В чем преимущество SSD перед оптимизацией выделения ресурсов

Обновлено: 21.11.2024

Хотя твердотельные накопители (SSD) часто похожи на механические жесткие диски (HDD) по физическим размерам (например, высоте, ширине и длине) и внешнему интерфейсу (например, интерфейсу SATA или SAS), внутреннее низкоуровневое функционирование и компоненты твердотельного накопителя сильно отличаются от конструкции вращающегося магнитного диска жесткого диска.

После сборки SSD производитель SSD может зарезервировать дополнительный процент от общей емкости диска для избыточного выделения ресурсов (OP) во время программирования встроенного ПО. Чрезмерное выделение ресурсов повышает производительность и часто увеличивает срок службы твердотельного накопителя, помогая накопителю прослужить дольше благодаря тому, что контроллер твердотельного накопителя имеет больше доступного хранилища флэш-памяти NAND, чтобы уменьшить износ флэш-памяти NAND в течение срока службы.

128 ГБ td>

Физическая емкость	Пользовательская емкость	% избыточного выделения	Класс приложения
64 ГБ	60 ГБ	7%< /td>	Интенсивное чтение
96 ГБ	90 ГБ	7%	Интенсивное чтение< /td>
128 ГБ	120 ГБ	7%	Интенсивное чтение
100 ГБ	28%	Более интенсивная запись
256 ГБ	240 ГБ	7%	Интенсивное чтение
256 ГБ	200 ГБ	28%	Более интенсивная запись
512 ГБ	480 ГБ	7%	Интенсивное чтение
512 ГБ	400 ГБ	28%	Больше интенсивное чтение
1024 ГБ	960 ГБ	7%	Интенсивное чтение
1024 ГБ	800 ГБ	28%	Более интенсивная запись
2048 ГБ	1800 ГБ	14%	Интенсивное чтение
2048 ГБ	1600 ГБ	28%	Более интенсивная запись

Приложения могут быть интенсивными при чтении, например типичные клиентские рабочие нагрузки, когда пользователь обычно выполняет 20 % операций записи и 80 % операций чтения. Корпоративные приложения, использующие запоминающее устройство для кэширования чтения, будут интенсивно читать; если эти приложения будут записывать больше данных на устройство хранения, то они будут более интенсивными при записи.

Емкость OP, установленная производителем SSD, может различаться по размеру в зависимости от класса приложения SSD и общей емкости флэш-памяти NAND.

Большая емкость и другие классы приложений обычно конфигурируются с пропорционально большим избыточным выделением ресурсов из-за требований к ресурсам для управления большим количеством флэш-памяти NAND с использованием сборки мусора, запасных блоков и расширенных функций защиты данных.

Эта емкость OP недоступна для пользователя и невидима для операционной системы хоста. Он строго зарезервирован для использования контроллером SSD.

Преимущества избыточного выделения ресурсов (OP)

Как OP повышает производительность SSD

Каждый кристалл флэш-памяти NAND состоит из нескольких блоков, содержащих дополнительное множество страниц.

Флэш-память NAND можно читать и записывать на уровне страниц, но стирать только на уровне блоков.

Если необходимо изменить или стереть одну страницу на уже запрограммированной странице в блоке, то все содержимое блока, состоящее из нескольких страниц, должно быть сначала прочитано во временную память, а затем стерто, прежде чем новое содержимое блока может быть быть запрограммирован на один и тот же адрес блока.

Единственный сценарий, в котором страница может быть записана непосредственно в блок во флэш-памяти NAND без утомительного цикла чтения, модификации и записи, — это когда страница уже находится в пустом состоянии.

Сохранение большого количества блоков пустыми и в резерве за счет избыточного выделения ресурсов помогает поддерживать постоянную производительность, особенно в сценариях случайной записи с самым высоким коэффициентом усиления записи (WAF). 1

Как OP повышает долговечность SSD

Чтобы понять, почему SSD настроен с избыточным выделением ресурсов и какие преимущества это дает контроллеру SSD, мы должны вникнуть в типичную работу SSD и ограничения энергонезависимой флэш-памяти NAND.

Каждая ячейка флэш-памяти NAND имеет конечный ожидаемый срок службы, основанный на ее программе и стойкости к стиранию (P/E), который определяется в процессе производства производителем флэш-памяти NAND, поскольку каждая программа или функция стирания, выполняемая в ячейке флэш-памяти NAND подрывает способность клетки надежно хранить электрический заряд и, следовательно, может угрожать целостности данных.

Однако по мере перехода геометрии NAND из 2D в 3D ресурс NAND будет улучшаться, плотность кристаллов будет увеличиваться, а производственные затраты снижаться, что сделает твердотельные накопители более доступными.

Надежность программы/стирания флэш-памяти NAND и сложность чтения/программы/стирания, связанная с геометрией (в данном случае геометрия включает в себя двухмерные и трехмерные технологии производства)
Емкость твердотельного накопителя
Возможности и эффективность контроллера SSD (сборка мусора, усиление записи, управление блоками, выравнивание износа, код исправления ошибок).

Поддержание производительности и надежности за счет избыточного выделения ресурсов (OP)

Чтобы избежать ситуации, когда SSD полностью заполнен недействительными страницами, избыточное выделение ресурсов используется функцией сборки мусора контроллера SSD в качестве временной рабочей области для управления запланированными слияниями допустимых страниц и восстановления блоков, заполненных недействительными (или удаленными). ) страниц.

Любые восстановленные страницы/блоки затем добавляются к избыточно выделенной емкости, чтобы обеспечить выполнение операций записи с контроллера SSD и максимизировать производительность во время пиковой нагрузки трафика, поскольку чтение, стирание, изменение и запись всех действительных страниц обратно в хранилище влияют на производительность. уже частично полный блок, заполненный недействительными страницами, может быть медленным упражнением.

Сборка мусора работает независимо от операционной системы и автоматически запускается в периоды низкой активности, периодически или путем выдачи соответствующей команды TRIM управления набором данных ATA для планирования сборки мусора.

Всегда доступное количество пустых блоков за счет избыточной емкости помогает поддерживать эффективное выравнивание износа флэш-памяти NAND, поскольку контроллер твердотельного накопителя интеллектуально перераспределяет операции записи по всем ячейкам флэш-памяти NAND равномерно, не влияя на общую производительность твердотельного накопителя во время пиковые нагрузки трафика.

Кроме того, с помощью команды TRIM управления набором данных ATA можно увеличить доступное пространство на SSD, убрав все недопустимые страницы и неиспользуемую емкость пользователя.

Емкость отформатированного диска	Размер избыточного выделения	Последовательное чтение /Write	Стационарное чтение/запись 4k	TBW (JEDEC Enterprise 1 )	DWPD 2
480 ГБ (DC500R)	7%	550/500 МБ/с	98 000 /12 000 IOPS	438	0,5
480 ГБ (DC500M)	32%	555/520 МБ/с	98 000/58 000 IOPS	1139	1,3
960 ГБ (DC500R)	7%	555/520 МБ/с	98 000/20 000 IOPS	876	0,5
960 ГБ (DC500M)	32%	555/520 МБ/с	98 000/70 000 IOPS	2278	1,3
1920 ГБ (DC500R)	7%	555/520 МБ/с	98 000/24 000 IOPS	1752	0,5
1920 ГБ (DC500M )	32%	555/520 МБ/с	98 000/75 000 IOPS	4555	1,3< /td>
3840 ГБ (DC500R)	7%	555/520 МБ/с	98 000/28 000 IOPS< /td>	3504	0,5
3840 ГБ (DC500M)	32%	555 /520 МБ/с	98 000/75 000 IOPS	9110	1.3

Чтобы понять влияние OP, мы рассмотрим корпоративные твердотельные накопители Kingston, например DC500R SSD. Эти твердотельные накопители поставляются емкостью до 3,84 ТБ и позволяют пользователям использовать инструмент Kingston SSD Manager для настройки избыточного выделения. Регулируя размер OP, мы можем увидеть влияние на производительность и выносливость при использовании уровней OP 7 % и выше.

На контроллере HP Smart Array P822 этот параметр доступен при создании массива SSD. Хорошо это или плохо?

"Выполнить SSD Over Provisioning Optimization в массиве"

HP определяет эту функцию как:

«Оптимизация SSD Over Provisioning Optimization — новая функция, которая оптимизирует твердотельные устройства путем освобождения всех используемых блоков перед записью каких-либо данных на диск. Процесс оптимизации выполняется при создании первого логического диска в массиве и когда физический диск используется для замены отказавшего диска. Не все контроллеры поддерживают эту опцию."

Участвуйте, чтобы выиграть еженедельные подарочные карты (от 100 евро), Oculus и наушники/колонки

Конкурс завершается 27 марта 2022 г. Конкурсы Каждую неделю узнайте больше о том, как Red Hat может помочь вам добиться простоты и цифровых инноваций, и ответьте на вопрос. Детали конкурса Просмотреть все конкурсы

14 ответов

олидрх

Я бы сказал, что это хорошо, но я не уверен, что HP должен использовать здесь термин Over Provisioning.Если они не вносят изменения в зарезервированное пространство или какие блоки зарезервированы. Судя только по описанию, похоже, что контроллер будет выполнять «безопасное стирание» на дисках при создании первого логического диска и снова на диске, когда он используется для замены вышедшего из строя диска. Некоторые потребительские накопители, такие как Samsung, использующие свое программное обеспечение Magician, позволяют изменять избыточное пространство, выделенное в прошивке накопителя, для циклов P/E (программирование/стирание). Это пространство OP недоступно для хоста или ОС. Я считаю, что алгоритмы выравнивания износа используют это пространство, чтобы продлить срок службы привода. Вспоминая это из прошлого чтения.

Я полагаю, что в это время HP могла стирать диск и сбрасывать пространство операционной системы. Мне было бы интересно увидеть какие-либо подробности HP о том, что происходит в этой функции/функции. Не только это основное описание.

Карл Хольцхауэр

Согласен. Обычно избыточное предоставление — это хорошо, но, судя по описанию, которое вы даете, это не «правда» относительно предоставления.

Да, кажется, что HP не использует этот термин. Я также хотел бы получить более подробное описание от HP по этому вопросу.

Брианинка

Не уверен, что HP называет резервированием, но я помещаю полноразмерный том в массив RAID10, а затем извлекаю и уменьшаю размер раздела на 12–15 %. Я видел ужасное снижение производительности записи, когда я этого не делаю, вы должны дать TRIM немного места. Я не обнаружил, что диски «480, а не 512» или «960, а не 1024» достаточно агрессивны в своей «усадке», чтобы избежать деградации. Именно поэтому я не использую RAID5/RAID с паритетом с SSD, потому что компромиссы слишком сложно вычислить. Я только что заказал Supermicro с одним из наборов RAID10 с 8x800 ГБ твердотельных накопителей Micron Enterprise. Я сокращу первоначальный раздел, вероятно, до 2,8 ТБ. У меня есть данные за три года, говорящие мне, что это разумный путь.

Джон (Микрон)

Представитель бренда Micron

Когда я читаю описание HP, я обращаю внимание на слово «оптимизация», а не на «избыточное выделение ресурсов», поскольку я думаю, что они используют это слово «оптимизация» в том же смысле, что и в Windows 8/10. Это. В частности, оптимизация подразумевает, что они обрезают неиспользуемые блоки. Я думаю, это то, что они имеют в виду под «освобождением всех [edit] используемых блоков».

Когда вы устанавливаете раздел в Windows, Windows делает недействительными или освобождает все используемые LBA и отправляет этот список на диск (TRIM). Звучит аналогично новой функции HP.

StorageNinja

HP на 3PAR фактически использует обычно зарезервированное пространство с избыточным выделением, поскольку они выполняют собственную оптимизацию/сокращение данных/широкое чередование, чтобы они могли использовать эту емкость, а не удерживать ее из соображений долговечности. (Я думаю, что это то, что происходит, я позволю HPStorageGuy (HP) взять это отсюда.

HPEStorageGuy (HPE)

Представитель бренда HPE

Я могу объяснить, что мы имеем в виду под HP 3PAR. В случае со Smart Array мне потребуется помощь эксперта по HP ProLiant.

С помощью HP 3PAR мы делаем то, что называется адаптивной оптимизацией. По сути, мы работаем с нашими поставщиками твердотельных накопителей, чтобы получить уникальную для HP прошивку, которая оптимизирует то, как мы управляем и выделяем пространство, используемое как для резервирования на уровне массива, так и для резервирования флэш-носителей. Если не вдаваться в подробности, то твердотельные накопители, которые мы используем с 3PAR, на 20 % больше, чем стандартные отраслевые твердотельные накопители. Например, наши твердотельные накопители емкостью 1,9 ТБ — это 1,6 ТБ для всех остальных. Мы также только что анонсировали диски емкостью 3,84 ТБ, емкость которых для всех остальных на 20 % меньше.

Если вы хотите углубиться в детали, вот запись в блоге с кучей других сведений.

Что касается тонких технологий с 3PAR, есть действительно хороший (и длинный) технический документ, в котором все это описано.

Последний отзыв от меня: HP 3PAR только что был признан лучшим на выставке на саммите по флэш-памяти. И, конечно же, я только что опубликовал сообщение в блоге об этом. Я только что опубликовал сообщение в блоге об этом. Некоторое время я говорил о том, насколько чертовски крут 3PAR — тот факт, что мы получаем награды от стартапов, работающих на флеш-технологиях. что ж, я очень горжусь этим.

Я посмотрю, что смогу узнать об утверждении, касающемся Smart Storage Administrator QuickSpec.

HPEStorageGuy (HPE)

Представитель бренда HPE

Извините за задержку с ответом. Я обратился к нашей группе администраторов HP Smart Storage, и вот что они сказали:

Термин «Избыточное выделение» (OP) исходит непосредственно от поставщиков SSD-накопителей.

Чтобы лучше понять, вот некоторые основы SSD:

1) Они не могут перезаписать уже записанный блок без стирания.

а. Циклы стирания занимают намного больше времени, чем запись, поэтому на твердотельных накопителях есть дополнительное пространство на диске, где они могут «предварительно стереть» ненужные блоки и сделать их «готовыми» для использования для записи.

2) Объем пространства операционной системы МОЖЕТ напрямую влиять на

а. Производительность диска (в основном запись, но также и чтение)

б. Долговечность / срок службы — больший OP уменьшает объем пользовательских данных, которые необходимо переместить, прежде чем блок можно будет стереть

<р>в. Эти улучшения ОЧЕНЬ зависят от фактической нагрузки на диск (после любых воздействий RAID или кэширования)

3) Величина улучшения ОП подчиняется закону убывающей отдачи

а. Точка, в которой не происходит никакого дополнительного улучшения, очень зависит от:

<р>я. Поставщик диска, модель и емкость.

ii. Рабочая нагрузка

Функция «OPO – Оптимизация избыточного выделения» изначально выделяет все пространство SSD в пул избыточного выделения. Поскольку клиент создает логические диски, он уменьшает объем «дополнительного пространства операционной системы». Если клиент потребляет всю объявленную емкость диска, «дополнительных» улучшений OP не будет. Настройка OPO — это функция инициализации, а не функция времени выполнения, поэтому она НЕ увеличивает нагрузку на запросы доступа к данным пользователя.

NET: набор функций OPO позволяет использовать все нераспределенное «логическое» пространство SSD как «избыточно выделенное» пространство, отсюда и название «оптимизация избыточного выделения».

Многие из нас с теплотой вспоминают традиционную головоломку "15 квадратов". Имея всего один пустой квадрат, перемещение фигур в новые места требует значительных усилий, потому что свободного места очень мало. Полная головоломка на пятнадцать шестнадцатых делает геймплей сложным и интересным, но это, конечно, не то ограничение производительности, которое вам нужно для вашего твердотельного накопителя (SSD). Представьте, если бы та же головоломка была наполовину собрана из восьми частей. Ее можно было решить почти мгновенно. Больше свободного места позволяет быстрее перемещать фигуры и выполнять задачи (игры).

Твердотельные накопители работают по очень похожему принципу. Визуализируйте флэш-память NAND внутри SSD как головоломку, за исключением того, что количество свободного места на диске не является фиксированным.Производители используют различные тактики для повышения производительности, и одна из них заключается в выделении большего количества свободного места. Этот процесс известен как избыточное выделение ресурсов.

Минимальный объем избыточного пространства для SSD устанавливается на заводе-изготовителе, но пользователи могут выделить больше места для повышения производительности. В любом случае необходимо умеренное понимание избыточного выделения ресурсов, чтобы принимать более обоснованные решения о покупке твердотельных накопителей и настраивать диски наиболее выгодным образом для каждой уникальной среды и варианта использования.

Предыстория: природа записи на жесткий диск и на твердотельный накопитель

Еще одно упражнение по визуализации. Представьте, что у вас есть энциклопедия на 3000 страниц, полностью рандомизированная. Ни одна из записей не по порядку. Единственный возможный способ найти какую-либо часть информации — через оглавление, в котором отслеживается местоположение каждой записи. Без оглавления книга становится практически непригодной для использования.

Эта модель объясняет, как информация обычно записывается на жесткие диски (HDD). Данные размещаются там, где они подходят, и часто таким образом, который лучше всего способствует производительности чтения/записи. Физическое расположение данных не имеет значения, потому что основная таблица файлов (или MFT, эффективно оглавление диска) отслеживает каждый блок данных. Удаление файла с жесткого диска не требуется. Просто сотрите его запись в MFT, и с точки зрения хоста его больше нет. Только когда новые данные физически перезаписывают старые, они действительно исчезают, поэтому криминалистическое программное обеспечение часто может восстановить «удаленные» файлы из систем. Ключевым моментом, однако, является то, что жесткому диску все равно, есть данные в секторах или нет. Хост видит сектора только с точки зрения занятых или доступных для записи.

Твердотельные накопители работают по-разному. Основной единицей флэш-памяти NAND обычно является страница размером 4 килобайта (4 КБ), а в блоке обычно 128 страниц. Запись может происходить по одной странице за раз, но только на пустых (или стертых) страницах. Страницы не могут быть перезаписаны напрямую. Вернее, их нужно сначала стереть. Однако стирание страницы осложняется тем, что за один раз необходимо стирать целые блоки страниц. Когда хост хочет перезаписать адрес, SSD фактически записывает на другую пустую страницу, а затем обновляет таблицу адресов логических блоков (LBA) (во многом подобно MFT жесткого диска). Внутри таблицы LBA исходная страница помечается как «недопустимая», а новая страница помечается как текущее местоположение для новых данных.

Конечно, твердотельные накопители должны в какой-то момент стереть эти недействительные страницы данных, иначе доступное пространство на твердотельном накопителе в конечном итоге будет заполнено. Твердотельные накопители периодически проходят процесс, называемый сборкой мусора сборкой, чтобы очистить недействительные страницы данных. Во время этого процесса контроллер SSD или контроллер флэш-памяти, который управляет флэш-памятью NAND в SSD, считывает все правильные страницы блока
(пропуская недопустимые страницы) и записывает их в новый стертый блок. Затем исходный блок стирается, подготавливая его для новых данных.

Величина избыточного выделения

Все твердотельные накопители резервируют некоторое пространство для этих дополнительных операций записи, а также для микропрограммы контроллера, замены неисправных блоков и других уникальных функций, которые зависят от производителя контроллера твердотельного накопителя. Минимальный резерв — это просто разница между двоичными и десятичными соглашениями об именах. Многие люди в счастливом неведении о том, что один гигабайт (ГБ) равен ровно 1 000 000 000 байт, а один гибибайт (ГиБ) равен ровно 2^30 = 1 073 741 824 байта, или примерно на 7,37 % больше, чем ГБ. Многие люди также в блаженном неведении о том, что память правильно измеряется в гигабайтах, тогда как память правильно измеряется в гибибайтах. Несмотря на то, что твердотельные накопители построены из чипов флэш-памяти NAND, они продаются как устройства хранения, а производители твердотельных накопителей резервируют дополнительные 7,37% пространства памяти для фоновых операций, таких как сборка мусора. Например, твердотельный накопитель емкостью 128 ГБ будет содержать 128 * 73 741 824 = 94,4 млн байт встроенной избыточной памяти.

Миллиард байт памяти

Миллиард байтов памяти

Таким образом, даже если SSD кажется заполненным, на нем все равно остается 7,37 % доступного пространства для продолжения работы и выполнения операций записи. Однако, скорее всего, на этом уровне производительность записи пострадает. (Представьте себе головоломку из 15 квадратов с одним свободным квадратом.)

На практике производительность SSD начинает снижаться после того, как он заполняется примерно на 50 %. Вот почему некоторые производители сокращают количество ресурсов, доступных пользователю, и откладывают их в сторону как дополнительные избыточные ресурсы. Например, производитель может зарезервировать 28 из 128 ГБ и продавать полученную конфигурацию как твердотельный накопитель емкостью 100 ГБ с избыточным выделением 28%. На самом деле эти 28 % добавляются к встроенным 7,37 %, поэтому полезно знать, как поставщики используют эти термины. Пользователям также следует учитывать, что используемый SSD редко бывает полностью заполнен.SSD-накопители используют эту неиспользуемую емкость, динамически используя ее в качестве дополнительного резерва.

< td>7% < td>55

Процент избыточного выделения ресурсов
Продаваемый OP*	0%	7%	16%	28%
Истинный физический OP*	15%	25%	37%
Физическое ограничение SSD	Результирующая пользовательская емкость SSD
64	64	60	50
128	128	120	110	100
256	256	240	220	200

Некоторые производители твердотельных накопителей предоставляют программные инструменты, позволяющие пользователю выделять избыточное количество дисков. Собственно, даже без специального ПО любой пользователь может выделить часть SSD при первой его настройке в системе, создав раздел, не использующий полную емкость накопителя. Это невостребованное пространство будет автоматически использоваться контроллером для динамического резервирования.

У избыточного выделения есть один очевидный недостаток: чем больше неиспользуемой емкости резервируется для увеличения скорости записи, тем меньше места остается для хранения. С жесткими дисками аналогичная практика короткого перемещения, которая ограничивает чтение и запись самыми быстрыми внешними дорожками дисковых пластин, менее наказуема, поскольку стоимость гигабайта ниже для магнитных носителей. При цене от 1 до 3 долларов за гигабайт для твердотельных накопителей корпоративного класса решение отказаться от 25% или более емкости диска становится более сложным. Отказ от этих дорогих байтов должен принести реальную пользу!

На самом деле, есть много преимуществ — при правильных обстоятельствах.

Избыточное выделение ресурсов, случайная и последовательная записи и энтропия

Приведенный выше график представляет собой тестирование, проведенное компанией Seagate с использованием твердотельного накопителя на основе флэш-памяти Toshiba 24 нм MLC NAND и флэш-контроллера Seagate® SandForce® SF-2281 с технологией сокращения данных DuraWrite™. Здесь нужно учитывать больше, чем может показаться на первый взгляд. Давайте объясним несколько ключевых моментов, касающихся последовательного и случайного шаблонов данных.

Когда новый твердотельный накопитель поступает с завода, операции записи будут постепенно заполнять диск по прогрессивной линейной схеме до тех пор, пока адресуемое пространство хранения не будет полностью записано. По сути, это отражает идеальные условия последовательного письма. На данный момент сборка мусора не задействована, а небольшие очаги недопустимых данных, вызванные удалениями, еще не повлияли на производительность, поскольку не было необходимости записывать в эти карманы новые данные.

Однако, как только начинается сборка мусора, метод записи данных — последовательный или случайный — начинает влиять на производительность. Последовательно записываемые данные с хоста будут постоянно заполнять целые блоки флэш-памяти, а при замене данных вообще заменяется весь блок страниц. Затем во время сборки мусора все страницы в этом блоке становятся недействительными, и ничего не нужно перемещать в другой блок. Это максимально быстрая сборка мусора, т. е. сбор мусора не требуется. Горизонтальные линии на «графике последовательной записи» показывают, что производительность последовательной записи остается относительно неизменной независимо от того, насколько широко применяется избыточное выделение ресурсов.

Что действительно влияет на производительность, так это энтропия данных, при условии, что твердотельный накопитель использует контроллер флэш-памяти, поддерживающий технологию сокращения объема данных, например контроллер флэш-памяти SandForce. Энтропия данных — это мера случайности этих данных, не путать с данными, записываемыми случайным образом, а не последовательно. Например, полностью зашифрованный файл данных, фильм MPEG или сжатый файл ZIP будут иметь самую высокую энтропию, в то время как база данных, исполняемый файл и файлы других типов будут иметь более низкую энтропию. По мере уменьшения энтропии данных контроллер флэш-памяти с возможностью сокращения записи будет использовать преимущество более низкой энтропии и обеспечивать более высокую производительность. Однако при последовательной записи производительность остается неизменной при заданном уровне избыточной подготовки.

Напротив, когда данные записываются на SSD случайным образом, данные, помеченные как недействительные, разбросаны по всему SSD, создавая множество маленьких дыр в каждом блоке.Затем, когда сборка мусора воздействует на блок, содержащий случайно записанные данные, необходимо переместить больше данных в новые блоки, прежде чем блок можно будет стереть. Красная линия графика произвольной записи (выше) показывает, как будет работать большинство твердотельных накопителей. Обратите внимание, что в этом случае по мере увеличения объема избыточной подготовки выигрыш в производительности весьма значителен. Простой переход от 0 % избыточного выделения ресурсов (OP) к 7 % OP повышает производительность почти на 30 %. С контроллерами флэш-памяти, использующими технологию сокращения данных, прирост производительности не столь значителен, но производительность уже значительно выше для любого заданного уровня OP.

Избыточное выделение ресурсов и усиление записи

Как упоминалось ранее, операции записи на SSD обычно включают запись данных более одного раза: сначала при сохранении данных в первый раз, а затем при перемещении действительных данных во время нескольких циклов сборки мусора. В результате во флэш-память SSD обычно записывается больше данных, чем изначально было выдано хост-системой. Это несоответствие известно как усиление записи и обычно выражается как кратность. Например, если 2 МБ данных записываются во флэш-память, а с хоста выдается только 1 МБ, это будет означать усиление записи 2,0. Очевидно, что усиление записи нежелательно, потому что это означает, что на носитель записывается больше данных, что увеличивает износ и отрицательно влияет на производительность, потребляя драгоценную пропускную способность флэш-памяти. Несколько факторов могут влиять на усиление записи, главным из которых является процент данных, записанных случайным образом по сравнению с последовательным.

Удивительно, но во флэш-память также можно записать меньше данных, чем было выдано хостом. (Это может быть выражено как усиление записи, скажем, 0,5 или 0,7.) Технология сокращения данных DuraWrite, вероятно, является самым известным на сегодняшний день методом достижения этого посредством манипулирования данными в реальном времени. Только твердотельные накопители с аналогичной технологией сокращения данных могут создать усиление записи меньше единицы. По мере снижения энтропии данных с хоста технология DuraWrite приводит к тому, что во флэш-память записывается все меньше и меньше данных, оставляя больше места для избыточного выделения. Без аналогичной технологии сокращения данных твердотельный накопитель застрял бы с более высоким усилением записи.

Обратите внимание, что дополнительное избыточное выделение ресурсов и метод сокращения объема данных, например технология DuraWrite, могут обеспечить аналогичные результаты увеличения объема записи с различными компромиссами. Сравнительный анализ показывает, что только накопители с технологией сокращения данных DuraWrite или чем-то подобным могут воспользоваться преимуществами уменьшения усиления записи, связанного с энтропией, и, как следствие, повышения производительности. Обычные твердотельные накопители без аналогичной технологии ограничены усилением записи от заданного уровня избыточной подготовки. Например, обычный твердотельный накопитель с избыточным выделением ресурсов на 28 % будет демонстрировать такое же усиление записи (3,0), что и SSD с технологией DuraWrite, записывающий поток с энтропией 75 % и избыточным выделением 0 % при прочих равных условиях. Другими словами, этот сценарий показывает, как SSD, оснащенный технологией DuraWrite, может отображать тот же уровень усиления записи, что и стандартный SSD, при этом высвобождая 28 % емкости хранилища.

Следующий уровень эффективности

Твердотельный накопитель изначально не знает, какие блоки данных недействительны и доступны для замены новыми данными. Только когда операционная система (ОС) пытается сохранить новые данные в ранее использовавшемся месте, SSD узнает, что конкретное место содержит недопустимые данные. Все свободное пространство, не используемое пользователем, становится доступным для хранения любых данных, которые SSD считает действительными. Вот почему индустрия хранения данных создала команду TRIM. TRIM позволяет ОС предупреждать SSD о страницах, которые теперь содержат ненужные данные, чтобы их можно было пометить как недействительные. Когда это сделано, страницы не нужно копировать во время сборки мусора и выравнивания износа. Это уменьшает усиление записи и повышает производительность. На приведенном ниже рисунке показано, насколько TRIM может изменить ситуацию, предоставляя больше ресурсов для резервирования.

TRIM – это еще один метод, который поставщики могут использовать для увеличения избыточного выделения ресурсов, тем самым повышая производительность и увеличивая срок службы. Это показывает более предпочтительный способ восстановления емкости SSD для ускорения по сравнению с принуждением дисков к постоянному отказу от больших участков их емкости. Использование TRIM с технологией DuraWrite или подобных комбинаций дополнительных технологий может дать еще более впечатляющие результаты.

Заключение

Покупатели должны внимательно изучить свои рабочие нагрузки, оценить типичные уровни энтропии своих наборов данных и решить, какие технологии SSD обеспечат наибольшую выгоду от вложенных ими долларов. Благодаря уменьшению объема операций записи и использованию технологий, делающих работу твердотельных накопителей еще более эффективной, покупатели не только получат больше места для хранения на каждый доллар, но и это хранилище будет работать быстрее и дольше, чем могли бы обеспечить другие варианты.

Есть два варианта создания первого логического диска в массиве на DL360 g10; «Выполнять оптимизацию с избыточным выделением ресурсов» и «Не выполнять оптимизацию с избыточным выделением ресурсов».

Что происходит, когда я выбираю "Выполнить OPO" и когда я выбираю "Не выполнять OPO"?

Не могли бы вы сообщить мне разницу между Over Provisioning of SSD и Over Provisioning Optimization?

Отметить как новое
Добавить в закладки
Подписаться
Отключить звук
Отправить сообщение другу

"Выполнить SSD Over Provisioning Optimization в массиве"

HP определяет эту функцию как:

«Оптимизация SSD Over Provisioning Optimization — это новая функция, которая оптимизирует твердотельные устройства путем освобождения всех используемых блоков перед записью каких-либо данных на диск. Процесс оптимизации выполняется при создании первого логического диска в массиве и при физический диск используется для замены вышедшего из строя диска. Не все контроллеры поддерживают эту опцию."

Следуйте приведенным ниже документам для получения дополнительных разъяснений.

HPE Smart Storage Administrator — обзор

Руководство по настройке HPE Smart Array SR Gen10

Если вы считаете, что это было полезно, пожалуйста, нажмите ПРИЗНАТЕЛЬНОСТЬ! большой палец ниже!

Отметить как новое
Добавить в закладки
Подписаться
Отключить звук
Отправить сообщение другу

‎02.03.2020 19:05

Спасибо за любезный ответ.

Я понимаю Over Provisioning как функцию, которая обеспечивает дополнительную емкость специально для данных, которые должны быть удалены
с SSD. Но я не совсем понял определение OPO от HP и приведенные ниже документы

Я хочу знать, как функция OPO связана с OP для SSD и как OPO работает для OP для SSD?

Отметить как новое
Добавить в закладки
Подписаться
Отключить звук
Отправить сообщение другу

‎02-02-2021 12:03

У меня те же ожидания, что и у Jylee1, я не понимаю, что на самом деле делает эта функция.

Кто-нибудь может объяснить, на каком уровне работает эта функция? или что он делает?

заранее спасибо.

Отметить как новое
Добавить в закладки
Подписаться
Отключить звук
Отправить сообщение другу

‎02-02-2021 15:41

Чтобы начать объяснение, посмотрите здесь:

Отметить как новое
Добавить в закладки
Подписаться
Отключить звук
Отправить сообщение другу

‎12.01.2022 05:18

Помимо своих многочисленных преимуществ, кристаллы NAND имеют некоторые ограничения — количество циклов записи ограничено, и вы не можете просто записать любую ячейку — вам нужно очистить всю страницу, содержащую множество ячеек. Поэтому твердотельные накопители имеют собственную внутреннюю файловую систему, которая позволяет обойти ограничения.

Твердотельные накопители наиболее эффективны, когда они пусты.

Твердотельные накопители наиболее эффективны, когда в них есть неиспользуемые ячейки, которые можно использовать немедленно и быстро. По этой причине TRIM/UNMAP используется для информирования контроллера SSD, в каких блоках больше нет нужных данных, чтобы он мог использовать эти блоки в своих целях. Когда у нас есть SSD в каком-то неопределенном состоянии, может случиться так, что кто-то предварительно сохранил значительную часть ячеек с неактуальными данными, и SSD сохранит их содержимое без необходимости.

Поэтому эта оптимизация при создании новых томов сообщает контроллеру SSD, что все сектора должны быть очищены, и начинается с пустой карты. После этого SSD-носитель работает как новый.

Твердотельные накопители появились в 1950-х годах и в настоящее время получили широкое распространение. Многие пользователи имеют базовые знания об этом типе дисков, но концепция избыточного выделения SSD по-прежнему сбивает с толку. Этот пост от MiniTool подробно описывает, что такое избыточное выделение ресурсов SSD, и объясняет, почему это необходимо.

Быстрая навигация:

Что такое SSD Over-provisioning (OP)?

Чтобы лучше понять, что такое избыточное выделение SSD, давайте сначала узнаем, как данные хранятся и стираются на SSD.

Как SSD хранят данные?

Как известно, твердотельные накопители хранят данные во флэш-памяти NAND. Благодаря этому данные на твердотельных накопителях не могут быть перезаписаны при записи новых данных. Почему? Продолжайте читать.

Каждая флэш-память NAND состоит из нескольких блоков, и каждый блок состоит примерно из 128 страниц. Данные на твердотельных накопителях считываются и записываются на уровне страниц, но стираются на уровне блоков. Существующие данные должны быть стерты для записи новых данных. Поэтому данные на твердотельных накопителях не будут перезаписаны.

Однако сначала процесс стирания, а затем процесс записи снизят общую производительность записи SSD. Для поддержания производительности записи используется процесс, называемый сборкой мусора (GC). Этот процесс заключается в создании свободных блоков на твердотельных накопителях путем сбора действительных страниц в одном месте и удаления блоков, содержащих недействительные страницы.

Однако процесс сборки мусора представляет собой новую проблему — он мешает записи хоста. Чтобы решить эту проблему, во время программирования прошивки производители выделяют определенный процент емкости SSD для дополнительных операций записи, и эта дополнительная емкость называется избыточным выделением. Этот процесс создает постоянное пространство подкачки для контроллера SSD для управления всем трафиком данных и хранилищем для SSD.

В чем разница между твердотельным и жестким дисками? Какой из них использовать для вашего ПК? Прочитайте этот пост, чтобы узнать больше о SSD VS HDD прямо сейчас.

Выделение твердотельных накопителей

Перераспределение SSD (OP), включение дополнительного хранилища в SSD, недоступно для пользователей и не отображается в операционной системе хоста. Формула соотношения OP приведена ниже:

OP (%) = ((физическая емкость – емкость пользователя) / емкость пользователя) * 100

Например, если в качестве пользовательской емкости используется 60 ГБ из 64 ГБ SSD, OP выделяется 4 ГБ, а OP (%) составляет около 7%.

Дополнительные преимущества избыточного выделения SSD:

Сокращение времени на сборку мусора. Как было сказано ранее, сборщик мусора создает свободные блоки для временного хранения данных, удаляя при этом блоки недействительных данных. В этом случае OP предоставляет контроллерам дополнительное свободное пространство, необходимое для перемещения данных, и приводит к более быстрому выполнению.
Снижение энергопотребления. Благодаря OP контроллеры твердотельных накопителей могут работать быстрее, в результате чего устройствам требуется меньше энергии для выполнения задач. : OP предлагает контроллеру флэш-памяти дополнительное буферное пространство для управления циклами P/E и гарантирует, что операция записи будет иметь немедленный доступ к предварительно стертому блоку. Таким образом, избыточное выделение ресурсов увеличивает производительность твердотельных накопителей и даже поддерживает производительность твердотельных накопителей с течением времени.
Увеличение срока службы твердотельных накопителей. OP может повысить эффективность работы твердотельных накопителей, что сведет к минимуму износ твердотельных накопителей.

Настройка Over Proversion на твердотельных накопителях

OP может продлить срок службы SSD и повысить его производительность. Хотя производители SSD выделили определенное пространство SSD для OP, Samsung и Crucial позволяют вам регулировать размер пространства, если вам требуются дополнительные OP на их SSD. Если вы используете SSD других марок, тоже есть хитрость. Прокрутите вниз, чтобы увидеть подробности.

Настройка Over Proversion на твердотельных накопителях Samsung

Samsung позволяет своим пользователям использовать Samsung Magician для настройки OP по умолчанию (6,7%) для твердотельных накопителей DC.

Давайте посмотрим, как настроить выделение ресурсов на твердотельных накопителях Samsung.

Шаг 1. Перейдите на официальный сайт, чтобы загрузить Samsung Magician.

Шаг 2. Когда процесс загрузки завершится, распакуйте скачанные файлы и установите для них инструмент избыточной подготовки, следуя указаниям мастера на экране.

Шаг 3. После запуска инструмента вы увидите, что ваш твердотельный накопитель Samsung указан в списке на правой панели. Затем перейдите к параметру Over Provisioning на левой панели.

Шаг 4. Когда инструмент завершит сканирование, нажмите кнопку «Установить OP» в правом нижнем углу, чтобы установить сумму, которую вы хотите выделить. Как правило, идеальный показатель OP (%) составляет 10 %, но чем выше, тем лучше.

Дождитесь завершения задачи. После завершения задачи активируется избыточная подготовка.

Настройка Over Provisioning на твердотельных накопителях Crucial

Чтобы настроить избыточное выделение ресурсов на твердотельных накопителях Crucial, вам следует использовать инструмент Crucial over provisioning под названием Storage Executive.

Но перед настройкой избыточной подготовки на твердотельных накопителях Crucial с помощью этого инструмента вы должны убедиться, что ваш диск Crucial поддерживается инструментом избыточной подготовки Crucial и готов к включению избыточной подготовки — должен быть отдельный раздел с диском. буква, указанная в конце SSD.

Поддерживаемые твердотельные накопители включают:

Если ваш твердотельный накопитель Crucial есть в списке поддерживаемых, перейдите в раздел «Управление дисками» и посмотрите, доступен ли такой раздел. Если нет, вы можете уменьшить раздел на своем SSD, а затем создать раздел для OP. Вы можете уменьшить раздел и создать новый раздел, используя Управление дисками. Но есть вероятность, что инструмент Windows не может уменьшить объем. В этом случае вы можете попробовать другие менеджеры разделов для Windows 10, например MiniTool Partition Wizard.

MiniTool Partition Wizard, профессиональный менеджер разделов, поставляется с несколькими функциями управления дисками, такими как создание/удаление/сжатие/расширение/форматирование разделов, а также другими популярными функциями, такими как восстановление данных и разделов, резервное копирование диска, тестирование диска. скорость и работоспособность, замена жесткого диска на твердотельный накопитель и т. д.

Вот учебник по сжатию раздела и созданию раздела с помощью мастера создания разделов MiniTool.

Шаг 1. Загрузите мастер создания разделов MiniTool, нажав следующую кнопку.

Шаг 2. Когда процесс загрузки завершится, щелкните исполняемый файл, чтобы установить программное обеспечение.

Шаг 3. После установки программного обеспечения запустите его, чтобы получить доступ к его основному интерфейсу.

Шаг 4. Выделите раздел, который нужно уменьшить, в интерфейсе программы, а затем выберите функцию «Переместить/изменить размер раздела» на левой панели.

Шаг 5. В окне "Переместить/изменить размер раздела" укоротите синий маркер, перетащив правый треугольник влево.

Шаг 6. Нажмите кнопку "ОК", чтобы подтвердить изменения.

Шаг 7. Продолжайте создавать раздел для OP.

Выделите нераспределенное пространство и выберите параметр "Создать раздел" на левой панели.
MiniTool Partition Wizard автоматически присвоит разделу букву диска. Нажмите кнопку "ОК".

Шаг 8. Нажмите кнопку «Применить» в главном интерфейсе. Мастер MiniTool Partition Wizard начнет выполнение ожидающих операций.

Теперь ваш SSD-накопитель готов к включению избыточного выделения ресурсов, и вы можете использовать Crucial Storage Executive, чтобы настроить избыточное выделение ресурсов на SSD-накопителе Crucial.

Шаг 1. Перейдите на официальный сайт и загрузите Crucial Storage Executive.

Шаг 2. После завершения загрузки установите программное обеспечение.

Шаг 3. Когда программа откроется, переключитесь на параметр Over Provisioning.

Шаг 4. Установите соотношение OP и нажмите кнопку "Установить OP".

Теперь вы должны настроить избыточное выделение ресурсов на твердотельном накопителе Crucial.

Настройка Over Provisioning на твердотельных накопителях других марок

Если вы используете твердотельные накопители других производителей, вы также можете настроить избыточное выделение ресурсов на этих твердотельных накопителях, даже если на них нет программного обеспечения, такого как Samsung Magician или Crucial Storage Executive.

Весь процесс довольно прост. Вам просто нужно использовать функцию Shrink Volume/Partition в Disk Management или MiniTool Partition Wizard, чтобы освободить от 15 до 20% всего пространства SSD. Нераспределенное пространство будет автоматически выделено микропрограммой SSD для избыточного выделения.

Цены на твердотельные накопители продолжают падать, и теперь у вас есть шанс обновить свой жесткий диск до твердотельного накопителя, чтобы повысить производительность.

Итог

Все дело в SSD, а не в подготовке. Остались ли у вас сомнения после прочтения? Пожалуйста, оставьте свои сомнения в следующей зоне комментариев, и мы проясним их как можно скорее.

Есть ли у вас какие-либо проблемы при использовании MiniTool Partition Wizard? Если да, свяжитесь с нами по [email protected], и мы свяжемся с вами в ближайшее время.

Часто задаваемые вопросы о избыточном выделении SSD

Да, это необходимо. Резервирование твердотельных накопителей способствует повышению производительности твердотельных накопителей, а также увеличению ожидаемого срока службы твердотельных накопителей.

Рекомендуется выделять 15–20 % всего пространства SSD для OP. Чтобы выделить место для OP, вы можете использовать функцию «Уменьшение тома» в «Управлении дисками» или других сторонних менеджеров разделов.

Разумно оставить немного свободного места на SSD, чтобы наслаждаться отличной производительностью. В идеале нужно оставить не менее 25 % всего пространства.

Когда SSD заполнен, это может привести к множеству проблем.

Во-первых, некоторые программы могут работать неправильно.

Во-вторых, компьютер будет работать медленно и даже зависать.

Поэтому, когда ваш SSD почти заполнен, освободите его как можно скорее. Чтобы освободить его, вы можете обратиться к 10 способам освобождения места на диске в Windows 10 [обновление 2021].

Фейсбук
Твиттер
Ссылка
Реддит

ОБ АВТОРЕ

Должность: обозреватель

Вики — редактор веб-сайта. Она пишет технические статьи с тех пор, как окончила университет. В большинстве ее статей рассказывается о ПК с Windows и проблемах с жестким диском. Некоторые из ее статей также касаются использования YouTube и проблем.

В свободное время она любит читать, смотреть видео и отдыхать на коврике для йоги.

Читайте также: