固態(tài)硬盤的另一面

1、固態(tài)硬盤的另一面2011-01-11固態(tài)硬盤的另一面固態(tài)硬盤的另一面2011-01-04固態(tài)硬盤的另一面中天。有報道說百度、google等搜索引擎公司正計劃或者已經(jīng)將傳統(tǒng)硬盤換成為了固態(tài)硬盤,微軟表示其最新的操作系統(tǒng)windows 7將撐持ssd。而更多的企業(yè)和普通消費者正在對于固態(tài)硬盤進行評估。與傳統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)式、磁介質(zhì)硬盤比擬,固態(tài)硬盤沒有運動器件,其讀寫速度更快、更可靠,也更節(jié)能,因而,即使其價格被傳統(tǒng)硬盤高一些,用它代替?zhèn)鹘y(tǒng)硬盤也是值當(dāng)?shù)?。然?對于消費者來說,在真正采購固態(tài)硬盤的時辰,除開需要懂得固態(tài)硬盤價格較貴以外,還有必要懂得它的另一個特點：隨著時間的推移,ssd的性能會降落。根據(jù)固

2、態(tài)硬盤的種類不同或者品牌不同,其性能降落幅度也不同,但可以肯定的是,剛買的硬盤和你施用過一年以后的性能一定會相差甚多。另外,延長固態(tài)硬盤的施用壽命也是供應(yīng)商今朝正出力處理完成的疑難題目。磨耗平衡影響ssd性能眾所周知,傳統(tǒng)硬盤的數(shù)據(jù)存儲在磁介質(zhì)上,通過磁介質(zhì)的扭轉(zhuǎn)和讀寫臂的配合讀取磁介質(zhì)上的數(shù)據(jù),其讀寫數(shù)據(jù)性能基本一致,隨著施用時間的推移其性能也不會有較著變化。而ssd不同,其性能不是原封不動的,并且變化很較著。ssd的數(shù)據(jù)存儲在nand閃存中,此中沒有運動器件。對于ssd而言,其讀取數(shù)據(jù)的過程就是一個解析地址的過程,因此,其數(shù)據(jù)讀取的速度很是快。而數(shù)據(jù)寫入過程就復(fù)雜一些,分為兩個過程：清除數(shù)

3、據(jù),之后寫入。與數(shù)據(jù)的讀取比擬,固態(tài)硬盤的寫入速度會慢得多。因為固態(tài)硬盤的數(shù)據(jù)寫入要復(fù)雜一些,固態(tài)硬盤的控制器會執(zhí)行一種名為磨耗平衡(wear-leveling)的操作,對于里面的數(shù)據(jù)進行重新安排,有些數(shù)據(jù)會從一個位置被轉(zhuǎn)移到另一個位置。為了完成這一操作,ssd的控制器中保留一份名單,記錄這些個被移動的數(shù)據(jù)的位置。要是固態(tài)硬盤是新的,此中的nand閃存已經(jīng)預(yù)先擦除潔凈,因此數(shù)據(jù)可以直接寫入閃存,而無須完成數(shù)據(jù)清除這一步,這時候數(shù)據(jù)的寫入很是快。隨著時間的推移,ssd中從未施用的存儲空間越來越少,很多時辰必需先擦除閃存中的數(shù)據(jù)之后再寫入,因此其性能就會較著降落。并且,盡管磨耗平衡的目的是避免數(shù)據(jù)

4、重復(fù)在某個空間寫入,以保證各個存儲區(qū)域內(nèi)磨耗程度基本一致,從而達到延長固態(tài)硬盤的目的。但是,它也會影響固態(tài)硬盤的性能。另外,為了達到磨耗平衡的目的,ssd會時常把常施用的數(shù)據(jù)從一種位置移動到另一個位置,這一舉動還會引發(fā)數(shù)據(jù)碎片的疑難題目。與傳統(tǒng)硬盤同樣,數(shù)據(jù)碎片也是ssd性能降落的禍?zhǔn)椎準(zhǔn)字?。ssd的壽命有多長固態(tài)硬盤的性能與壽命是有關(guān)系的。凡是,固態(tài)硬盤的性能越差意味著它的施用壽命就越短。這是因為固態(tài)硬盤的磨耗與固態(tài)硬盤上發(fā)生的數(shù)據(jù)寫入和清除回數(shù)直接相關(guān)。發(fā)生寫數(shù)據(jù)的回數(shù)越多,其壽命就越短。今朝,市場的固態(tài)硬盤分為兩類。一類為每個閃存單位存儲1位的slc(single-level cell

5、),價格較貴,主要面向企業(yè)。另一類為每個閃存單位保存2到多位(現(xiàn)已到4位)mlc,主要面向普通消費者,價格要便宜得多。mlc固態(tài)硬盤的可寫入回數(shù)為200010000,slc固態(tài)硬盤的可寫入回數(shù)是mlc的10倍左右。為了延長固態(tài)硬盤的施用壽命,打造商們想盡了辦法。除開前邊提到的磨耗平衡技術(shù)以外,還在ssd中插手dram緩存,把數(shù)據(jù)先緩存在dram中,之后集中寫入,從而減少寫入回數(shù)。另一個減少寫入回數(shù)的辦法是在ssd的控制器或者處理器中插手一個專門的芯片,它能把多個寫入操作組合到一路,以提高寫入效率。有的供應(yīng)商還接納另一種辦法,即為ssd額外多供給一些閃存單位,要是ssd中有些閃存單位損壞,可以替

6、補施用。例如,有些ssd標(biāo)明是100gb的存儲空間,其內(nèi)部實際可能有120gb的存儲能力。額外的20gb日常平凡不用,等到有單位壞失機再施用。恰是因為固態(tài)硬盤的性能和其施用壽命是緊密相關(guān)的,固態(tài)硬盤打造商需要在讀寫速度和施用壽命之間做出最好平衡。值當(dāng)高興的是,盡管ssd施用初期性能會降落,但性能會逐步不變下來。更為重要的是,即使ssd性能會降落,但與傳統(tǒng)硬盤比擬,其i/o性能仍然會高出25倍。諸多因素影響壽命和性能除開磨耗平衡技術(shù)影響性能以外,另外一個對于ssd性能和壽命都有影響的是所有nand閃存都在施用的一項技術(shù)：寫入放大(write amplification)。在nand閃存中,數(shù)據(jù)是

7、按塊組織的,這一點與傳統(tǒng)硬盤同樣,而與傳統(tǒng)硬盤不同的地方在于ssd中的塊巨細(xì)是固定的。好比,nand閃存的塊規(guī)定為512k,那么即使一個待寫入的數(shù)據(jù)塊只有4k,也必需占用一個塊的空間。一旦這個塊的數(shù)據(jù)中任何一個部分需要修改,也必需先全部擦除,之后再重新寫入。不同ssd的數(shù)據(jù)寫入放大比率有所不同,規(guī)模在1520之間,這也就意味著,每1mb的數(shù)據(jù)被寫入ssd實際需要占用15mb20mb的存儲空間。而另一個疑難題目是,nand閃存中塊的巨細(xì)與windows系統(tǒng)中凡似的寫哀求不般配,windows系統(tǒng)中大多數(shù)時辰寫入的數(shù)據(jù)量比nand閃存中的塊小。這兩者不般配會影響ssd的寫入性能。ssd的讀寫算法也

8、會對于性能造成影響。ssd控制器中的讀寫算法賣力找到準(zhǔn)備寫入數(shù)據(jù)的位置,把原有的數(shù)據(jù)讀出來,標(biāo)記位刪除,之后重新給這個數(shù)據(jù)找一個儲存安放位置,最后再把新的數(shù)據(jù)寫入這個塊中。在這一過程當(dāng)中,ssd必需將塊中原有的數(shù)據(jù)讀出來,之后再找個新位置重新寫進去,而對于施用者來說,這個過程與他要存儲的新數(shù)據(jù)沒有關(guān)系,純屬浪費時間。這是所有基于nand的ssd所共同面臨的疑難題目,到今朝為止,還沒有從根本上處理完成。恰是由于ssd所能承受的寫入回數(shù)有限,因此打造商正在設(shè)法減小write amplification的比率,以減少磨耗的回數(shù)。正如前邊所說,一些打造商通過一些算法來把多次寫哀求組合到一路來提高ssd

9、的性能,這一方法同樣也能提高ssd的存儲空間哄騙率,從而能減少數(shù)據(jù)的寫入回數(shù),另外也有一些打造商在ssd中增加緩存。不外,今朝事實這些個技術(shù)是如何提高存儲效率和哄騙率的,我們還不得而知,因為各個打造商都把這視為商業(yè)秘密而不愿意公開。據(jù)了解,intel就在ssd的控制器中增加了一個固件(firmware),它能把多次寫哀求集中到一路執(zhí)行,從而減少對于存儲的需求。intel的官方資料稱,其write amplification的比值低于1.1,也就是說,每1mb的數(shù)據(jù)實際需要1.1mb的存儲空間。另一個主要的ssd供應(yīng)商三星稱其把這個值控制在1.03左右,這意味著均等只有3%的浪費。如何評估硬盤的

10、壽命對于傳統(tǒng)硬盤,人們常用均等無故障時間(mbtf)來標(biāo)識其可靠性,現(xiàn)在很多ssd打造商借用這個指標(biāo)來申明ssd質(zhì)量的高低。顯然,這個指標(biāo)不克不及完全申明ssd的施用壽命。事實上,要是其他條件同樣,ssd的壽命與其如何施用有密切關(guān)系。好比,intel的消費級ssd x25-m的mtbf為120萬個鐘頭,與普通的磁介質(zhì)大體相當(dāng)。但是,要是每天寫入100gb數(shù)據(jù)的話,就只可以施用5年。值當(dāng)注意的是,ssd的施用壽命主要取決于其寫入數(shù)據(jù)的回數(shù),而與讀取回數(shù)關(guān)系不大。有鑒于此,那些以一次存取,多次查詢?yōu)橹鞯膽?yīng)用形式(如搜索引擎、數(shù)據(jù)堆棧)應(yīng)該是ssd最適合的應(yīng)用場合。ssd的施用壽命還與其到底接納的是

11、mlc還是slc技術(shù)有關(guān)。好比,intel接納slc技術(shù)生產(chǎn)的64gb的ssd x25-e,從一個新盤到最終壞失,總共約莫能寫入2p的數(shù)據(jù),而一個mlc(如x25-m)平生只能寫入15tb的數(shù)據(jù)。一般而言,ssd的實際壽命與用戶如何施用以及其接納的工藝有關(guān)。但總體來說,slc的ssd要比mlc的ssd壽命更長一些。為了幫忙人們正確地評估一個ssd,存儲界正在著手?jǐn)M定有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。jedec(joint electronic device engineering council,結(jié)合電子工程委員會)下的一個ssd小組正在制訂一個評估ssd壽命的標(biāo)準(zhǔn),有望在今年出臺。jedec提出了兩種評估ssd壽

12、命的方法。一個是供像戴爾和聯(lián)想這樣的oem廠商施用,它們可以對于ssd每個數(shù)據(jù)塊所能經(jīng)受的最大寫數(shù)據(jù)回數(shù)進行測定,以評估ssd的壽命。標(biāo)準(zhǔn)中包括一些基于各類存儲應(yīng)用場景預(yù)測ssd壽命的模型。.另一個方法供ssd的打造商施用。該標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)ssd施用磨耗平衡和寫入放大算法后的均等性能對于ssd的壽命進行分級。值當(dāng)注意的是,新ssd性能因為沒有擦除這道工作而不再測算的規(guī)模之內(nèi)。業(yè)內(nèi)子士遍及以為,隨著ssd的普及,普通消費者需要一個統(tǒng)一的指標(biāo)來判定一個ssd的質(zhì)量和壽命,而不至于被各類眼花繚亂的廠商宣傳蒙住了雙眼。而這恰是jedec制訂上面所說的標(biāo)準(zhǔn)的價值所在。windows 7將撐持ssd微軟已經(jīng)較著

13、表示windows 7將撐持ssd,施用ssd時windows 7將運行得更快。微軟說,windows 7對于ssd的撐持無須用戶的任何設(shè)置。好比,會自動辨識存儲設(shè)備是傳統(tǒng)硬盤還是ssd。若為ssd,就會關(guān)失磁盤重組功能,避免ssd不斷執(zhí)行重復(fù)讀寫工作,從而延長ssd在pc中的施用壽命。另外,從vista開始施用的哄騙優(yōu)盤的存儲能力以加速系統(tǒng)運行readyboost功能在部署ssd時也會關(guān)失。微軟表示,用戶從剛剛發(fā)布的windows 7rc中就已經(jīng)可以充實感遭到對于ssd的撐持了。好比,接納ssd后windows 7對于小塊的數(shù)據(jù)其讀取速度比用傳統(tǒng)硬盤時快100倍,要是大的視頻文件其讀取速度也會快兩倍以上。對于大多數(shù)ssd而言,大文件的寫入也會比傳統(tǒng)硬盤快,特別是當(dāng)ssd是新的或者空的時辰。同時,微軟也認(rèn)可,到今朝為止隨著施用時間的延長,ssd的性能降落疑難題目在windows 7中還會碰到,特別要是用的是老式的低端ssd,有可能會很慢。好比,隨著ssd的施用,在寫入較小的文件時,windows 7的用戶可能會感覺到性能的降落,性能具體降