Linux磁盤分區對齊詳解與配置

作者：佚名 2014-06-09 10:09:31

許多系統管理員可能不曾聽過”磁盤分區對齊“之說，甚至一些有經驗的存儲管理員對分區對齊也不甚了解。磁盤分區不對齊現象是什么，為什么會造成比較嚴重的性能下降？相反，配置正確的分區起始位置（Offset）設置會使存儲系統發揮更大的性能潛力。文章就磁盤分區對齊進行的介紹，并且給出了在Windows平臺上如何配置的方法。

什么是磁盤分區對齊（Disk Alignment、Partition Alignment）

Windows的磁盤有一種結構叫做Master Boot Record(MBR), 它的默認大小為63個Block（每個大小為512字節）。它的存在使得磁盤的初始位置和的磁盤上***個分區的初始位置有63個Block的錯位。如果磁盤的單個Track大于63個Block的話。這就會導致默認的初始的位置是從第64個開始。使文件系統的中的Track和位于磁盤中的兩個Track之上。這種不對齊現象會導致存儲系統的性能下降，原因是單個I/O請求會跨越多個磁盤上的Track，從而導致存儲系統的額外性能開銷。特別是對于一些隨機I/O比較較大的應用程序，影響將更大。

而對于Windows 2003以后支持的GPT Disk，也會存在磁盤分區不對齊的現象，但是結構有所不同。如圖1所示（圖中單位為Block，512字節），所有的分區由1MB大小（2048 Block）構成，***個分區從LBA 34開始，即17KB大小位置。這也就意味著所有的分區會有17KB的不對齊的情況發生。同樣會導致I/O讀寫性能影響。

存儲系統的磁道區域與Linux分區對齊問題

出于***化性能需求，任何到后端存儲陣列的I/O需要通過配置適當的結構化，從而避免任何I/O操作跨界現象的發生。如果I/O操作跨越多個界限，會帶來額外的資源開銷從而造成性能下降。所以，為了避免因為分區不對齊所造成的性能影響。需要使用工fdisk或者parted工具創建和對齊分區。

如何選擇一個正確的磁盤分區offset值，基本上EMC和其他廠商建議的值都是“64KB”。為什么要選擇64KB這個值呢，這里解釋一下。首先講一下一個叫做物理磁道區域的概念。因為對于不同類型的保護級別，也可以說叫Raid和磁盤類型，這個區域的范圍有所不同的。我們舉兩個個例子：

Symmetrix緩存中的磁道區域單位大小為一個Track，即64個Block、32KB大小。如圖2所示，如果磁盤分區沒有被對齊，則任何32KB或者更大的I/O就需要跨越兩個Track來進行，50%的16KB的I/O會可能會跨越兩個Track，25%的8KB也會跨越兩個Track，造成額外的存儲系統性能開銷。

看了***個例子，讀者可能會想，那把起始位右移一個Block就好了啊，（MBR+Reserved=63Block），就不會有跨Track的I/O發生了。接下來我們再看另外一個例子。一個3+1 Raid5的單個條帶大小為四個Track，即256個Block、128KB大小。如果對于這類的磁盤，使用第64個block為起始位置，當linux I/O大小達到64KB的時候，如果I/O直接從緩存（單個track為32KB），則正好完成兩次讀取。但是如果，兩個連續的64KB I/O，且需要牽涉到后端Raid5的物理磁盤讀寫，如下圖所示，第二個64KB就會出現跨越兩個條帶的情況發生，從而倒是讀或者寫的開銷加倍。

在這種情況下，需要將起始位置調節成建議配置（64KB），這樣一來，Linux***I/O大小的情況也不會發生跨多個條帶的情況發生了。（圖3）

所以說，無論是從存儲系統的緩存從讀取數據，還是I/O在緩存中不存在的情況，需要從底層物理磁盤上讀取數據。對于不同類型的磁盤，64KB的起始為是一個建議配置。

Linux創建分區對齊方法

描述了磁盤分區對齊的原理后，下面介紹如何使用fdisk創建對齊分區的例子。在Linux中，對齊分區操作需要要空數據的情況下進行，因為對齊分區操作會清空分區表并且該LUN上的數據會被刪除。在這個例子中，我們對/dev/emcpowerfw設備，創建一個大小為51281 Cylinder（Cylinder是Symmetrix的計量單位，每個Cylinder大小為960KB，所以這個磁盤大小為50GB左右）、Offset錯位大小為128個block的磁盤設備。方法和命令輸出（圖4）如下

方法1，使用fdisk創建分區對齊

Linux命令提示符下輸入：

# fdisk /dev/emcpowerfw

輸入n，創建一個分區：

輸入p，創建分區為主分區：

輸入起始Cylinder位置，默認為***個：

輸入***Cylinder位置，默認為該磁盤設備的***一個Cylinder：

輸入x進入expect mode：

輸入b，一定分區初始位置：

設定最初位置為128個block（128 block大小為64KB）：

再次輸入p確認分區初始位置信息：

輸入w保存退出：