SSDs اختبار الموثوقية: 3dnews مقابل JEDEC مقابل الحس السليم. أين الحقيقة يا أخي؟

يعلم الجميع اختبار موثوقية SSD الأسطوري من 3dnews (منشور 2018.01) ، ونتيجة لذلك تجاوزت بعض محركات الأقراص الميزانية المورد الذي أعلنته الشركة المصنعة بعامل عشرة.

بعد هذه الدراسة ، ظهرت النظرية اللاهوتية المؤامرة بأن المصنعين يستخفون بموارد محركات أقراص الحالة الثابتة في الميزانية ، وقد انتشر الاعتقاد بأن جميع محركات أقراص الحالة الصلبة (SSDs) تقريبًا قادرة على القيام وأداء نوعيًا لتسوية التآكل.

أجريت دراسة من 3dnews.ru بناءً على اختبار Techreport.com (نُشر في 2013.08.20).

تم استخدام منهجية قياس مقاومة التآكل أيضًا.

تقنية Techreport:

يمكننا دفع حدود التحمل SSD بشكل أسرع بكثير من خلال معايير تركيبية. هناك عدد لا يحصى من الخيارات ، ولكن الأفضل هو Anvil المسمى بشكل مبدئي Storage Storage.

تم تطويره من قِبل متكرر لمنتديات XtremeSystems ، ويشمل هذا التطبيق العملي الصغير اختبارًا مخصصًا لتحمل القدرة على ملء محركات الأقراص بملفات مختلفة الأحجام قبل حذفها وبدء العملية من جديد. يمكننا تعديل الحمولة الصافية لكل حلقة لكتابة نفس مقدار البيانات لكل محرك أقراص. يوجد فحص تجزئة MD5 متكامل يتحقق من تكامل البيانات ، وسرعة الكتابة أكبر من ترتيب حجم أسرع من معدل الكتابة الفعال في DriveBench 2.0.

يكتب اختبار القدرة على التحمل من Anvil الملفات بالتسلسل ، لذلك فهو ليس محاكاة واقعية حقيقية. ومع ذلك ، إنها أفضل أداة لدينا ، وهي تتيح لنا تحميل محركات الأقراص بجزء من البيانات الثابتة لتحدي إجراءات ضبط مستوى التآكل. نحن نستخدم 10 غيغابايت من البيانات الثابتة ، بما في ذلك نسخة من مجلد تثبيت Windows 7 ، وعدد قليل من ملفات التطبيق ، وبعض الأفلام.

تقنية 3dnews.ru:

لذلك ، في اختبار القدرة على التحمل لدينا ، نستخدم محركات الأقراص المهيأة بنظام ملفات NTFS ، حيث يتم إنشاء نوعين من الملفات بشكل مستمر وبالتناوب: صغير - بحجم عشوائي من 1 إلى 128 كيلو بايت وكبير - بحجم عشوائي من 128 كيلو بايت إلى 10 ميغابايت. أثناء الاختبار ، يتم مضاعفة هذه الملفات ذات التعبئة العشوائية ، بينما يحتوي محرك الأقراص على أكثر من 12 جيجابايت من المساحة الحرة ، عند الوصول إلى هذا الحد ، يتم حذف جميع الملفات التي تم إنشاؤها ، وإيقاف مؤقت قصير ، وتتكرر العملية مرة أخرى. بالإضافة إلى ذلك ، يوجد النوع الثالث من الملفات أيضًا على محركات الأقراص التجريبية - الدائمة. لا تشارك هذه الملفات التي يبلغ حجمها الإجمالي 16 جيجا بايت في عملية الكتابة فوق المحو ، ولكنها تُستخدم للتحقق من قابلية التشغيل الصحيحة لمحركات الأقراص والقراءة الثابتة للمعلومات المخزنة: كل دورة ملء SSD نتحقق من المجموع الاختباري لهذه الملفات ومقارنتها بالقيمة المرجعية المحسوبة مسبقًا.

في كلتا الحالتين ، تم استخدام Anvil's Storage Utilities.

1. وما هو الخطأ في هذه التقنية؟

المشكلة هي أن القرص يملأ بالتتابع. لا يتوافق مع أي من حالات الاستخدام الحقيقي أو إجراء مقاومة التآكل الموصى به من قبل JEDEC (لجنة توحيد هندسة أشباه الموصلات ، أو ما يطلق عليه جمعية تقنية الحالة الصلبة ، والتي تضم جميع أكبر الشركات المصنعة لذاكرة الفلاش).

يقوم كل من نظام التشغيل ووحدة التحكم (إذا كانت تحتوي على ذاكرة تخزين مؤقت DRAM صغيرة) بتجميع كتل متتالية تسجّل وتكتب الكتل الأصلية الكبيرة المميزة لجهاز معين. في الوقت نفسه ، لا يوجد عملياً أي ربح للتسجيل ولا توجد حاجة عملياً لخوارزميات تسوية البلى.

في الظروف الحقيقية ، يكون لكل من المضاعف والتطبيق عالي الجودة لخوارزمية تسوية التآكل تأثير قوي على مورد التخزين.

المشكلة 1. عند كتابة ملفات WAF بالتتابع ≈ 1

إن الاختبار الذي تم إنشاؤه بطريقة يميل عامل ضرب السجلات (WAF) إلى الوحدة فيه سوف يعطي نتائج مبالغة في تقدير المصدر. حصلت معظم الأقراص التي تم تحليلها بواسطة 3dnews (والتي يمكن استخراج WAF منها) على ربح تسجيل قدره -1.1.11. شرح خبراء 3dnews هذا باستخدام خوارزميات تحكم فعالة. لم يتم شرح مثيل واحد من WAF إلا حرفيًا بواسطة وحدة تحكم غير فعالة.

ومع ذلك ، في رأيي ، النقطة الأساسية هي في منهجية الاختبار ، والتي أنتجت سجلًا متسلسلًا (عند WAF → 1) ، مما أدى إلى المبالغة في تقدير مورد محركات أقراص SSD.
بعد ذلك ، سأقيم عدد المرات.

المشكلة 2. لا يتم اختبار جودة خوارزمية تسوية التآكل

مع ملء القرص على التوالي وما تلاه من محو ، يتم اختبار آلية تسوية التآكل بشكل سيء. إذا خمنت الشركة المصنعة إنشاء أول غيغابايت من القرص (حيث توجد الصورة النقطية للقرص ، FAT والبيانات التعريفية الأخرى) التي تعمل في وضع SLC (أو تخزينها مؤقتًا في ذاكرة التخزين المؤقت RAM) ، فقد تكون خوارزمية تسوية التآكل غائبة تمامًا في البرنامج الثابت وستظل تتحقق بالتسجيل المتسلسل مؤشرات موارد ممتازة.

المشكلة 3. لا يتم اختبار الاحتفاظ بالبيانات بعد استنفاد الموارد

إذا كنت تقوم برحلة لعدة أشهر ، فمن غير الواضح ما إذا كان من الممكن الوثوق في قرص قام بتطوير مورد جواز السفر الخاص به.

المشكلة 4. إن ملء القرص بالتتابع ، متبوعًا بمسح كامل تقريبًا ، ليس نمط سلوك محدد من قبل المستخدم

نظرًا لأن SSD لا يزال موردًا مكلفًا إلى حد ما ، يحاول الأشخاص عادة استخدامه بالكامل قدر الإمكان ويتركون مساحة خالية على الأقل.

الاختبار المثالي ، في رأيي ، هو أنه خلال الاختبار ، تظل SSD مسدودة بنسبة 80-90٪ ، بينما في الوقت نفسه ، يجب حذف الملفات القديمة وإضافة ملفات جديدة.

2. تسجيل عوامل الرسوم المتحركة

2.1. تجزئة نظام الملفات

نظرًا لأن إلغاء التجزئة معطلة بالنسبة لمحركات أقراص الحالة الصلبة الخاصة بنظام Windows وأن حجم كتلة نظام ملفات NTFS الافتراضي هو 4 كيلو بايت ، في واقع الأمر يكون القرص مجزأًا للغاية. في هذه الحالة ، يتحول التسجيل المتسلسل إلى سرعة شبه عشوائية.

لكتابة مجموعة واحدة تم تغييرها ، يجب على وحدة التحكم أولاً قراءة صفحة أجهزة NAND بأكملها (والتي يمكن أن تصل إلى مئات الكيلوبايت في الحجم) ، وتغيير 4 كيلو بايت ، ثم كتابتها كلها. إذا كان حجم السعة المفيدة لصفحة NAND هو 64 كيلو بايت ، فسنحصل على زيادة تسجيل 16 مرة.

2.2. ارتداء خوارزمية محاذاة

يمكن تنفيذ هذه الخوارزمية كعملية منفصلة داخل وحدة التحكم. سيعمل شيء مثل هذا:

لنقل البيانات الثابتة إلى منطقة ذات تآكل أعلى ، من الضروري تسجيل حجم متساوٍ مع البيانات التي يتم نقلها ، شريطة وجود كتلة TRIM محررة. ومع وجود عدد صغير من الكتل المجانية ، يجب عليك إنشاء إدخالات لمبادلة البيانات.

RAM = a a = b b = RAM 

مع وجود مخزن مؤقت DRAM صغير أو مفقود ، يلزم إدخال ثلاث إدخالات.

 temp = a a = b b = temp 

ستكون هذه العمليات في خوارزمية مثالية لارتداء التآكل نادرة للغاية ، لأنه من المنطقي نقل البيانات الثابتة فقط لاستخدام الصفحات منخفضة التآكل ، لذلك سنهمل تأثير خوارزمية تسوية التآكل على الرسوم المتحركة للتسجيل. بالرغم من ذلك ، بالطبع ، ليس هناك ما يضمن أن الخوارزميات الحقيقية تستخدم خوارزميات مثالية.

2.3. كتابة SSD النموذجية عشوائية ، كتلة 4-8KB

الطبيعة المعتادة لتسجيلات SSD هي في الأساس سجل 8 كيلوبايت عشوائي . حتى لو لم يكن هناك تجزئة ، فإن حجم كتلة التسجيل النموذجية سيكون أقل من حجم صفحة NAND وسيؤدي إلى مضاعفة التسجيل.

2.4. خوارزمية جمع القمامة

هنا تكمن أكبر المزالق. يصل حجم الكتلة في ذاكرة NAND إلى عدة ميغابايت. كتلة تتكون من عدة صفحات.

يمكن قراءة الصفحات وكتابتها بشكل منفصل ، ويمكن فقط حذف كتلة بالكامل.

بمرور الوقت ، يتم وضع علامة على العديد من الصفحات في الكتلة باعتبارها غير صالحة ، لأن البيانات التي تم تغييرها فيها ومكتوبة إلى موقع آخر أو بسبب مكالمة TRIM. وعاجلاً أم آجلاً ، يجب على جامع القمامة أخذ بعض الكتل المملوءة جزئيًا ووضع الكتل المجانية والمكتوبة تمامًا.

طالما أن هناك مساحة حرة ، فعلى الأرجح لن تبدأ ، مع مرور الوقت ، تتشكل العديد من الثقوب في الكتل.

كلما قلت مساحة القرص ، زادت سرعة WAF (عامل تضخيم الكتابة).

لتوضيح الزيادة في WAF ، سأقدم الصورة التالية:



تُظهر الصورة كتل ذاكرة NAND بالبيانات المملوءة بنسبة 87.5٪ ، ومرقّمة الصفحات. من أجل توفير مساحة للتسجيل ، يحدث إعادة ترتيب ، حيث يتم إعادة كتابة 7 كتل ومحوها. 1. إجمالي WAF تبين = 8 !

بالطبع ، يجب أيضًا أن تأخذ في الاعتبار أن معظم محركات أقراص الحالة الثابتة لديها منطقة نسخ احتياطي تحدث فيها أيضًا إعادة توزيع التسجيل. ولكن ، كقاعدة عامة ، أنها صغيرة.

الحجم النموذجي للمنطقة المخفية لمحركات المستهلكين هو 7.37 ٪ ، كما تشير الشركات المصنعة إلى الحجم بمليارات البايتات ، والدوائر الدقيقة لها سعة بالجيجابايت. 1 غيغا بايت = 1،073،741،824 بايت).

إذا كان القرص ممتلئًا بنسبة 90٪ وكانت هناك مساحة مخفية قدرها 7.37٪ ، سيكون WAF 6.18 !

يمكن تصنيف WAF باستخدام هذه الصيغة:

$$

$$WAF_ \ text {garbage collection} = \ frac {1} {1 - \ frac {K_ \ text {disk full}} {K_ \ text {spare area}}}$$

K _{القرص الامتلاء} - _0-1 ، حيث 1 - 100 ٪ الامتلاء القرص.
K - _{منطقة الاحتياط} - من 1 ، حيث 1 - 0 ٪ منطقة احتياطي ، 1.1 - 10 ٪ من منطقة الاحتياطي ، وهلم جرا.

مؤامرة تقريبية من WA مقابل نسبة مساحة القرص الحرة.



يوضح الرسم البياني أن WA تزداد كارثية عندما يصبح القرص ممتلئًا ، ويقترب من 15 عامًا عندما يكون القرص ممتلئًا بمساحة احتياطية تبلغ 7.37٪ (رقم نموذجي للأقراص الاستهلاكية ، لأن المصنِّعين يشيرون إلى حجم مليارات البايتات ، وأن الدوائر الكهربائية الصغيرة لها سعة بالجيجابايت. 1 غيغا بايت = 1،073،741،824 بايت).

ربما لاحظت أنت بنفسك كم يبدأ الهاتف في التباطؤ إذا كان هناك فقط نسبة ضئيلة من المساحة الحرة هناك. بعد كل شيء ، فإنه يستخدم أيضا ذاكرة فلاش. لا يعتبر انسداد الذاكرة بنسبة 100٪ بطيئًا بشكل رهيب فقط ، ولكنه ينفق أيضًا الكثير من موارد التخزين.

مقالة منفصلة عن الموضوع .

2.5. إجمالي WAF من جميع العوامل

تتكاثر WAFs التي يتم تقديمها عن طريق عوامل مزدوجة الترابط.

3. منهجية لقياس الموارد من JEDEC لمحركات الأقراص الصلبة المخصصة

في عبء JEDEC القياسي "أعباء عمل التحمل ذات الحالة الصلبة (SSD)" في سبتمبر 2010 ، تصف مراجعة JESD219A منهجية اختبار محركات أقراص الحالة الصلبة.

باختصار: سجل مهندسو JEDEC سجلات للتسجيلات و TRIM و flush (أمر لتنظيف المخازن المؤقتة على القرص) لمستخدم الكمبيوتر المحمول لمدة 7 أشهر ، يعمل بشكل رئيسي مع البرامج المكتبية. يفترض ، تم تثبيت Windows 7 على الكمبيوتر المحمول (يدعم TRIM منذ عام 2009) على نظام ملفات NTFS بحجم كتلة 4K .


قمت بتحليل هذا السجل لفهم الأنشطة التي تم تسجيلها هناك.

أثناء الاختبار ، يُقترح تكرار الإدخالات باستخدام هذا السجل (تتبع رئيسي) حتى تتم كتابة العدد المطلوب من تيرابايت مسجل (TBW) ، وبعد ذلك من الضروري التحقق من الوقت الذي تخزن فيه الخلايا الشحنة (وقت الاحتفاظ). بالنسبة لمحرك أقراص الحالة الصلبة المخصص ، يجب أن تكون هذه المرة حوالي عامين عند درجة حرارة تخزين تبلغ 25 درجة مئوية إذا كانت درجة حرارة التشغيل 40 درجة مئوية. نظرًا لعدم انتظار أي شخص لمدة عامين ، فإنهم يزيدون من درجة حرارة التخزين ، مما يؤدي إلى تسرب أكبر للإلكترونات ، ووفقًا للجداول الخاصة (التي يتم إنشاؤها وفقًا لمعادلة أرينيوس ) ، يتم حساب وقت تخزين البيانات في درجة الحرارة العادية.



حقائق مثيرة للاهتمام:

كما تعلم ، يتم تقسيم ذاكرة NAND إلى صفحات يتم دمجها في كتل. تحدث الكتابة والقراءة صفحة تلو الأخرى ، ومحو فقط في كتل.

عندما تحتاج إلى إعادة كتابة شيء ما ، فإن البرنامج الثابت المثالي يعمل بشيء من هذا القبيل: فهو يكتب الصفحات التي تحتوي على بيانات معدلة في كتلة حيث لا تزال هناك صفحات غير مكتوبة وتؤسس صفحة جديدة لمراسلات LBA → في FTL (Flash Translation Layer) ، ويصنف الصفحة القديمة على أنها غير صالحة. إذا لم يكن هناك مثل هذه الكتل ، فسيبدأ مجمّع البيانات المهملة ، والذي يجمع البيانات من الكتل نصف المملوءة في الكتل المملوءة مع إصدار الكتل.

هذا هو الخيار المثالي. ليس كل SSDs مخصصة لديها خوارزميات تسوية جيدة للتآكل. كما يتبين من نتائج اختبار مختلفة بشكل كبير من 3dnews.

حجم الصفحة النموذجي هو 8 كيلوبايت وما فوق ، وحجم الكتلة البالغ 2 ميغابايت وما فوق. في اختبار JEDEC ، لم يملأ محرك الأقراص حتى أكثر من 38٪ ، لذلك ، كما أظن ، كانت هناك دائمًا كتل مجانية ، وبالتالي لم يكن هناك جامع قمامة نشط ، مما يهدر موارد SSD أيضًا. ولكن كان هناك WAF (عامل مضاعفة الكتابة) بسبب حقيقة أن البيانات كانت تُكتب في بعض الأحيان بصفحات غير مكتملة ، وأحيانًا يتم تمرير سجل واحد على طول حدود صفحات NAND.

كتبت نصيًا لحساب WAF اعتمادًا على حجم الصفحة في اختبار JEDEC. فيما يلي WAF اعتمادًا على حجم صفحة NAND:

في اختبار 3 dnews ، يكون WAF حوالي 1 ، نظرًا لأن الملفات مكتوبة بالتسلسل ، وأن Windows لديه ذاكرة تخزين مؤقت للكتابة ، يتم خلالها كتابة القطاعات بطريقة منظمة.

في سيناريو نموذجي ، عندما تكون الصفحة 8K (Samsung 840 EVO) ، يكون WAF هو 1.11 فقط (خطأ 11٪ من بيانات 3dnews) ، والذي يبدو أنه قد تم تسامحه. ولكن إذا أخذنا في الاعتبار WAF ، الذي يقدم خوارزمية تجميع البيانات المهملة ، فلا يمكننا التسامح.

4. منهجية JEDEC لاختبار محركات الشركات لمقاومة التآكل

يوصف أكثر رسمية والظروف أكثر شدة. يتم تحديد نسبة مئوية واضحة من السجلات ذات أطوال مختلفة. يمكن نقل السجلات التي يصل حجمها إلى 4096 بايت بشكل عشوائي ، ويجب أن تكون بطول أكثر من 4K محاذاة عند إزاحة 4K.

حساب WAF اعتمادا على حجم الصفحة.

5. حساب التعديلات على نتائج اختبار 3dnews

نحتاج إلى عوامل تصحيح لتحويل مقاومة التآكل وفقًا ل 3 dnews إلى مقاومة التآكل وفقًا لطريقة Jedec.

بادئ ذي بدء ، سوف نقوم بتقليل النتيجة المحققة مرتين ، لأن الاختبار لم يتحقق من متانة التخزين. لا أحد يريد أن يجد أنه بعد قضاء عطلة ، توقف محرك الأقراص في جهاز الكمبيوتر الخاص به عن العمل أو كان مغطىًا بالأخطاء. رقم 2 مأخوذ من السقف.

وفقًا لطريقة JEDEC ، فإن القرص ممتلئ بنسبة 38٪ فقط ، مما يعطينا زيادة في WAF بسبب جمع القمامة 1.55 مرة (وفقًا للصيغة أعلاه). هذه النسبة ستكون في المقام.

بعد ذلك ، سوف نأخذ في الاعتبار عامل مضاعفة السجل وفقًا لحجم صفحة NAND (التي تم الحصول عليها من تحليل اختبار SSDs المخصص باستخدام طريقة JEDEC) وضربنا بواسطة WAF ، والتي لدينا من جامع البيانات المهملة.

$$

$$K_ \ text {تعديلات} = \ frac {2 * WAF_ \ text {garbage collector من القرص ممتلئ} * WAF_ \ text {حجم الصفحة وطبيعة السجلات}} {WAF_ \ text {garbage collection Jedec}}$$

عوامل تصحيح للأقراص بمساحة زائدة قدرها 7.37 ٪.

6. تعديلات على نتائج اختبار 3dnews لاستخدام محركات أقراص الحالة الصلبة المخصصة في الخوادم

يجب أن أقول أن هذه فكرة سيئة. لكن الكثيرين يفعلون ذلك. لذلك ، سنحاول حساب عوامل التصحيح لتحديد مورد أقراص المستخدم كخوادم. نأخذ مقاومة التآكل من اختبار 3dnews ونقسمها على المعامل المطلوب للحصول على المورد المتوقع (منهجية JEDEC) لاستخدام الشركات.
لا تتطلب الخوادم تخزينًا طويل الأجل في الحالة المنفصلة ، كما هو الحال في محركات أقراص SSD للمستخدم. هنا هو الجدول المقابل:



عند درجة حرارة نموذجية تبلغ 50 درجة تحت التشغيل ، يجب أن يوفر محرك الأقراص تخزينًا لمدة 58 أسبوعًا - عام واحد في حالة إيقاف التشغيل عند درجة حرارة 25 مئوية.

بالنسبة للتطبيقات المخصصة (حيث تكون سلامة البيانات مطلوبة لمدة عامين في حالة إيقاف التشغيل) ، قمنا بتقليل المورد بمقدار مرتين. لاستخدام الشركات ، فإن مثل هذه الصلاحية الطويلة ليست ضرورية ، لذلك نأخذ عددًا أقل ، على سبيل المثال ، 1.3.

بعد ذلك ، نقوم بضرب WAF ، وهو الأمر المعتاد في تحميل الشركة ، ثم نأخذ في الاعتبار عمل أداة تجميع مجمعي البيانات المهملة ونحصل على جداول المعاملات التالية. يجب تقسيم النتيجة التي حصلت عليها 3dnews على هذا الرقم.

هناك مشكلة في حقيقة أن المعيار لا يصف حجم منطقة النسخ الاحتياطي أو المساحة الحرة لمحركات الشركات. لذلك ، لا يمكننا تقييم WAF _{لاختبار شركة JEDEC} بدقة ، لذلك سنأخذ هذا الرقم (1.55) من اختبار SSD المخصص لـ JEDEC.

عوامل تصحيح للأقراص بمساحة زائدة قدرها 7.37 ٪.

8. الاستنتاجات

إذا لم تقم بإيقاف تشغيل جهاز الكمبيوتر الخاص بك لعدة أشهر ، فلن يتجاوز حجم صفحة NAND 16 كيلوبايت ، وكان القرص ممتلئًا تقريبًا ، ثم يجب تقسيم مؤشرات الموارد التي حققتها 3dnews على 3.

لسيناريو نموذجي (شغل القرص 90٪ ، حجم الصفحة 8 كيلو بايت) ، للحصول على مورد وفقًا لمعايير JEDEC ، قسّم 9 على المورد الذي حصلت عليه بواسطة 3dnews.

إذا كنت في بعض الأحيان تقوم برحلات طويلة حقًا ، ولم يتم استخدام محرك الأقراص في هذا الوقت ، فإنني أنصحك بالبقاء داخل مورد جواز السفر ، وبعد ذلك يجب تغيير محرك الأقراص.

في حالات نادرة ، عندما يزيد حجم صفحة NAND عن 16 كيلو بايت ، ويتم ملء القرص بكثافة كبيرة ، ثم من أجل حساب المورد الفعلي لمحرك الأقراص ، يجب تقليله بعشرات المرات وفي بعض الأحيان مئات المرات.

وإذا وضعت محرك ميزانية في الخادم ، فاحرص على كل من الغارة والنسخ الاحتياطي. لن يكون لديك وقت وسرعات استجابة ثابتة ، وحماية الطاقة وغيرها من الأشياء الجيدة لمحركات الشركات ، ولكن يمكنك حساب المورد باستخدام فواصل التصحيح من الجدول المقابل للمقال. في الحالة النموذجية ، قسّم على 11.

مراجع

→ تحسين نظام Linux باستخدام محركات أقراص فلاش رخيصة
→ كيفية تحديد حجم الصفحة وكتلة ذاكرة فلاش

PS الأخطاء المباشرة التي تلاحظها في PM. أنا زيادة الكرمة لهذا الغرض.

شكرا على الصورة TripletConcept .

---

يمكنك طلب جهاز افتراضي باستخدام SSD من RUVDS للقسائم أدناه.