Підтримка твердотільних накопичувачів в windows 7

Багато сучасних SSD обіцяють поліпшення продуктивності, збільшення швидкості реакції на запити, найкращий час автономної роботи для портативних ПК, неперевершену відмовостійкість, прискорену завантаження ОС і додатків, зменшення шуму і вібрацій. Оскільки ціни на пристрої постійно знижуються, багато експертів-аналітиків припускають, що все більше і більше комп`ютерів буде продаватися з такими дисками замість традиційних НЖМД.

Відео: Установка Windows 7, оптимізація і тестування нового SSD диска OCZ 240Gb

У роботі над Windows 7 ми зосередилися на певних аспектах оптимізації роботи з SSD з урахуванням їх специфічних характеристик. В результаті Windows 7 не потрібно втручання користувача для ефективного використання цих накопичувачів. Перед тим, як почати докладний розгляд автоматичних налаштувань системи для оптимальної взаємодії з SSD, необхідно зупинитися на особливостях функціонування таких пристроїв.

Довільний читання: відмінний шанс для SSD

SSD показують хороші результати в тестах на довільне читання. Багато з них істотно обходять традиційні НЖМД, оскільки механізму потрібен час на позиціонування голівки, що зчитує. В результаті SSD здійснюють довільне читання 4 КБ даних в 100 разів швидше, ніж звичайно НЖМД (0,1 мс замість 10).

Послідовне читання і запис: хороші результати

Операції послідовних читання і запису виконуються на рівні від «дуже добре» до «чудово». Оскільки мікросхеми в накопичувачі з`єднані паралельним інтерфейсом і дані рівномірно розподіляються між ними, сьогодні кращі SSD виконують ці операції зі швидкостями понад 200 Мб / с, що майже вдвічі більше того, що може забезпечити НЖМД зі швидкістю обертання шпинделя 7200 об / хв. Деякі пристрої здійснюють послідовне читання набагато швидше звичайних жорстких дисків, а більшість їх дуже гідно витримують змагання. На ринку, проте, представлені SSD-пристрої з вельми відмінними характеристиками продуктивності послідовних операцій. Деякі залишають традиційні вінчестери далеко позаду, деякі злегка програють НЖМД, а деякі просто не витримують ніякого порівняння.

Довільний запис і перезапис: результати істотно відрізняються

Відео: Запуск Windows 7 з твердотільного жорсткого диска

Різниця в швидкості послідовного запису представляє статистичний інтерес, але не дуже значима для більшості користувачів, які набагато більше цікавляться загальною продуктивністю пристрою. У цьому сенсі важливу роль відіграє довільна запис.

Що це означає - довільний запис вимагає більше часу? Звичайному НЖМД потрібно від 7 до 15 мс, щоб перемістити блок даних в 4 Кб на обертовому носії інформації. Доведено, що багато хто вважає таку швидкість неприйнятно повільної. Тому більшість НЖМД мають кеш від 8 і більше Мб. Коли запис кешируєтся, відповідь на запит ОС приходить, хоча дані ще не записані на диск як такої. Зазвичай цей запис відбувається протягом декількох сотень мікросекунд (мкс) (що в 10 - 20 разів швидше, ніж запис безпосередньо на диск). Якщо подивитися на загальну статистику - мільйони записів в тисячах тестів - ми побачимо, що в 92% випадків блок даних в 4 КБ або менше записується менш, ніж за 1 мс, в 80% - менш ніж за 600 мкс, і в 48% - менше, ніж за 200 мкс. Кешування працює!

Іноді НЖМД мають проблеми з пакетним режимом довільного запису і перезапису. Якщо диск кешируєт занадто багато протягом занадто великого часу, то подальша одномоментна запис всього раніше кешованого на диск може бути утруднена. Це, поряд з супутніми операціями введення / виводу, може істотно уповільнити час реакції пристрої. Деяким з них, за нашими спостереженнями, потрібно від половини до цілої секунди для завершення однієї-єдиної операції введення / виводу і десятки секунд для того, щоб повернутися в стан, коли його реакція стає прийнятною. Для користувача це виглядає як досить неприємне очікування, поки пристрій оживе. Тільки уявіть собі: стрибок часу виконання одного завдання - від 200 до 1 000 000 мкс (1 секунда).

В умовах реального використання гірші зразки SSD також демонструють тривалі затримки при виконанні операцій, від половини до цілої секунди для завершення одного циклу довільного запису і перезапису. Для повсякденної роботи це абсолютно неприйнятний показник - система цілком стає неповороткою, повільної і надто задумливою.

Довільний запис і перезапис: чому це так складно?

Багатьом важко спочатку зрозуміти, чому SSD відчувають з проблеми довільної записом, з які традиційні НЖМД розправляються на раз-два. Адже SSD не потрібно шарудіти головками і вертіти шпиндель для того, щоб знайти потрібний блок інформації. Так в чому ж справа, чому все так жахливо? Однак з точки зору теорії в цьому немає нічого незвичайного.

Щоб відповісти на це питання, необхідно дещо пояснити, і стаття Ананда розкриває багато деталей. Якщо у вас дістане цікавості, будь ласка, знайдіть час прочитати її, а також документацію USENIX. Щоб не повторюватися, ми вкажемо лише на кілька найважливіших моментів.

• Більшість SSD зібрані з окремих чіпів пам`яті, виконаних за технологією SLC або MLC . В принципі, можлива побудова SSD на чіпах DRAM. Це зробить накопичувач дуже швидким, але в той же час дорогим і неекономічним. Оскільки такі пристрої не надто поширені, зупинимося на популярних SSD на основі чіпів NAND. SSD майбутнього, ймовірно, зможуть використовувати переваги інших технологій незалежної пам`яті перед звичайною флеш-технологією.
• Осередок флеш-пам`яті - це клітина, пастка для електронів, яким, звичайно ж, не подобається сидіти в клітці. Уявіть собі таке. Припустимо, наявність в клітці 100 електронів означає, що значення біта дорівнює 0, а менша кількість - 1. Логіка контролера повинна встановити межі толерантності: наприклад, в діапазоні від 80 до 120 електронів значення біта все ще дорівнює 0. Діапазон толерантності необхідний, оскільки деякі електрони можуть вислизнути з пастки, а деякі можуть просочитися з осередків, розташованих поблизу - і т.д. В результаті потрібно досить складна логіка корекції помилок для забезпечення цілісності даних.
• Чіпи флеш-пам`яті зазвичай збирають в складні структури: блоки, кристали, лінійки і пакети. Розмір, розташування, з`єднання, знос, внутрісхемние контакти і швидкість передачі даних можуть відрізнятися - і розрізняються - вельми значно.
• Осередок перед записом необхідно стерти. Ви просто не можете покластися на те, що в ній немає зайвих електронів, тому перед заповненням її новою порцією міжатомних мандрівників потрібно гарантована очищення «приміщення». Стирають осередку зазвичай не поодинці, а цілим блоком (як правило, 128 Кб). Час видалення досить тривалий - близько 1 мс або більше.
• Флеш-пам`ять має кінцеву кількість циклів запису. У якийсь момент осередок просто перестає працювати в якості пастки для електронів. Якщо часто оновлювані дані (наприклад, журнал стану системи) постійно записувати в одні і ті ж осередку, ці осередки піддадуться зносу швидше тих, що містять дані для читання. Розподіл зносу - необхідна функція для контролера накопичувача, він повинен вміти так розташовувати запис даних, щоб знос осередків був більш-менш рівномірним. Якщо все зроблено як треба, більшість пристроїв здатні при нормальному навантаженні працювати роками в якості накопичувача для ПК або ноутбука.
• Для того, щоб накопичувач швидко і безпомилково вловлював електрони і щоб при цьому не виходив раптово з ладу, потрібні відмінні фахівці-фізики та інженери в області твердотільної електроніки. Далеко не всі виробники SSD мають потрібними кадрами в достатній кількості.

Падіння продуктивності з часом, знос і підстроювання

Як говорилося вище, блоки і осередки флеш-пам`яті необхідно стерти перед записом нових даних. З цього випливає, що нові пристрої, у яких все осередки заздалегідь спустошені, показують значно кращу продуктивність, ніж через деякий час використання. Ми можемо спостерігати це зниження продуктивності, але не вважаємо його чинником, здатним зупинити поширення пристроїв SSD. Більше того, ми впевнені, що, на відміну від результатів синтетичних тестів, на результатах повсякденного використання це не позначиться скільки-небудь помітно.

Зрозуміло, виробники обладнання та Microsoft прагнуть забезпечити найвищі показники продуктивності накопичувачів. Кращі з постачальників намагаються подолати проблеми старіння осередків шляхом попереднього стирання блоків, так що падіння продуктивності в звичайних умовах експлуатації стає незаметним- іншим методом може бути виділення додаткового простору для коротких циклів запису і видалення. Створювані для корпоративного використання SSD-накопичувачі можуть мати до 50% зарезервованого простору для забезпечення бажаної тривалості підтримки високого рівня продуктивності при перезапису.

Крім того, виробники і Microsoft розробили спеціальну процедуру підстроювання. Якщо Windows 7 отримує від накопичувача відомості, що він підтримує функцію підстроювання в наборі команд інтерфейсу АТА, файлова система NTFS зажадає від драйвера АТА, щоб при видаленні файлів з пристрою і відсутності небезпеки втрати даних осередку і блоки були очищені. Отримавши цю інформацію, накопичувач може планувати стирання відповідних блоків в спеціальному - «неквапливому» - режимі, щоб при подальшому запису пакетна очищення осередків не була потрібна, оскільки осередки вже і так готові до нового циклу.

В якості додаткового переваги підстроювання допомагає накопичувачу знизити знос шляхом скорочення загального числа необхідних операцій. Наприклад, 128 Кб блок містить один файл розміром 128 Кб. Видалення файлу і подальше застосування операції підстроювання усуває необхідність змішування бітів з цього блоку з битами з інших блоків, які повинні бути послідовно записані в зазначений блок. Це зменшує знос.

Windows 7 запитує виконання операцій підстроювання не тільки після видалення файлу. Підстроювання повністю інтегрована в операції розмітки та форматування диска, включаючи видалення розділів, в роботу файлової системи, включаючи стиснення і усічення розміру розділу, а також в відновлення системи (створення образів дисків).

Короткий огляд поліпшень в Windows 7 і поведінки системи

Як говорилося вище, сучасним SSD потрібно виконати значну кількість операцій для здійснення успішної записи і перезапису. Windows 7 буде добре працювати з такими накопичувачами, оскільки ми здійснили цілий ряд інженерних удосконалень для зменшення циклів запису / перезапису. Це позитивно позначиться і на традиційних НЖМД, але особливо виграють саме сучасні SSD-накопичувачі.

Windows 7 відключить дефрагментацію для SSD-дисків. Оскільки SSD показують чудові результати при довільному зчитуванні, дефрагментація не надасть таких переваг, які дає на звичайному диску. Відповіді на типові запитання (нижче) містять деякі додаткові подробиці.

За замовчуванням на SSD-накопичувачах з високою продуктивністю довільних читання, записи і перезапису будуть також відключені технології Superfetch, ReadyBoost і Рrefetch для операцій завантаження ОС і програм. Всі ці функції були розроблені для традиційних НЖМД, де довільне читання може бути вузьким місцем.

Оскільки SSD показують найкращі результати, коли системні розділи створені так, щоб враховувати особливості накопичувачів, всі інструменти для створення розділів під Windows 7 працюють відповідним чином.

Питання та відповіді про твердотілим накопичувачам

Перш ніж відповідати на питання, ми хотіли б нагадати: ми переконані в тому, що у SSD-накопичувачів для портативних і настільних ПК (як і для серверів підприємств) попереду велике майбутнє. SSD дійсно в змозі забезпечити високу продуктивність, поліпшення реакції системи, збільшення часу автономної роботи, високу надійність, більш швидке завантаження, зниження вібрацій і шуму. Оскільки ціни знижуються, а якість накопичувачів зростає, ми вважаємо, що все більше число комп`ютерів буде продаватися з SSD замість традиційних НЖМД. З огляду на це, ми зосередили необхідні інженерні зусилля для того, щоб користувачі в повній мірі змогли випробувати переваги роботи з новим типом пристроїв зберігання даних.

П: Чи буде Windows 7 підтримувати підстроювання?

О так. Вище про це вже говорилося.

В: Чи буде дефрагментація по замовчуванні відключена для SSD?

О так. Автоматичний запуск завдання дефрагментації не включатиме розділи, створені на SSD або визначають себе як такі. Крім того, якщо системний розділ покаже продуктивність операцій довільного читання вище, ніж 8 Мб / с, він теж буде виключений зі списку для дефрагментації. Рівень продуктивності був визначений в результаті внутрішнього тестування.

Тест рівня порогової продуктивності був доданий в остаточну версію в зв`язку з тим, що лише деякі з наявних на ринку SSD визначають себе в системі саме як SSD. 8 Мб / с - це досить скромно. Продуктивність SSD знаходиться в діапазоні від 11 до 130 Мб / с. Ми перевірили 182 НЖМД, і тільки 6 з них перевищили планку в 2 Мб / с в тесті на довільне читання. Результати решти 176 лежать між 0,8 і 1,6 Мб / с.

В: Чи буде Superfetch відключений для SSD?

В: Так, для більшості комп`ютерів з SSD. Якщо накопичувач є SSD, і якщо він показує адекватні результати при довільній запису / перезапису, тоді Superfetch, Рrefetch для завантаження і запуску додатків, ReadyBoost and ReadуDrive будуть відключені.

Відео: Варіант перенесення Windows 7 на диск з даними

Спочатку ці можливості повинні були бути відключені для всіх SSD, але ми виявили, що на деяких системах це призводить до зниження продуктивності. Досліджуючи можливі причини такої ситуації, ми встановили, що деякі ранні моделі SSD мають серйозні проблеми з довільної записом, в кінцевому рахунку ведуть до того, що зчитування з диска зупиняється взагалі і на тривалий термін. З включеними Superfetch і Рrefetch продуктивність при повсякденному використанні знову помітно зросла.

В: Чи рекомендується стиснення для файлів і каталогів в файлової системі NTFS на SSD?

Про: Стиснення файлів допомагає заощадити місце на диску, але вимагає додаткових потужностей процесора на стиск і розпакування, що веде до підвищеної витрати енергії на портативних ПК. Строго кажучи, для папок і файлів, які використовуються дуже рідко, стиснення може послужити хорошим інструментом економії дорогого на SSD місця - в разі, якщо вільний простір дійсно так вже необхідно.

Однак, ми не рекомендуємо користуватися стисненням у випадках, коли папки і файли постійно використовуються. Ваші папки «Документи» і файли в них проблемою не є, а ось тимчасові інтернет-папки і поштові каталоги стискати не варто, оскільки в них постійно відбувається запис і перезапис великої кількості файлів в пакетному режимі.

Відео: Твердотільний накопичувач Kingstone 120 gb завантаження windows 7

В: Чи відрізняється робота індексатора пошуку Windows на SSD?

О ні.

В: Оптимізована процедура шифрування по протоколу Bitlocker для роботи з SSD?

В: Так, на NTFS. Коли Bitlocker вперше конфигурируется для певного розділу, він зчитується цілком, шифрується і записується назад. Як тільки це відбудеться, файлова система видасть команду здійснити підстроювання, яка оптимізує роботу накопичувача.

Ми закликаємо всіх користувачів, стурбованих збереженням і захистом своїх даних, задіяти Bitlocker на своїх дисках, включаючи SSD.

В: Виробляє чи Media Center будь-які спеціальні дії при конфігурації на SSD?

О ні. Хоча SSD мають переваги перед традиційними НЖМД, ціна за 1 Гб для твердотільних накопичувачів все ще істотно вище, ніж для звичайних дисків. Для більшості користувачів оптимізований для мультимедійного контенту НЖМД залишається поки кращим варіантом, оскільки такий вміст передбачає значну записує і відтворює навантаження, яка має характеристики послідовного читання / запису.

В: Чи має сенс кешування запису для SSD і як Windows 7 допомагає підтримки кешування запису, якщо SSD-накопичувач її підтримує?

Про: Деякі виробники встановлюють на свої пристрої чіпи RAM не тільки для роботи контроллеров- вони повинні, як і у випадку з традиційними дисками, кешувати зчитування і по можливості запис. Для накопичувачів, які кешують запис в швидкої незалежній пам`яті, Windows 7 передбачає, що наявність команд на перезапис і черговість запису буде не менш ефективним, ніж для НЖМД. Крім того, Windows 7 передбачає, що призначені для користувача настройки, що відключають кешування, будуть трактуватися SSD-накопичувачем так само, як якщо б він був звичайним диском.

В: Чи має сенс налаштовувати RAID для SSD?

О так. Надійність і продуктивність, придбані за допомогою конфігурації RAID на традиційних дисках, зберігаються і при використанні SSD.

В: Чи потрібно мати у своєму розпорядженні файл підкачки на SSD?

О так. Основні операції з файлом підкачки - це довільний запис невеликих обсягів або послідовний запис великих масивів даних. Обидва типи операцій відмінно виконуються на SSD.

Аналізуючи телеметрію, зосереджену на оцінці записи і зчитування для файлу підкачки, ми виявили, що:

• читання з Pagefile.sys превалює над записом в pagefile.sys в поєднанні 40: 1,
• блоки зчитування для Pagefile.sys зазвичай досить малі, 67% з них менше або дорівнюють 4 КБ, а 88% - менше 16 Kб.
• блоки записи в Pagefile.sys досить великі, 62% з них більше або дорівнюють 128 Kб і 45% - майже точно 1 Mб.

Взагалі кажучи, типові моделі використання файлу підкачки і наведені цифри щодо SSD відмінно підходять один до одного, і саме цей файл настійно рекомендується розміщувати на твердотільному накопичувачі.

В: Чи існують які-небудь обмеження для використання цього режиму з SSD?

В: Ні, hiberfile.sys записується і зчитується послідовно великими блоками, і може розташовуватися як на SSD, так і на жорсткому диску.

В: Які зміни внесені в Windows Experience Index, щоб правильно відображати параметри продуктивності SSD?

Про: У Windows 7 це нові критерії оцінки довільного запису, перезапису і зчитування. Кращі зразки можуть отримати індекс від 6.5 до 7.9. Щоб потрапити в цей діапазон, накопичувачі повинні мати видатні характеристики за вказаними типами операцій і бути стійкими до важких навантажень такого типу.

Під час бета-тестування Windows 7 були випадки, коли індекс варіювався від 1.9 до 2.9, або як ніби диск (SSD або НЖМД) взагалі не працював, як годиться, при виконанні оцінки продуктивності. Ми отримали дуже багато відгуків по цій проблемі, більшість заперечувало проти таких низьких оцінок. В результаті ми просто заборонили SSD з потенційними проблемами продуктивності брати участь в змаганні за оцінки рівня 6.0+ і 7.0+, додані зовсім недавно. SSD, які не належать до фаворитів такого роду гонок, отримають індекси приблизно такі ж, які вони мали б у Windows Vista, що не набуваючи особливих переваг від зростання продуктивності довільного запису в Windows 7.