Phenquestions
Aan de andere kant zijn er nieuwe concepten geïntroduceerd om ook de prestaties, levensduur en betrouwbaarheid van deze nieuwe apparaten te optimaliseren. Een zo'n concept is de TRIM-bewerking.
Indeling van een SSD
SSD's zijn razendsnel en worden elk jaar sneller en goedkoper. Hun betrouwbaarheid is ook behoorlijk verbeterd sinds hun oprichting. SSD's zijn echter nog steeds niet zo betrouwbaar als magnetische media, en evenmin zijn ze zo duurzaam als een harde schijf. In feite zijn de onderliggende lees-schrijfmechanismen heel anders dan wat men in een HDD ziet.
Om de problemen te begrijpen waaraan een SSD lijdt en waarom we TRIM-bewerking nodig hebben om die problemen op te lossen, laten we eerst eens kijken naar de structuur van de SSD. Gegevens worden meestal opgeslagen in groepen van 4 KB-cellen, pagina's genoemd. De pagina's worden vervolgens gegroepeerd in clusters van 128 pagina's, genaamd Blocks en elk blok is 512 KB, voor de meeste SSD's.
U kunt gegevens lezen van een pagina die enige informatie bevat of u kunt gegevens schrijven naar pagina's die schoon zijn (zonder reeds bestaande gegevens erin, alleen een reeks van enen). U kunt echter geen gegevens overschrijven op een 4KB-pagina waarnaar al is geschreven, zonder alle andere 512KB-pagina's te overschrijven.
Dit is een gevolg van het feit dat de spanningen die nodig zijn om een 0 naar 1 om te draaien vaak veel hoger zijn dan het omgekeerde. De overmatige spanning kan mogelijk bits op de aangrenzende cellen omdraaien en gegevens beschadigen.
Verwijdering De prestatievermindering van een SSD
Wanneer gegevens zouden zijn 'verwijderd' door het besturingssysteem markeert de SSD alleen alle bijbehorende pagina's als ongeldig, in plaats van de gegevens te verwijderen. Dit is vrij gelijkaardig aan wat er ook in een HDD gebeurt, de sectoren zijn: gemarkeerd als gratis in plaats van fysiek op nul te worden gezet. Dit maakt het verwijderen veel sneller.
In het geval van HDD's werkt dit prima. Als er nieuwe gegevens moeten worden geschreven, kunt u de oude gegevens overschrijven op een bevrijd sector zonder problemen of zorgen over de omliggende sectoren. HDD's kunnen gegevens wijzigen in situ.
In het geval van een SSD is dit niet zo eenvoudig. Stel dat u een bestand wijzigt en dat komt overeen met een wijziging van een enkele pagina van 4 KB. Wanneer u een pagina van 4 KB in een SSD probeert te wijzigen, moet de volledige inhoud van het blok, de hele 512 KB ervan, in een cache worden ingelezen (de cache kan in de SSD worden ingebouwd of kan het hoofdgeheugen van het systeem zijn) en dan moet het blok worden gewist en dan kun je de nieuwe gegevens naar je doelpagina van 4 KB schrijven. U moet ook de resterende ongewijzigde 508KB aan gegevens terugschrijven die u naar uw cache hebt gekopieerd.
Deze resultaten dragen bij aan het fenomeen van schrijfversterking, waarbij elke schrijfbewerking wordt versterkt tot een lees-wijzig-schrijfbewerking voor stukken gegevens die veel groter zijn dan de daadwerkelijke gegevens die moeten worden ingevoerd.
Aanvankelijk verschijnt deze versterking niet. Uw SSD presteert in het begin erg goed. Uiteindelijk, naarmate blokken worden opgevuld, wordt het onvermijdelijke punt bereikt waar steeds meer schrijfbewerkingen beginnen met de dure lees-aanpas-schrijfbewerkingen. De gebruiker begint te merken dat de SSD niet zo goed presteert als in eerste instantie.
SSD-controllers proberen er ook voor te zorgen dat de gegevens over de schijf worden verspreid. Zodat alle matrijzen gelijke mate van slijtage krijgen. Dit is belangrijk omdat flash-geheugencellen de neiging hebben om snel te verslijten, en als we daarom continu alleen de eerste paar duizenden blokken gebruiken en de rest van de SSD negeren, zullen die paar blokken snel versleten raken. Het spreiden van gegevens over meerdere stempels verbetert ook uw prestaties omdat u gegevens parallel kunt lezen of schrijven.
Nu zijn de schrijfacties echter verspreid, waardoor de kans groter wordt dat een blok een pagina heeft. Dit versnelt het afbraakproces verder.
TRIM Commando en vrijmaken van de blokken
Het TRIM-commando minimaliseert prestatievermindering door periodiek de ongeldige pagina's bij te snijden. Windows 10 TRIMs bijvoorbeeld uw SSD één keer per week. Alle gegevens die door het besturingssysteem als verwijderd zijn gemarkeerd, worden door de SSD-controller daadwerkelijk uit de geheugencellen verwijderd wanneer die bewerking wordt uitgevoerd. Ja, het moet nog steeds de bewerking lezen-wijzigen-schrijven doorlopen, maar het gebeurt slechts één keer per week en kan worden gepland in de uren dat uw systeem meestal ideaal is.
De volgende keer dat u naar een pagina wilt schrijven, is deze eigenlijk leeg en klaar voor een directe schrijfbewerking!
De werkelijke frequentie van het TRIM-commando hangt af van het soort systeem dat u gebruikt. Databases hebben de neiging om veel IO's te doen en zouden daarom vaker moeten worden bijgesneden. Als u het echter te vaak doet, zullen de databasebewerkingen vertragen gedurende de periode dat TRIM actief is. Het is de taak van een systeemarchitect om de juiste planning en frequentie te vinden.
Beperkingen
TRIM-opdracht is erg handig bij het vertragen van de prestatievermindering van uw apparaat. Het helpt de maintain gemiddelde prestaties van uw apparaat. Maar dat is slechts gemiddeld.
Stel, als je met een tekstdocument werkt en constant naar het bestand schrijft, dingen aan het bewerken en opslaan bent, zodat je geen voortgang verliest. De pagina's waarop de gegevens van het document worden opgeslagen, moeten nog steeds de ondraaglijke lees-wijzig-schrijfcyclus doorlopen, omdat TRIM geen service is die uw SSD voortdurend optimaliseert. Zelfs als het als een service zou worden uitgevoerd, zal de impact op de prestaties nog steeds zichtbaar zijn omdat het is ingebouwd in de mechanica van de werking van een SSD.
Ook het te vaak uitvoeren van SSD TRIM kan de levensduur van uw opslag verkorten. Omdat al die verwijderings- en schrijfcyclus de cellen zal verslijten, waardoor de gegevens die erin zijn opgeslagen alleen-lezen worden.
Conclusie
Ondanks alle tekortkomingen van een SSD biedt het nog steeds enorme prestatievoordelen in vergelijking met een traditionele harde schijf. Naarmate het marktaandeel voor deze magische apparaten groeit, zullen meer onderzoeks- en technische inspanningen worden gericht op het verbeteren van de onderliggende technologie.
Verkopers van besturingssystemen, fabrikanten van SSD-chips en de mensen die alle complexe firmware-logica schrijven, komen samen om ons dit geweldige apparaat te geven. TRIM is maar een van de vele lagen van complexiteit die erin zitten.
Referenties
- AnandTech en hun wonderonderzoek en beoordeling van SSD's.
- Wikipedia-artikel over schrijfversterking
- Schrijf op Arstechnia over SSD's en hun interne werking
