磁盘分区对齐详解与配置 – Linux篇

介绍

许多系统管理员可能不曾听过磁盘分区对齐之说，甚至一些有经验的存储管理员对分区对齐也不甚了解。磁盘分区不对齐现象是什么，为什么会造成比较严重的性能下降？相反，配置正确的分区起始位置(Offset)设置会使存储系统发挥更大的性能潜力。文章就磁盘分区对齐进行的介绍，并且给出了在Windows平台上如何配置的方法。

什么是磁盘分区对齐(Disk Alignment、Partition Alignment)

Windows的磁盘有一种结构叫做Master Boot Record(MBR),它的默认大小为63个Block(每个大小为512字节)。它的存在使得磁盘的初始位置和的磁盘上第一个分区的初始位置有63个Block的错位。如果磁盘的单个Track大于63个Block的话。这就会导致默认的初始的位置是从第64个开始。使文件系统的中的Track和位于磁盘中的两个Track之上。这种不对齐现象会导致存储系统的性能下降，原因是单个I/O请求会跨越多个磁盘上的Track，从而导致存储系统的额外性能开销。特别是对于一些随机I/O比较较大的应用程序，影响将更大。

而对于Windows 2003以后支持的GPT Disk，也会存在磁盘分区不对齐的现象，但是结构有所不同。如图1所示(图中单位为Block，512字节)，所有的分区由1MB大小(2048 Block)构成，第一个分区从LBA 34开始，即17KB大小位置。这也就意味着所有的分区会有17KB的不对齐的情况发生。同样会导致I/O读写性能影响。

存储系统的磁道区域与Linux分区对齐问题

出于最大化性能需求，任何到后端存储阵列的I/O需要通过配置适当的结构化，从而避免任何I/O操作跨界现象的发生。如果I/O操作跨越多个界限，会带来额外的资源开销从而造成性能下降。所以，为了避免因为分区不对齐所造成的性能影响。需要使用工fdisk或者parted工具创建和对齐分区。

如何选择一个正确的磁盘分区offset值，基本上EMC和其他厂商建议的值都是64KB。为什么要选择64KB这个值呢，这里解释一下。首先讲一下一个叫做物理磁道区域的概念。因为对于不同类型的保护级别，也可以说叫Raid和磁盘类型，这个区域的范围有所不同的。我们举两个个例子：

Symmetrix缓存中的磁道区域单位大小为一个Track，即64个Block、32KB大小。如图2所示，如果磁盘分区没有被对齐，则任何32KB或者更大的I/O就需要跨越两个Track来进行，50%的16KB的I/O会可能会跨越两个Track，25%的8KB也会跨越两个Track，造成额外的存储系统性能开销。

看了第一个例子，读者可能会想，那把起始位右移一个Block就好了啊，(MBR+Reserved=63Block)，就不会有跨Track的I/O发生了。接下来我们再看另外一个例子。一个3+1 Raid5的单个条带大小为四个Track，即256个Block、128KB大小。如果对于这类的磁盘，使用第64个block为起始位置，当linux I/O大小达到64KB的时候，如果I/O直接从缓存(单个track为32KB)，则正好完成两次读取。但是如果，两个连续的64KB I/O，且需要牵涉到后端Raid5的物理磁盘读写，如下图所示，第二个64KB就会出现跨越两个条带的情况发生，从而倒是读或者写的开销加倍。

在这种情况下，需要将起始位置调节成建议配置(64KB)，这样一来，Linux最大I/O大小的情况也不会发生跨多个条带的情况发生了。(图3)

所以说，无论是从存储系统的缓存从读取数据，还是I/O在缓存中不存在的情况，需要从底层物理磁盘上读取数据。对于不同类型的磁盘，64KB的起始为是一个建议配置。

Linux创建分区对齐方法

描述了磁盘分区对齐的原理后，下面介绍如何使用fdisk创建对齐分区的例子。在Linux中，对齐分区操作需要要空数据的情况下进行，因为对齐分区操作会清空分区表并且该LUN上的数据会被删除。在这个例子中，我们对/dev/emcpowerfw设备，创建一个大小为51281 Cylinder(Cylinder是Symmetrix的计量单位，每个Cylinder大小为960KB，所以这个磁盘大小为50GB左右)、Offset错位大小为128个block的磁盘设备。方法和命令输出(图4)如下

方法1，使用fdisk创建分区对齐

Linux命令提示符下输入：

#fdisk /dev/emcpowerfw

输入n，创建一个分区：

输入p，创建分区为主分区：

输入起始Cylinder位置，默认为第一个：

输入最后Cylinder位置，默认为该磁盘设备的最后一个Cylinder：

输入x进入expect mode：

输入b，一定分区初始位置：

设定最初位置为128个block(128 block大小为64KB)：

再次输入p确认分区初始位置信息：

输入w保存退出：

方法2：使用parted创建对齐分区

Parted和fdisk相比，支持更多的类型(支持GPT)和更大的分区尺寸。下面一个例子给出一个给dev/sdb磁盘创建128bloc分区起始位的例子，方法和命令输出如下(图5)

Linux命令提示符下输入：

#parted /dev/sdb

将显示单位调整为Sector(大小512个字节)：

(parted)unit s

列出当前逻辑卷：

(parted)print

将原来Number1移除并且创建一个起始位为128 sector，小为976735934 sector的主分区。

(parted)rm 1

(parted)mkpart primary 128 976735934

(parted)print

参考

Parted命令手册及参数：http://www.gnu.org/software/parted/manual/parted.html#unit

Fdisk命令手册及参数：http://manpages.courier-mta.org/htmlman8/fdisk.8.html

磁盘分区对齐详解与配置- Windows篇 :https://community.emc.com/docs/DOC-18571

磁盘分区对齐详解与配置 Linux篇 :https://community.emc.com/docs/DOC-18666

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