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

ycweng 樓主 #1
2010-06-13 19:17
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:



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]



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。



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。



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:



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(),畢竟這是在某些極端情況下才能達到的增進。對於SSD使用者來說,更該注意的可能是第二點:對齊分割區後減少無謂SSD額外寫入所帶來的壽命延長,但是同樣的,"三倍壽命"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:


2. 硬碟跟硬體分析畫面:


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":

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:


5. 對齊作業完成:


[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)


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%)


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



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。
文章人氣:500,677
2010-06-14 09:07
這支程式還蠻實用的~先收下了,謝謝分享資源囉!1分奉上!
2010-06-14 11:31
雖然可以用diskpart 解決對齊問題,但畢竟diskpart指令容易忘記

先下載用看看,TKS...
2010-06-14 11:57
報告,點下載連結網址無法下載

有人也有同樣情形嗎

2010-06-14 12:03
安裝時出現"Error 1324. The patch Paragon Alignment Tool? 2.0 contains an invakid character."
請問有人也遇到此問題嗎?


ycweng 樓主 #6
2010-06-14 12:14
2010-06-14 12:49
謝謝分享這個訊息
剛剛已經完成註冊並且安裝完成
沒問題
Moerik #8
2010-06-14 13:01
ycweng wrote:
由於最近考慮幫手邊的...(恕刪)

太感謝了。
ycweng 樓主 #9
2010-06-14 13:01
小仲827 wrote:
點下載連結網址無法下載
...(恕刪)

您指的是收到Email裡面的下載網址嗎?我剛又試了一次,跟7樓大大一樣可以下載並完成安裝呀!
小仲827 #10
2010-06-14 13:06
ycweng wrote:
收到的Email裡面...(恕刪)


我的e-mail是google gmail ,的確是點信箱內容裡的連結網址

點了之後ie出現已封鎖這個網站,我選擇下載檔案後就出現Copyright 2002-2010 Google Inc.
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