Phenquestions
På bagsiden er der introduceret nye koncepter for også at optimere ydeevnen, levetiden og pålideligheden af disse nye enheder. Et sådant koncept er TRIM-operationen.
Layout af en SSD
SSD'er er lynhurtigt og bliver hurtigere og billigere hvert år. Deres pålidelighed er også blevet forbedret ret meget siden starten. Dog er SSD'er stadig ikke så pålidelige som magnetiske medier, og de er heller ikke så holdbare som en harddisk. Faktisk er de underliggende læse- og skrivmekanismer meget forskellige fra det, man ser inde i en harddisk.
For at forstå de problemer, en SSD lider under, og hvorfor vi har brug for TRIM-drift for at overvinde disse problemer, lad os først se på SSD-strukturen. Data lagres typisk i grupper af 4KB-celler, kaldet sider. Siderne grupperes derefter i klynger på 128 sider, kaldet Blocks, og hver blok er 512 KB, for de fleste SSD'er.
Du kan læse data fra en side, der indeholder nogle oplysninger, eller du kan skrive data til sider, der er rene (uden allerede eksisterende data i dem, kun en række 1'er). Du kan dog ikke overskrive data på en 4KB-side, der allerede er skrevet til, uden at overskrive alle de andre 512KB.
Dette er en konsekvens af det faktum, at de nødvendige spændinger til at vende en 0 til 1 ofte er meget højere end omvendt. Den overskydende spænding kan potentielt vende bits på de tilstødende celler og ødelægge data.
Sletning Betjening af en SSDs ydelsesnedbrydning
Når data siges at være 'slettet' af operativsystemet markerer SSD kun alle de tilsvarende sider som ugyldige snarere end at slette dataene. Dette er meget lig det, der også sker inden i en harddisk, sektorerne er markeret som fri snarere end at blive fysisk nulstillet. Dette gør sletningen meget hurtigere.
I tilfælde af harddiske fungerer dette fint. Når der skal skrives nye data, kan du overskrive de gamle data på en befriet sektor uden problemer eller bekymringer omkring de omkringliggende sektorer. HDD'er kan ændre data på plads.
I tilfælde af en SSD er dette ikke så simpelt. Lad os sige, at du ændrer en fil, og det svarer til en ændring af en enkelt 4KB-side. Når du prøver at ændre en 4KB-side i en SSD, skal hele indholdet af dens blok, hele 512 KB, læses i en cache (cachen kan indbygges i SSD'en, eller det kan være systemets hovedhukommelse) og så skal blokken slettes, og så kan du skrive de nye data til din målrettede 4KB-side. Du bliver også nødt til at skrive tilbage de resterende umodificerede 508KB data, som du kopierede til din cache.
Disse resultater tilføjer fænomenet skriveforstærkning, hvor hver skriveoperation bliver forstærket til en læs-modificer-skriv-operation for klumper af data, der er meget større end de faktiske data, der skal placeres.
Oprindeligt vises denne forstærkning ikke. Din SSD klarer sig meget godt i starten. Efterhånden som blokke bliver fyldt, nås det uundgåelige punkt, hvor flere og flere skriveoperationer begynder at involvere de dyre læse-ændre-skrive-operationer. Brugeren begynder at bemærke, at SSD'en ikke fungerer så godt som den oprindeligt gjorde.
SSD-controllere forsøger også at sikre, at dataene spredes over hele disken. Så alle matricer får lige så meget slid. Dette er vigtigt, fordi flashhukommelsesceller har tendens til at blive slidte hurtigt, og hvis vi derfor kun bruger de første par tusinder af blokke, der ignorerer resten af SSD'en, bliver de få blokke slidte snart. Spredning af data over flere matricer forbedrer også din præstation, da du kan læse eller skrive data parallelt.
Nu er imidlertid skrivene spredt, hvilket øger chancerne for, at en blok har en side. Dette fremskynder nedbrydningsprocessen yderligere.
TRIM-kommando og frigørelse af blokke
TRIM-kommandoen minimerer forringelse af ydeevne ved periodisk at trimme de ugyldige sider. For eksempel TRIMER Windows 10 din SSD en gang hver uge. Alle data, der er blevet markeret som slettet af operativsystemet, bliver faktisk renset ud af hukommelsescellerne af SSD-controlleren, når denne operation køres. Ja, det skal stadig gennemlæse-ændre-skrive-operationen, men det sker kun en gang om ugen og kan planlægges i de timer, hvor dit system for det meste er ideelt.
Næste gang du vil skrive til en side, er den faktisk tom og klar til en direkte skriveoperation!
Den faktiske hyppighed af TRIM-kommandoen afhænger af, hvilken type system du kører. Databaser har tendens til at udføre mange IO'er og vil således kræve en hyppigere beskæring. Men hvis du gør det for ofte, vil databasefunktionerne blive langsommere i den periode, hvor TRIM kører. Det er en opgave for en systemarkitekt at finde den rette tidsplan og frekvens.
Begrænsninger
TRIM-kommando er meget nyttig til at forsinke ydelsesforringelsen af din enhed. Det hjælper med at opretholde gennemsnit enhedens ydeevne. Men det er kun i gennemsnit.
Antag, hvis du arbejder med et tekstdokument og konstant skriver til filen, redigerer du tingene og gemmer, så du ikke mister nogen fremskridt. Siderne, der lagrer dokumentets data, skal stadig gennemgå den ulidelige læse-ændre-skrive-cyklus, fordi TRIM ikke er en tjeneste, der konstant optimerer din SSD. Selvom den kørte som en tjeneste, vil præstationseffekten stadig være synlig, fordi den er indbygget i selve mekanikken i en SSD's drift.
Også at køre SSD TRIM for ofte kan reducere levetiden på din lagerplads. Da al denne sletning og skrivecyklus vil udslette cellerne, der gør dataene gemt i dem skrivebeskyttede.
Konklusion
På trods af alle manglerne ved en SSD pakker den stadig enorme ydelsesfordele sammenlignet med en traditionel harddisk. Efterhånden som markedsandelen for disse magiske enheder vokser, vil mere forskning og teknisk indsats være rettet mod at forbedre den underliggende teknologi.
Operativsystemleverandører, SSD-chipproducenter og de mennesker, der skriver al den komplekse firmwarelogik, mødes for at give os denne fantastiske enhed. TRIM er kun et af de mange mange lag af kompleksitet, der er pakket derinde.
Referencer
- AnandTech og deres vidunderlige forskning og gennemgang af SSD'er.
- Wikipedia-artikel om skrivforstærkning
- Skriv op på Arstechnia om SSD'er og deres interne funktion
