Metodologie Garbage Collection firmy Kingston jako sposób na zwiększenie wydajności dysków SSD

Dyski SDD posiadają zaawansowane kontrolery, które zarządzają przechowywaniem danych w pamięci NAND Flash. Firma Kingston® w niektórych modelach dysków SSD stosuje kontrolery LSI® SandForce®, aby zapewnić klientom lepszą wytrzymałość i wydajność. Kontrolery te wykorzystują zastrzeżone technologie w celu realizacji procesu odzyskiwania pamięci, garbage collection (GC).

Usunięcie plików w systemie operacyjnym takim jak Windows skutkuje po prostu ustawieniem w wewnętrznej tablicy plików systemu wskaźnika usunięcia. W przypadku dysków twardych (HDD) fizyczny zapis nieaktualnych już danych nadal istnieje, ale może być nadpisywany przez system w celu przechowywania nowych danych.

Urządzenia oparte na pamięci NAND Flash nie mogą jednak nadpisywać fizycznie zapisanych danych. Muszą przejść przez cykl programowania/kasowania — aby zapisać dane w miejscu, w którym znajduje się już blok danych, kontroler dysku SSD najpierw musi skopiować wszystkie aktualne (nadal wykorzystywane) dane i zapisać je na pustych stronach innego bloku, a następnie wykasować wszystkie komórki w bieżącym bloku (zarówno aktualne, jak i nieaktualne) i rozpocząć zapisywanie nowych danych do nowo wykasowanego bloku. Proces ten określany jest mianem „garbage collection”. Nowsze systemy operacyjne obsługują również komendę TRIM, za pośrednictwem której system informuje dysk SSD o usunięciu poszczególnych plików, tak by mógł on lepiej zarządzać procesem GC i odzyskiwać przestrzeń wcześniej, zapobiegając zapisywaniu i przenoszeniu nieaktualnych danych.

Dyski SSD firmy Kingston wyposażone w kontrolery LSI SandForce realizują wysoce efektywny proces Foreground GC, co oznacza, że są w stanie szybko przygotowywać bloki do kasowania w czasie rzeczywistym, w przeciwieństwie do procesu Background GC, w ramach którego może dochodzić do niepotrzebnego przenoszenia danych przy okazji usuwania przez użytkownika w terminie późniejszym. Metodologia Foreground GC zapewnia wyższą wytrzymałość i wydajność dysków SSD. Metodologia Foreground GC maksymalizuje ponadto korzyści związane z pracą w charakteryzującym się niskim poborem energii trybie bezczynności, wyłączając dysk SSD, gdy system nie uzyskuje do niego dostępu — czego nie można powiedzieć o metodologii Background GC, która przerywa stan bezczynności, gdy przenosi dane do nowych bloków zanim będą potrzebne.

Firma Kingston przeprowadziła teksty z wykorzystaniem narzędzia o nazwie Anvil, które realizuje cykle zapisywania dysków SSD danymi, kasowania wszystkich takich danych, a następnie ponownego zapisywania dysku. Użyliśmy tego narzędzia do przeprowadzenia testów zarówno z komendą TRIM, jak i bez niej (w tym ostatnim przypadku chodziło o symulację zastosowania dysku KC300 SSD w serwerze z kartą RAID, gdzie komenda TRIM nie jest przepuszczana przez kontroler RAID, bądź też zastosowania dysku Kingston SSD na platformach Apple Mac).

Wyniki dowiodły przewagi dysków SSD Now pod względem krótszego czasu zapełniania dysku i krótszych czasów ponownego zapełnienia dysku po usunięciu wszystkich plików — wydajność procesu GC tych dysków SSD przedstawia poniższy wykres: Lewa oś przedstawia czas zapełniania dysku (w sekundach – im mniej, tym lepiej), natomiast oś dolna odpowiada 10 kolejnym przebiegom z komendą TRIM i bez niej. Dysk KC300 nie tylko zapewnił najkrótsze czasy zapełniania i ponownego zapełniania dysku, lecz również osiągnął stałą wydajność w trakcie wszystkich 10 przebiegów zarówno z komendą TRIM, jak i bez niej. Dyski KC300 obsługują również dodatkowo zwiększającą wytrzymałość i wydajność technologię DuraWrite z funkcją Data Reduction (więcej informacji znaleźć można w raporcie technicznym dotyczącym DuraWrite dostępnym pod adresem kingston.com/ssd).

Dowiedz się więcej