Hvorfor Solid State Drives Slow Down Når du fyller dem opp

Referansene er klare: Solid state-stasjoner reduseres når du fyller dem. Fyll solid state-stasjonen til nærkapasitet, og skriveytelsen minker dramatisk. Årsaken er at SSD og NAND Flash-lagring fungerer.

Fylling av stasjonen til kapasitet er en av de tingene du aldri bør gjøre med en solid-state-stasjon. En nesten full solid state-stasjon vil ha mye langsommere skriveoperasjoner, noe som reduserer datamaskinen din.

Tomme blokker og delvis fylte blokker

Når du skriver en fil til solid state-stasjonen, ser den etter tomme blokker og fyller dem. Skrive til en tom blokk er den raskeste mulige skriveoperasjonen. Derfor støtter nye operativsystemer (Windows 7 og senere) TRIM-funksjonen, som automatisk sletter en fils data fra solid state-stasjonen så snart du sletter filen i operativsystemet. Dette fungerer annerledes enn magnetiske harddisker, der biter av slettede filer sitter rundt på harddisken.

De sitter ikke på en solid-state-stasjon - TRIM sikrer at blokken tømmes, slik at SSD raskt kan skrive nye data til den tomme blokken i fremtiden. Skrive over en allerede skrevet sektor er like rask som å skrive til en tom sektor på en mekanisk harddisk, men en solid state-stasjon må slette en blokk før du skriver til den.

NAND Flash Memory skriver data i 4 KB sider inne i 256 kB blokker. Hvis du vil legge til flere sider i en delvis fylt blokk, må solid state-stasjonen slette hele blokken før du skriver data tilbake til den.

Etter hvert som solid state-stasjonen fyller opp, er færre og færre tomme blokker tilgjengelige. På deres plass er delvis fylte blokker. Solid state-stasjonen kan ikke bare skrive de nye dataene til disse delvis fylte blokkene - det ville slette eksisterende data. I stedet for en enkel skriveoperasjon må solid state-stasjonen lese verdien av blokken i cachen, endre verdien med de nye dataene, og skriv den deretter tilbake. Husk at å skrive en fil vil trolig innebære å skrive til mange blokker, så dette kan introdusere en betydelig ekstra forsinkelse.

TRIM konsoliderer ikke delvist fylte blokker

Hvis du fyller en stasjon til kapasitet eller nær kapasitet, er det sannsynlig at du vil ende opp med mange delvis fylte blokker etter at du har slettet filer. TRIM-kommandoen styrer bare en solid state-stasjon for å fjerne fildata når filen slettes. Det tvinger ikke stasjonen til å gjøre noen form for opprydding.

Med andre ord, fyll en solid state-stasjon til kapasitet før du sletter filer, og du vil sannsynligvis ende opp med mange delvis fylte blokker. Stasjonen vil ikke gå ut av veien for å konsolidere disse delvis fylte blokkene i full blokker, frigjøre tomme blokker. Stasjonen vil fortsatt være full av delvis fylte blokker og skriveytelsen vil bli degradert.

Overprovisioning og Garbage Collection

For å hindre forbrukerne i å fylle opp solid state-stasjonene og ende opp med alvorlig forringet ytelse, går SSD-produsenter ut av deres måte å motvirke dette.

Solid-state-stasjoner av forbrukergrad setter ofte rundt 7% av deres totale flashlagring og gjør den utilgjengelig for brukeren. Dette er kjent som "overprovisioning" - ekstra lagring maskinvare er lagt til stasjonen, men er ikke synlig for datamaskinen som tilgjengelig lagring det kan bruke. Reserveområdet sikrer at stasjonen aldri kan bli helt full - det vil alltid være litt ekstra kapasitet for å holde skriveprestasjonen stabil.

Hver solid state-stasjonens kontroller har en søppelsamlingsalgoritme for å forsøke å redusere dette problemet. Når stasjonen blir full, vil den se etter delvis fylte blokker og begynne å konsolidere dem, og frigjøre så mange tomme blokker som mulig. Ulike solid state-stasjoner kjører disse operasjonene på forskjellige tidspunkter og terskler - det avhenger av stasjonens kontroller.

Benchmark Evidence

Anandtech utførte en rekke benchmarks med forskjellige stasjoner for å drøfte forholdet mellom et solid-state-drevs reserveområde og konsistensen av skriveoperasjonsytelsen. Ved fylling av en tom stasjon fant de høy skriveytelse veldig tidlig i prosessen, og en betydelig nedgang som skriveoperasjonen fortsatte å fylle opp stasjonen.

Innstilling av mer reserveområde på stasjonene bidro til at ytelsen forblir konsekvent, da det var sikret at stasjonen alltid hadde nok tomme blokker klar.

De oppdaget at "minimum ytelse forbedres vesentlig når du treffer 25% reserveområde for disse [forbruker] stasjonene." Deres endelige anbefaling var at du skulle "planlegge å bruke bare 75% av kapasiteten til [stasjonen din] hvis du vil ha en god balanse mellom ytelse konsistens og kapasitet. "

Hvis du har en solid-state-stasjon, bør du prøve å unngå å bruke mer enn 75% av kapasiteten. Kjøp en større stasjon med mer lagringsplass enn du trenger, og du vil sørge for at du alltid har konsekvent skriveytelse. Heldigvis blir SSDer etter hvert blitt mye billigere, så dette er ikke så dyrt som det en gang var.

Bildekreditt: Musikkort på Wikimedia Commons, Simon Wüllhorst på Flickr