来源:内容来自超能网,谢谢。
使用闪存为存储载体的SSD的读写过程与传统的HDD有着本质上的不同,特别是在写入方面,HDD是可以直接对存储在磁碟上的数据进行覆盖写入的,SSD并不能这样,闪存需要先擦除原来的数据再把新的数据写进去,不能直接覆写数据使得SSD多了擦除的操作,而写入单位(Page)与擦除单位(Block)的不统一又让SSD不停地在各个Block区块之间折腾,SSD用久了需要擦除的区块就会越多,性能自然也会变慢,然而现在的SSD基本都不会这样,为什么会这样呢?
浦科特的SSD就以True Speed不掉速
SSD的写入方式决定了它越用越慢的特性,数据写入的越多性能就会越差,不过现在的SSD都支持TRIM指令与GC垃圾回收功能,在他们俩的守护下可以确保你的SSD里面即使写入得再多东西也不会轻易掉速。
TRIM指令
TRIM指令是微软提出的,但是SSD厂商也有支持与不支持TRIM之分,所以还是跟SSD有一定关系。
TRIM是基于SATA控制器的一个指令,一旦有文件删除或者分区格式化,操作系统就会发TRIM指令给SSD主控告诉它某处的数据已经删除了,SSD因而知道哪些数据是能动的哪些不能动的,之后就可以进行清空操作以恢复性能了。不过这个过程不是马上就完成的,TRIM命令是即时发送到SSD主控中的,但是什么时候开始清空数据是主控算法的事。
对TRIM指令的支持是现在SSD主控必备的
之所以有这么一个沟通过程还是跟SSD与HDD的读写方式不同有关,首先操作系统的删除数据并不是真正把数据清空了,只是加了删除的标签而已(就像摘了门牌号,房子还在一样)就是说真实的数据还在,不过普通的操作访问不到了,但是一些专用的数据恢复软件可以把这些数据再找回来。
HDD机械硬盘是可以直接在原有数据上直接覆盖,但是SSD不行,必须要清空原有数据才能写入新数据,而系统并非真正删除数据的特性会对SSD的性能造成影响,TRIM指令的存在使得SSD能够紧紧跟随OS的操作意图,擦除已删除的无用数据以恢复SSD性能。
上图很好的说明了TRIM指令是如何工作的,前三步分别是空数据、写数据和删除部分数据,在此之后TRIM指令就会通知SSD主控可以清空红色区域的无用数据,之后SSD的性能就可以恢复如初了。
TRIM支持与否依赖于操作系统、磁盘控制器驱动以及SSD主控,Win7、Windows 2008 R2、Linux 2.6.33、MAC OS 10.6.6、Free BSD 8.2及之后的系统都支持TRIM或者类似指令,Intel 9.6.0.1014及之后的磁盘驱动都可以支持,不过TRIM指令并不强制要求AHCI,IDE模式也可以,只是SSD几乎没谁用IDE模式吧。
微软PPT中专门解释过TRIM指令的工作方式和优点
Intel在RST 11.5之后的驱动中提供RAID模式的TRIM指令支持,还有一些厂商用自己的方式解决了RAID模式下的TRIM指令问题。另外,XP系统下是不支持TRIM指令的,不过三星的工具软件也可以让其SSD实现类似TRIM的功能。
浦科特M8Se有着很高的TRIM效率,这可以提高产品的性能稳定性,能让SSD能够保持较长时间的高速运行,还可以抑制写入放大,提高闪存的寿命:
用户可以自行检查TRIM指令开启与否,打开CMD窗口定位到“fsutil behavior set DisableDeleteNotify 0”表示启用TRIM,如果是1就表示禁用状态或者不支持。
GC垃圾回收
垃圾回收(garbage collection,简称GC)是SSD恢复性能的另一大秘籍,这个主要跟厂商所用的主控有关,其意义就跟字面意思一样,通过清理无用的垃圾数据保持SSD性能如新。
它的存在还是跟SSD的特性有关,空盘下SSD写入数据所需时间以ns计,但是擦除数据的过程则以ms计,写入的数据越多,需要擦除的时间也越长,SSD的写入性能就会严重下降,GC机制相当于”腾笼换鸟”,把原本杂乱无章存放的数据整理一遍,然后写入到新的空白区,之前的区块就会进行清除操作以恢复正常性能。
GC的处理过程
由于各种写入、删除操作会在SSD留下杂乱的数据,其中有些是还有用的,有些就是无效的,GC功能启动之后就把有用的数据拷贝到另外的区块,这一步相当于“腾笼”,原来存储数据的区域就会被 清除,恢复空盘水平以准备写入新的数据,这就是“换鸟”了。
上面只是理论操作过程,具体怎么做还有个选择问题,如果在SSD读写数据的同时进行GC操作,这种实时GC(Real Time GC)对主控的性能是个考验,一方面要往空白区写入数据,同时还要照顾无效数据的“拆迁”工作,这么频繁折腾SSD的话估计SSD那有限的读写寿命也支撑不住,实时GC并不可取。
浦科特在2011年的M2P就使用过相当激进的实时GC功能,性能确实不会降低,不过那个时候的闪存还是32nm的MLC,寿命相当有保障,现在无论MLC还是TLC都不够胆这样玩了。
目前的GC大都是在SSD闲置时才开始工作,也就是所谓的“Idle Time GC(闲置GC)”了。厂商会在主控中设定一个条件,比如空白容量达到某种比例才开始GC处理,这样就预先释放了空白空间,如果达到设定条件的上限,那么GC也会停止,这样处理比实时GC更利于延长SSD寿命。
闲置GC也不是完美无缺的,它会带来额外的写入放大,因为在GC处理开始之前,某些整理过的页面(page)可能正在变脏,不过闲置GC增加的写入放大率非常小,OCZ称其SSD的闲置GC只有额外的1%放大率,影响非常小,整体上依然是利大于弊。
现在的SSD大都是利用TRIM和闲置GC相辅相成工作的,当用户删除或者修改文件时,系统就会发送TRIM指令告诉SSD那部分数据可以删掉了,然后SSD在闲置时就会对这部分区域进行GC腾出空白的闪存空间,实时GC功能现在在启用SLC Cache的SSD上会比较明显,毕竟它们要快速的腾出SLC Cache空间给后续的数据,这样才能确保SSD拥有高速的写入。
TRIM指令通知给SSD的可删除数据越多,GC操作需要转移的数据就越少,写入量也会减少,对SSD来说也是延长使用寿命的一种方式。
今天是《半导体行业观察》为您分享的第1327期内容,欢迎关注。
关注微信公众号 半导体行业观察,后台回复关键词获取更多内容
回复 雄心,看《苹果的芯片帝国雄心》
回复 张汝京,看《中国半导体教父张汝京的“三落三起”》
回复 国产,看《国产手机崛起背后的最大受益者》
回复 ASR,看《ASR收购Marvell MBU背后:一段有关RDA的爱恨情仇》
回复 IC,看《一文看懂 IC 产业结构及竞争关系》
回复 展会,看《2017最新半导体展会会议日历》
回复 投稿,看《如何成为“半导体行业观察”的一员 》
回复 搜索,还能轻松找到其他你感兴趣的文章!
摩尔邀请您加入精英微信群
你好,感谢长期对半导体行业观察的关注和支持!为了方便各位精英专家交流,我们组建了一些专业、微信交流群,欢迎你加入,我们还会邀请在摩尔直播App做过技术和行业分享的100+技术大牛入群和大家交流。加群方法: 长按二维码,加群主为好友,填写加群需求信息,拉你入群。(微信限制每天好友添加数量只有300人,请耐心等待)
地域群:
上海、深圳、北京、江苏.浙江、西安、武汉、成都.重庆、合肥、厦门.晋华、大连、台湾、新加坡、日本.韩国、美国、欧洲、摩尔直播学习群。
专业群:
模拟射频设计、EDA.IP、数字芯片设计、模拟混合信号设计、版图Layout、数字PR.验证、晶圆制造Fab、设备EE、半导体材料、半导体设备、封装测试、半导体投资、市场销售、AE.FAE、嵌入式开发、实习交流、采购.IC代理
专业微信群规则:
1. 专业、高效交流,建议进群请修改群昵称,格式:公司或学校+职位或专业+中文或英文,请服从群主管理,如果多次违规会被请出交流群;
2. 原则上每人加不超过3个群,精彩讨论内容,群主会负责在不同群同步,既然加了群,请大家尽量置顶群,积极参与群讨论;
3. 群里聊天讨论仅限半导体专业内容,杜绝专业无关内容,特别是养生、拉票、微商等内容,严格禁止,为自己公司打广告以不引起群友反感为限;
4. 前100人免费,超过100人后,新进群者发新人红包,金额随意,讨个彩头。群友每增加100人,群主发群红包庆祝,金额等于群友人数。
点击阅读原文加入摩尔精英