Metodologie Kingston di Garbage Collection per aumentare le prestazioni delle unità SSD nei carichi di lavoro dei clienti

I drive SSD integrano controller avanzati che gestiscono lo storage NAND Flash. Kingston® utilizza controller basati su LSI® SandForce® in determinati drive SSD per poter offrire livelli di resistenza e di prestazioni più elevati ai clienti. Tali controller sfruttano tecnologie proprietarie per gestire il processo di GC (Garbage Collection).

Quando un sistema operativo come Windows elimina un file, si limita ad annotare nella propria tabella interna che quel file è stato eliminato. All’interno di un hard drive (HDD) i dati restano dove sono, in attesa di essere sovrascritti dal sistema operativo non appena sarà necessario archiviare nuovi dati.

I dispositivi basati su memoria NAND Flash non possono sovrascrivere i dati presenti, dovendo quindi attraversare un ciclo di cancellazione programmata. Per poter scrivere all’interno di un blocco di dati già utilizzato, infatti, un controller SSD di norma deve prima copiare tutti i dati validi (quelli che dovranno essere ancora utilizzati in futuro) e scriverli all’interno delle pagine vuote di un altro blocco; quindi deve cancellare tutte le celle del blocco da liberare (eliminando sia i dati da cancellare che quelli nel frattempo copiati per poter essere riutilizzati) e solo a quel punto può iniziare a scrivere nuovi dati nel blocco che è stato così liberato. Questo processo si definisce appunto Garbage Collection. I sistemi operativi più recenti supportano il comando TRIM, che prevede la notifica al drive SSD da parte del sistema operativo dell’eliminazione di un determinato file, in modo tale che il drive SSD possa gestire meglio e più rapidamente la procedura di liberazione di quello spazio, senza dover procedere alla copia e allo spostamento dei dati.

I drive SSD di Kingston dotati di controller LSI SandForce, gestiscono il processo di Garbage Collection in modo Attivo, preparando cioè in tempo reale i blocchi destinati alla cancellazione. Si evita quindi il GC Passivo che, come visto, implica la necessità di spostare i dati, spesso inutilmente visto che i dati spostati potrebbero essere cancellati anche il giorno seguente dall’utente. Il GC svolto in modo Attivo si traduce in un incremento dei livelli di resistenza e di prestazioni del drive SSD. In aggiunta, il GC svolto in modo Attivo massimizza il risparmio energetico nei momenti di inattività del disco mediante la sua disattivazione per tutto il tempo che il sistema non accede al drive SSD. Questo non accade quando il GC è svolto in modo Passivo, visto che deve continuare a spostare fisicamente dati per liberare nuovi blocchi che potranno essere richiesti in futuro dal sistema operativo.

Kingston ha condotto diversi test mediante un’utility denominata Anvil, che genera cicli di riempimento (scrittura dati), svuotamento (cancellazione dati) e successivo nuovo riempimento (riscrittura dati) dei drive SSD. Questa utility è stata lanciata con e senza la funzione TRIM (l’assenza di TRIM è stata simulata utilizzando un drive SSD KC300 all’interno di un server, dotato di una scheda RAID, che non trasferiva il comando TRIM inviato dal controller RAID, oltre che utilizzando drive SSD Kingston all’interno di piattaforme Apple Mac).

I risultati hanno dimostrato che le prestazioni dei drive SSDNow riducono i tempi del primo riempimento (scrittura) e di quello successivo (riscrittura) che segue al completo svuotamento (cancellazione dati); questo dimostra l’efficienza del processo di GC del drive SSD: L’asse sinistro mostra il tempo di riempimento (in secondi - più basso è il valore, migliore è la prestazione), mentre l’asse inferiore mostra i 10 cicli consecutivi con e senza il comando TRIM. Non solo i tempi del KC300 risultano essere i più bassi durante il primo ed il successivo riempimento, ma le prestazioni si mantengono costanti durante tutti i 10 cicli, con il comando TRIM attivo o disattivo. In più, i drive SSD KC300 integrano la tecnologia DuraWrite con Data Reduction, che migliora i livelli di resistenza e di prestazioni (ulteriori informazioni sono disponibili nella Relazione tecnica su DuraWrite pubblicata all’indirizzo kingston.com/ssd.)

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