Prečo polovodičové pohony spomaľujú, keď ich naplníte

Referenčné hodnoty sú jasné: Jednotky SSD sa spomaľujú pri ich naplnení. Naplňte svoj pevný disk do blízkosti kapacity a jeho účinnosť zápisu dramaticky poklesne. Dôvod, prečo spočíva v tom, ako fungujú jednotky SSD a NAND Flash.

Naplnenie kapacity jednotky je jednou z vecí, ktoré by ste nikdy nemali robiť s pevným diskom. Takmer plná polovodičová jednotka bude mať oveľa pomalšie zapisovanie a spomalenie vášho počítača.

Prázdne bloky a čiastočne vyplnené bloky

Keď na pevný disk napíšete súbor, hľadá prázdne bloky a naplní ich. Zapísanie do prázdneho bloku je najrýchlejšia možná operácia zápisu. Preto nové operačné systémy (Windows 7 a novšie) podporujú funkciu TRIM, ktorá automaticky odstráni údaje súboru z jednotky SSD hneď, ako odstránite súbor vo vašom operačnom systéme. Toto funguje inak ako magnetické pevné disky, kde na pevnom disku sedia bity zmazaných súborov.

Netýkajú sa pevného disku - TRIM zaisťuje, že blok je vyprázdnený, takže SSD môže v budúcnosti rýchlo zapisovať nové údaje do prázdneho bloku. Písanie nad už zapísaným sektorom je rovnako rýchle ako písanie do prázdneho sektoru na mechnickom pevnom disku, ale pevný disk musí vymazať blok pred zápisom do neho.

Pamäť NAND Flash zapisuje údaje na 4 KB stránky vnútri blokov 256 kB. Ak chcete do čiastočne naplneného bloku pridať ďalšie stránky, jednotka SSD musí pred zápisom dát späť do nej vymazať celý blok.

Keď sa váš pevný disk zaplní, je k dispozícii menej prázdnych blokov. Na ich mieste sú čiastočne vyplnené bloky. Jednotka SSD nemôže len zapísať nové dáta do týchto čiastočne vyplnených blokov - čím by sa vymazali existujúce údaje. Namiesto jednoduchej operácie zápisu musí pevná jednotka čítať hodnotu bloku do vyrovnávacej pamäte, upraviť hodnotu novými údajmi a potom ju zapísať späť. Majte na pamäti, že písanie súboru bude pravdepodobne zahŕňať písanie na mnoho blokov, takže to môže zaviesť významné množstvo ďalšieho oneskorenia.

TRIM nekonzoliduje čiastočne vyplnené bloky

Ak naplníte jednotku kapacitu alebo kapacitu, je pravdepodobné, že po odstránení súborov skončíte s mnohými čiastočne vyplnenými blokmi. Príkaz TRIM presmeruje jednotku SSD na odstránenie súborov po odstránení súboru. Nevyžaduje jednotku, aby vykonávala akúkoľvek operáciu čistenia.

Inými slovami, pred vymazaním súborov vyplňte pevný disk do kapacity a pravdepodobne skončíte s mnohými čiastočne vyplnenými blokmi. Pohon nevyjde z cesty, aby tieto bloky čiastočne naplnené do plných blokov, čím uvoľní prázdne bloky. Pohon bude stále plný čiastočne vyplnených blokov a výkon zápisu sa zníži.

Nadhodnocovanie a zber odpadu

Aby sa zabránilo tomu, že spotrebitelia zaplnia svoj pevný disk a skončia s vážnym zhoršením výkonu, výrobcovia SSD sa vyhnú.

Jednotky solid-state pre spotrebiteľov často vyčleňujú okolo 7% svojho celkového úložného priestoru pre flash a robia ich pre používateľov nedostupné. Toto je známe ako "overprovisioning" - do jednotky je pridaný extra hardvér, ktorý však nie je viditeľný pre počítač ako dostupný úložný priestor, ktorý môže používať. Úložná oblasť zaručuje, že pohon sa nikdy úplne nezaplní - vždy bude existovať určitá voľná kapacita, ktorá pomôže udržať stabilitu zápisu.

Každý riadiaci modul pevného disku má algoritmus na zhromažďovanie odpadu, aby sa pokúsil tento problém zmierniť. Keď sa jednotka zaplní, bude hľadať čiastočne naplnené bloky a začne ich konsolidovať, čím uvoľní čo najviac prázdnych blokov. Rôzne jednotky SSD spúšťajú tieto operácie v rôznych časoch a prahových hodnotách - záleží na ovládači jednotky.

Benchmark dôkazy

Spoločnosť Anandtech vykonala rôzne merania s rôznymi jednotkami, aby odhalila vzťah medzi náhradnou plochou pevného disku a konzistentnosťou výkonu pri zapisovaní. Pri naplnení prázdnej jednotky zistili vysokú schopnosť zápisu veľmi skoro v procese a výrazný pokles, pretože operácie zápisu naďalej zaplňovali disk.

Odloženie väčšej rezervnej plochy na diskoch pomohlo udržať konštantný výkon, pretože zabezpečil, že pohon by mal mať vždy dostatok prázdnych blokov.

Zistili, že "minimálny výkon sa podstatne zlepší, keď dosiahnete 25% rezervnú plochu pre tieto [spotrebiteľské] jednotky." Ich konečné odporúčanie bolo, že by ste mali "plánovať používanie iba 75% kapacity vašej jednotky, ak chcete dosiahnuť dobrú rovnováhu medzi konzistentnosťou výkonnosti a kapacitou. "

Ak máte pevný disk, mali by ste sa pokúsiť vyhnúť používaniu viac ako 75% svojej kapacity. Kúpte si väčšiu jednotku s viacerými úložnými priestormi, ako potrebujete, a zabezpečíte, aby ste vždy mali konzistentnú výkonnosť zápisu. Našťastie SSD sa postupne stávajú oveľa lacnejšími, takže to nie je tak drahé ako kedysi.

Obrazový kredit: Hudobný sorter na Wikimedia Commons, Simon Wüllhorst na Flickr