PC Magazine/RE - Журнал PC Magazine/RE №10/2009

PC Magazine/RE:Какие особенности конструкции SSD и их контроллеров ведут к падению производительности?

Н. Ч.: Разница между SSD и обычными жесткими дисками состоит в том, что SSD содержит флэш-память, а флэш-память использует различные единицы объема информации при записи и удалении: скажем, единица записи – «страница», в то время как единица удаления – «блок» (512 Кбайт = 128 страниц = 1 блок). Давайте рассмотрим конкретный пример, чтобы объяснить, как это работает. Допустим, у нас есть SSD емкостью 20 Кбайт, на котором уже находится 8 Кбайт данных, а 4 Кбайт пространства отмечено как «уже очищенная область». Предполагается, что осталось 12 Кбайт пространства. Тем не менее 4 Кбайт «уже очищенной области» фактически не были очищены, а просто были помечены как «свободные». Итак, осталось только 8 Кбайт свободного пространства. Когда вы захотите сохранить на диске картинку размером 12 Кбайт, компьютеру придется расчистить еще 4 Кбайт пространства, поэтому он запускает «функцию фактического удаления», удаляющую 1 блок за раз из-за особенностей флэш-памяти. Операционная система поместит исходные данные в буфер и очистит 1 блок на SSD. Между тем 4 Кбайт из так называемой уже очищенной области, находящиеся в буфере, будут удалены фактически, после чего новая картина будет помещена в буфер. После завершения этих двух шагов 12-Кбайт картинка будет перемещена из буфера на SSD. Очевидно, что все эти перемещения отнимают много времени. Поэтому, чтобы улучшить скорость передачи данных, последние SSD имеют скрытое свободное пространство для хранения данных. Если вернуться к предыдущему примеру, приняв во внимание, что теперь у нас есть скрытое свободное пространство, компьютеру уже не нужно перемещать данные в буфер для очистки места на SSD. При этом повышается скорость передачи. Однако «метод скрытого свободного пространства» не решает самой проблемы. Ненужные данные все еще необходимо удалить. Процедура удаления просто переносится на потом. Это объясняет, почему производительность SSD ухудшается после того, как он проработает в течение определенного периода времени.

PC Magazine/RE:Что можно порекомендовать пользователям SSD (особенно намеренным использовать эти диски в коммерческих проектах, соблазнившись их высокой номинальной производительностью), чтобы минимизировать эффект падения производительности?

Н. Ч.: Во избежание проблем, описанных во втором вопросе, мы хотели бы уведомить пользователей SSD о существовании полезной команды TRIM. По определению Microsoft, TRIM расшифровывается как «Уведомление об удалении и подсказка о неиспользуемых кластерах». Команда TRIM позволяет операционной системе сообщить полупроводниковому диску, какие блоки данных больше не используются, и наша ОС может очистить область заранее, решая проблему из вопроса 2. В рамках стандарта интерфейса AT Attachment (ATA) спецификация команды TRIM была стандартизирована под руководством Технического комитета T13 Международного комитета по стандартам информационных технологий. TRIM реализована в ядре Linux 2.6.28, выпущенном 25 декабря 2008 г., а также в Windows 7 Release Candidate и Windows Server 2008 R2.

На SSD A-DATA серии S592 и SX95 были установлены прошивки контроллера INDIlinx для того, чтобы пользователи могли работать с операционной системой Windows 7. Прошивки реализуют функциональность команды TRIM, что помогает решить проблему падения производительности SSD. Теперь фанаты SSD могут попробовать SSD-накопители A-DATA и устранить проблемы с производительностью.

Для определения быстродействия накопителей применялся набор синтетических тестов из состава утилиты HD Tune Pro (свободно распространяемую версию 3.50 можно загрузить с сайта разработчика www.hdtune.com). По четырем встроенным сценариям оценивались:

• скорость последовательного считывания данных с диска (Read Transfer Rate). По результатам испытаний определялась средняя (Average), максимальная (Maximum) и минимальная (Minimum) скорость чтения;

• скорость передачи данных в burst-режиме (Burst Rate);

• скорость последовательной записи данных (Write Transfer Rate). В ходе измерений определялась средняя (Average), максимальная (Maximum) и минимальная (Minimum) скорость записи;

• длительность операции произвольного доступа к данным (Access Time);

• интенсивность загрузки ЦП (CPU Usage).

Потенциал накопителей, работающих со средствами NCQ (оптимизация очереди входящих команд для достижения максимальной производительности накопителя – снижением интенсивности перемещений головок НЖМД либо тщательным распределением высвобождающихся ячеек SSD для записи новых данных), помог выявить специализированный тестовый пакет Iometer (сборка 2006.07.27.win32, подробнее по адресу www.iometer.org). На базе встроенных сценариев программа позволяет моделировать нагрузку на дисковую подсистему, работающую в составе файл– и Web-сервера или рабочей станции. В итоге выводится оценка скорости обработки запросов (количество обработанных запросов в единицу времени для различных вариантов загрузки Outstanding I/O). В ходе испытаний ядро Iometer оперирует обращением к не разбитым на разделы и неформатированным накопителям, что гарантирует чистоту эксперимента.

Сценарий тестов выполнялся под управлением ОС Windows Vista Ultimate 32-bit с подключенным обновлением Service Pack 2 и комплектом видеодрайверов ATI Catalyst 9.6, DirectX 10.1 (экранное разрешение 1920×1200, 32-разрядная глубина цвета, частота кадровой развертки 60 Гц). Стендовое оборудование было представлено платформой на базе четырехъядерного ЦП Intel Xeon X5560 (тактовая частота 2,80 ГГц), системной платы ASUS P6T6 WS Revolution (набор микросхем Intel X58/ICH10R), графической платы GIGABYTE GV-R487D5-1GD (ГП ATI Radeon HD 4870 1024MB) и 6-Гбайт памяти Patriot Memory PC3-12800 1600 Mhz. Система оснащалась системным 1-Тбайт жестким диском SATA Seagate Barracuda 7200.11 ST31000340AS.

Тестирование проводилось с использованием 32-разрядной ОС Windows Vista; проводились замеры и с ОС Windows XP SP3. Если тестовые показатели демонстрировали большую разницу, данные для испытаний под Windows XP вносились в итоговую таблицу особо. Для большинства накопителей SSD отказ от использования 64-бит ОС означает заведомое занижение их тестовых результатов, а также слабую воспроизводимость измерений. Однако мы осознанно пошли на такой шаг, поскольку в основном аудитория наших читателей, подыскивающих накопители для персонального использования, предпочитает именно 32-бит версии ОС Windows (даже в сочетании с полноценными 64-бит процессорами), чтобы обеспечить максимальную совместимость ОС с повседневно эксплуатируемым ПО. Кроме того, в России очень велик парк домашних и офисных ПК с 32-разрядными процессорами. Тем не менее мы не исключаем, что в следующих аналогичных испытаниях наш стенд будет уже оснащаться 64-бит версией Windows 7.