Boot Start End Blocks Id System /dev/sda1 63 40959 20448+ 83 Linux /dev/sda2 40960 79871 19456 83 Linux /dev/sda3 81920 163839 40960 83 Linux
首先看 Sector size 的大小，有logical/physical兩個值，都是512字節。
sda1分區的Start=63，那么就表示sda1分區的起始扇區頭距離LBA0的距離是63*512B=31.5KB，顯然是未對齊的。
sda2分區的Start=40960，表示sda2分區的起始扇區頭距離LBA0的距離是40960*512B=20MB=5*2*2MB，顯然
既在2MB大小的塊邊緣對齊，也在4MB大小的塊邊緣對齊；再看sda2分區的End=79871，表示sda2分區的終止扇區尾距離LBA0的距離是
(79871+1)*512B=39MB，顯然只能在1MB大小的塊邊緣對齊，但是不能在2MB/4MB塊的邊緣對齊。
sda3分區的Start=81920，表示sda3分區的起始扇區頭距離LBA0的距離是81920*512B=40MB=5*4*2MB，顯然
既在2MB大小的塊邊緣對齊，也在4MB大小的塊邊緣對齊，甚至對于8MB大小的塊也是對齊的；再看sda3分區的End=163839，表示sda3分
區的終止扇區尾距離LBA0的距離是(163839+1)*512B=80MB=5*2*2*2*2MB，顯然可以在2MB/4MB/8MB/16MB塊
的邊緣對齊。
可見sda3是對齊最完美的分區，而sda1則是最糟糕的。
文件系統
現在SSD已經被完美的分區了，接下來就是創建文件系統了，那么哪個文件系統才是最適合SSD的呢？因為Linux系統有如此多的文件系
統：etx2/ext3/ext4/reiser3/reiser4/JFS/XFS/Btrfs/NILFS2……在HDD的時代，選擇合適的文件系統
就一直是個令人頭痛的問題。直到目前為止，不得不說，沒有任何一個文件系統和SSD是絕配。
未完待續。。。
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