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FreeBSD下对Raid、SSD和4K设备用分区对齐来提升性能

注：下面这些命令在下面系统中测试通过：FreeBSD9.1，FreeBSD9.2，FreeBSD10.0以及FreeBSD10.1。

默认情况下，FreeBSD安装程序不会对下面的设备进行正确的分区对齐：Raid阵列、SSD、或其他4K设备（有时叫AdvancedFormat）。

在应用这些设备的时候，这将导致一个突出的性能问题，因为一个系统层面的I/O操作，在磁盘或控制器上将被转化为两次或更多次的操作，并且这些操作是毫无意义的。

如上图片示，当中一个USF block处于两个Raid block中间，这样的结果中：操作系统中的一个OS block，将在产生四次I/O操作。
（译注：比如UFS读一次，将被分成raid中的两次读，而每次Raid读操作，要分别在两个磁盘上再产生一次读操作，由于就UFS的一次读写，就被放大为磁盘上的四次读写）

对于分区对齐所有下层设备边界的情况下，设备block浪费的I/O将被减半。对于Raid控制器来说，这意味着strip size和下层磁盘的block sizes，对于SSD和其他AdvancedFormat磁盘来说，这就是block size（一般是4K）：

当分区对齐时，你会发现一次操作仅产生了一次Raid I/O操作。

其中关键的边界问题：文件系统(OS)，Raid阵列的strip size（如果你使用raid的话），以及最终的磁盘物理block size。

这里有一个简单的性能对比表，系统为：FreeBSD9.0；存储系统是：LSI 3ware 9750-8i，六块6Gb/s的SATA磁盘，RAID10：

分区	写速度	读速度	随机寻道
未对齐	250 MiB/sec	316 MiB/sec	266 per sec
对齐	366 MiB/sec	388 MiB/sec	334 per sec

在上面的示例中，我们能看到提升的比例：写46%，读22%，以及25%的寻道。

好消息

幸运的是，我们可以在安装过程中直接对齐分区。

在这个教程中，我们将在FreeBSD的Installer中，手动创建一个GPT分区表，再创建我们需要的对齐分区，然后再格式化我们的root文件系统。

第一步：启动FreeBSD安装程序

按正常步骤启动FreeBSD的安装程序。当被问到你想怎么样对磁盘进行分区时，选择：“Shell”：

第二步：设置分区

一旦进入shell，执行下面的命令对两块磁盘设置GPT分区和Slice。
这些示例假设你的磁盘“da0”（SCSI）使用了1MiB的对齐。关键的操作是-a参数，它的作用是对UFS分区指定对齐点（开始和结束会同时指定）。我们推荐1Mib对齐是因为这不仅适用于4K设备，并且可以适用于其他任何RAID strip size不大于1MiB的设备。这将会导致在磁盘的结束有少量的剩余空间——这也有一个好处，就是当你更换磁盘的时候，可以选择这段空间更少的厂家。

你会注意到：我没有对boot和swap分区对齐，这是因为它们不是“真正的”拥有blcks的文件系统。另外如果你使用了单独的/var、/usr、/tmp等分区，你要使用-a参数来进行对齐。

第三步：创建并挂载Root（/）文件系统

我们在这里格式化root文件系统，启用soft update（－U）功能。我还使用了“-L root”来标识这个文件系统，但这不是必需的。然后，我们把这个新的文件系统挂载到/mnt（这就是安装程序所需要的目标文件系统）。
如果你使用的是SSD，在newfs时需要再添加一个-t 参数，用来启用TRIM功能，像下面的例子：

到这儿，我们需要创建一个fstab文件，把它放到安装程序需要的位置：

离开分区shell，并且继续安装：

第四步：继续安装

对，像正常安装一样，继续剩下的安装步骤就行了。

后续的考虑

如果你正在使用RAID阵列、SSD或者其他4K设备来安装FreeBSD，我强烈建议安装用几个像bonnie（在ports里）的工具，用来测试I/O性能，并且来验证一下对齐所带来的性能是否跟预期的一致。最好在你开始个性调整和安装其他系统之前做完这些事。