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SSD為啥這么快?秘密就在這里

發表于 討論求助 2021-10-26 10:25:43


  隨著科技的不斷發展,選擇SSD的用戶越來越多,用戶之所以選擇SSD是因為SSD的速度很快,SSD為啥這么快?下面就隨小編一起來了解下吧!
  使用閃存為存儲載體的SSD的讀寫過程與傳統的HDD有著本質上的不同,特別是在寫入方面,HDD是可以直接對存儲在磁碟上的數據進行覆蓋寫入的,SSD并不能這樣,閃存需要先擦除原來的數據再把新的數據寫進去,不能直接覆寫數據,使得SSD多了擦除的操作。而寫入單位(Page)與擦除單位(Block)的不統一又讓SSD不停地在各個Block區塊之間折騰,SSD用久了需要擦除的區塊就會越多,性能自然也會變慢,然而現在的SSD基本都不會這樣,為什么會這樣呢?

SSD為啥這么快?秘密就在這里---浦科特的SSD就以True Speed不掉速
  SSD的寫入方式決定了它越用越慢的特性,數據寫入的越多性能就會越差,不過現在的SSD都支持TRIM指令與GC垃圾回收功能,在他們倆的守護下可以確保你的SSD里面即使寫入得再多東西也不會輕易掉速,這就是SSD為啥這么快的主要原因。
TRIM指令
  TRIM指令是微軟提出的,但是SSD廠商也有支持與不支持TRIM之分,所以還是跟SSD有一定關系。
  TRIM是基于SATA控制器的一個指令,一旦有文件刪除或者分區格式化,操作系統就會發TRIM指令給SSD主控,告訴它某處的數據已經刪除了,SSD因而知道哪些數據是能動哪些不能動的,之后就可以進行清空操作以恢復性能了。不過這個過程不是馬上就完成的,TRIM命令是即時發送到SSD主控中的,但是什么時候開始清空數據是主控算法的事兒。

SSD為啥這么快?秘密就在這里---對TRIM指令的支持是現在SSD主控必備的
  之所以有這么一個溝通過程還是跟SSD與HDD的讀寫方式不同有關,首先操作系統的刪除數據并不是真正把數據清空了,只是加了刪除的標簽而已(就像摘了門牌號,房子還在一樣)。就是說真實的數據還在,不過普通的操作訪問不到了,但是一些專用的數據恢復軟件可以把這些數據再找回來。
  HDD機械硬盤是可以直接在原有數據上覆蓋,但是SSD不行,必須要清空原有數據才能寫入新數據,而系統并非真正刪除數據的特性會對SSD的性能造成影響,TRIM指令的存在使得SSD能夠緊緊跟隨OS的操作意圖,擦除已刪除的無用數據以恢復SSD性能。


  上圖很好的說明了TRIM指令是如何工作的,前三步分別是空數據、寫數據和刪除部分數據,在此之后TRIM指令就會通知SSD主控可以清空紅色區域的無用數據,之后SSD的性能就可以恢復如初了。
  TRIM支持與否依賴于操作系統、磁盤控制器驅動以及SSD主控,Win7、Windows 2008 R2、Linux 2.6.33、MAC OS 10.6.6、Free BSD 8.2及之后的系統都支持TRIM或者類似指令,Intel 9.6.0.1014及之后的磁盤驅動都可以支持,不過TRIM指令并不強制要求AHCI,IDE模式也可以,只是SSD幾乎沒誰用IDE模式吧。

SSD為啥這么快?秘密就在這里---微軟PPT中專門解釋過TRIM指令的工作方式和優點
  Intel在RST 11.5之后的驅動中提供RAID模式的TRIM指令支持,還有一些廠商用自己的方式解決了RAID模式下的TRIM指令問題。另外,XP系統下是不支持TRIM指令的,不過三星的工具軟件也可以讓其SSD實現類似TRIM的功能。
  浦科特M8Se有著很高的TRIM效率,這可以提高產品性能穩定性,讓SSD能夠保持較長時間的高速運行,還可以抑制寫入放大,提高閃存的壽命。
  用戶可以自行檢查TRIM指令開啟與否,打開CMD窗口定位到“fsutil behavior set DisableDeleteNotify 0”表示啟用TRIM,如果是1就表示禁用狀態或者不支持。

SSD為啥這么快?秘密就在這里---GC垃圾回收
  垃圾回收(garbage collection,簡稱GC)是SSD恢復性能的另一大秘籍,這個主要跟廠商所用的主控有關,其意義就跟字面意思一樣,通過清理無用的垃圾數據保持SSD性能如新。
  它的存在還是跟SSD的特性有關,空盤下SSD寫入數據所需時間以ns計,但是擦除數據的過程則以ms計,寫入的數據越多,需要擦除的時間也越長,SSD的寫入性能就會嚴重下降,GC機制相當于”騰籠換鳥”,把原本雜亂無章存放的數據整理一遍,然后寫入到新的空白區,之前的區塊就會進行清除操作以恢復正常性能。

SSD為啥這么快?秘密就在這里---GC的處理過程
  由于各種寫入、刪除操作會在SSD留下雜亂的數據,其中有些是還有用的,有些就是無效的,GC功能啟動之后就把有用的數據拷貝到另外的區塊,這一步相當于“騰籠”,原來存儲數據的區域就會被清除,恢復空盤水平以準備寫入新的數據,這就是“換鳥”了。
  上面只是理論操作過程,具體怎么做還有個選擇問題,如果在SSD讀寫數據的同時進行GC操作,這種實時GC(Real Time GC)對主控的性能是個考驗,一方面要往空白區寫入數據,同時還要照顧無效數據的“拆遷”工作,這么頻繁折騰SSD的話估計SSD那有限的讀寫壽命也支撐不住,實時GC不可取。


  浦科特在2011年的M2P就使用過相當激進的實時GC功能,性能確實不會降低,不過那個時候的閃存還是32nm的MLC,壽命相當有保障,現在無論MLC還是TLC都不夠膽這樣玩了。
  目前的GC大都是在SSD閑置時才開始工作,也就是所謂的“Idle Time GC(閑置GC)”了。廠商會在主控中設定一個條件,比如空白容量達到某種比例才開始GC處理,這樣就預先釋放了空白空間,如果達到設定條件的上限,那么GC也會停止,這樣處理比實時GC更利于延長SSD壽命。
  閑置GC也不是完美無缺的,它會帶來額外的寫入放大,因為在GC處理開始之前,某些整理過的頁面(page)可能正在變臟,不過閑置GC增加的寫入放大率非常小,OCZ稱其SSD的閑置GC只有額外的1%放大率,影響非常小,整體上依然是利大于弊。


  現在的SSD大都是利用TRIM和閑置GC相輔相成工作的,當用戶刪除或者修改文件時,系統就會發送TRIM指令告訴SSD那部分數據可以刪掉了,然后SSD在閑置時就會對這部分區域進行GC騰出空白的閃存空間,實時GC功能現在在啟用SLC Cac
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