В руководствах по оптимизации SSD часто рекомендуют поддерживать некий процент свободного пространства, а иногда даже советуют оставлять на диске неразмеченную область. Сегодня я объясню, откуда берутся эти рекомендации и почему они варьируются.

Вопрос, вынесенный в заголовок статьи, открыл комментарии к записи о сроке жизни SSD. Я пообещал ответить на него в следующем материале, но в список 12 мифов об оптимизации твердотельных накопителей он не попал. Давайте разбираться, почему свободное пространство оказывает благотворное влияние на SSD.

[+] Сегодня в программе

Что происходит по мере заполнения SSD

В первой статье серии я рассказывал о сборе мусора. Напоминаю вам картинку:

Увеличить рисунок

Обратите внимание, что перед началом операции в распоряжении контроллера был свободный блок Y, что и позволило ему переместить данные, а затем очистить блок X. Когда диск не заполнен, таких свободных блоков много.

Контроллер SSD всегда работает с постоянной скоростью, однако быстродействие накопителя может сильно варьироваться.

Когда у контроллера мало пространства для маневра, ему приходится выполнять больше фоновых операций «чтение – изменение – запись» (рис. выше). Это негативно влияет на быстродействие накопителя.

Представьте, что диск заполнен данными на 95%, т.е. количество свободных блоков уже не так велико. В этот момент вы начинаете активно записывать данные на диск. Что произойдет в этом случае? Неужели скорость работы накопителя будет стремиться к нулю?

Добро пожаловать в резервную область SSD!

Что такое резервная область SSD

Твердотельные накопители содержат больший объем памяти, нежели видит любая операционная система. Эта резервная область диска (spare area) находится в эксклюзивном распоряжении контроллера, а принцип ее выделения называется over-provisioning. Но прежде чем поговорить о ней, давайте разберемся с единицами измерения и приставками.

Как считаются гигабайты

У единиц измерения емкости дисков существует два типа приставок:

• Десятичные (приставки СИ) – это гигабайты, которые обозначются символом GB или ГБ. В одном гигабайте 10⁹ или 1 000 000 000 байт.
• Двоичные (приставки МЭК) – это гибибайты, которые обозначаются символом GiB или ГиБ. В одном гибибайте 2³⁰ или 1 073 741 824 байт.

Производители жестких дисков исторически используют десятичные приставки, поэтому они указывают емкость в гигабайтах. А операционные системы считают объем дисков в гибибайтах (за исключением Apple OS X 10.6 и старше, использующих гигабайты). Поскольку в GB меньше байтов чем в GiB, полезная емкость диска всегда меньше, чем указано на коробке.

Дополнительную путаницу вносит то, что Windows отображает емкость дисков в GB, хотя считает правильно, в GiB. Дело в том, что операционная система появилась несколько раньше, чем двоичные приставки, утвержденные в 1999 году. Поэтому Windows просто сохраняет старую традицию.

Так или иначе, чтобы подсчитать реальную емкость диска в GiB, достаточно поделить заявленную емкость в GB на 1.073741824. Возьмем для примера гипотетический диск, на коробке которого написано 256GB. Его фактическая емкость — 238.4GiB.

Как образуется резервная область

Производители SSD тоже указывают емкость дисков в гигабайтах, но дьявол в деталях, как всегда.

На борту типичного SSD с заявленной емкостью 256GB физически размещено 256GiB флэш-памяти NAND, однако вам все равно доступно только 238.4GiB дискового пространства.

Остальная память спрятана от системы и служит в качестве резервной области!

Поэтому в общем случае считается, что в твердотельных накопителях для домашнего применения объем резервной области составляет примерно 7% от заявленного объема диска (точнее, 6.87%). Но это еще не все!

Откуда берутся круглые цифры в объемах SSD

В одной из прошлых записей на тему SSD я упоминал диски объемом 90, 120 и 240GB. Вы не задумывались, почему некоторые твердотельные накопители имеют именно такой объем, в то время как их конкуренты — соответственно 96, 128 и 256GB?

Увеличить рисунок

Такие объемы свойственны, например, накопителям на контроллерах SandForce, которым требуется дополнительная память для реализации технологии RAISE. Так, в дисках с заявленным объемом 240GB на самом деле 256GiB флэш-памяти. В таких SSD вам доступно 223.5GiB, а в резерве контроллера находится около 13% NAND (точнее, 12.7%).

Как круглые цифры превращаются в… квадратные :)

Конкуренция на рынке SSD иногда приводит к неожиданным поворотам. Недавно Вадим Гаевой поинтересовался моим мнением об одном накопителе для своего нетбука. В описании мое внимание сразу привлекли 7% на картинке:

Подоплека маркетинга такова, что у конкурентов диски 240GB, а у нас — 256GB, т.е. на 7% больше. Я предположил, что там отсутствует часть резервной области, обычно задействованной для RAISE.

Действительно, в начале 2012 года SandForce выпустила для производителей прошивку, в которой можно изменять процент резервной области, чем некоторые из них и воспользовались для увеличения полезной емкости своих дисков и маркетинговых ходов.

Зачем SSD нужна резервная область

У всех твердотельных накопителей резервная область служит для трех целей.

1. Сбор мусора

Накопитель всегда обладает запасом блоков памяти, которые операционная система не может заполнить ввиду отсутствия доступа в резервную область. Как следствие, сбор мусора выполняется не так часто, и я объясню преимущества этого чуть ниже.

2. Выравнивание износа

За счет наличия резервных блоков контроллер получает возможность выравнивать износ SSD более равномерно.

3. Замена вышедших из строя блоков памяти

Если ресурс того или иного блока окажется исчерпан, контроллер находит ему замену именно в резервной области.

Как резервная область отражается на производительности и выносливости

Хотя операционная система видит только положенный ей объем флэш-памяти, контроллер использует все доступные ему блоки. Чем больше памяти в распоряжении контроллера, тем реже возникает необходимость в сборе мусора, и тем лучше для накопителя.

Более стабильная производительность

Когда выполняется меньше операций «чтение – изменение – запись», быстродействие твердотельного накопителя поддерживается на должном уровне даже по мере его заполнения. Осенью 2012 Intel выпустила SSD DC S3700, который позиционируется для организаций и здесь взят просто для примера.

Одной из особенностей является очень большая резервная область. Так, у SSD емкостью 200GB (заявленных производителем, т.е. полезных 186GiB) общий объем памяти NAND составляет 264GiB. Другими словами, для контроллера всегда свободно около 30% флэш-памяти!

Заявленные скорости S3700 находятся на уровне других накопителей Intel , однако в продвижении диска компания делает упор на стабильную производительность.

В первую очередь, речь здесь идет о применении в организациях, когда накопитель подвергается массированной атаке случайных данных. Другими словами, алгоритмы контроллера, которому поручена такая большая резервная область, ориентированы на то, чтобы не допустить снижения производительности SSD под большой нагрузкой.

На сайте AnandTech опубликованы результаты тестов на стабильность производительности нескольких накопителей. Интересны они в первую очередь тем, что каждый SSD сравнивается с самим собой при разных объемах резервной области. Все три диска продемонстрировали более стабильную производительность операций ввода-вывода при увеличении этой области до 25%.

Увеличить рисунок

Результаты также любопытны тем, что в отличие от Intel, контроллеры этих дисков специально не оптимизированы под увеличенную резервную область. Впрочем, не стоит возводить эти результаты в догму, т.к. они могут варьироваться в зависимости от контроллера/прошивки. К тому же, в домашних ПК такие нагрузки – редкость.

Продление срока службы SSD

Здесь все просто! Чем меньше выполняется операций «чтение – изменение – запись», тем меньше данных записывается на диск. Как следствие, большая резервная область продлевает срок жизни твердотельного накопителя.

Еще одной отличительной особенностью Intel S3700 является глубокий ресурс.

10 drive writes per day over five years

Для диска в 200GB – это 2TB в день, что в 100 раз больше, чем Intel гарантирует для дисков, нацеленных на домашние ПК.

Можно ли самостоятельно увеличить резервную область

Можно, конечно. У некоторых производителей SSD в фирменных утилитах даже есть такая функция. Например, ей обладает Samsung Magician, причем рекомендуется выделить для резервной области 10% доступного дискового пространства.

Увеличить рисунок

Впрочем, этого можно добиться и без специальных программ. Если скрыть от ОС некую часть диска, она автоматически превратится в дополнительную резервную область. Достаточно оставить на диске неразмеченное пространство — именно это и делают утилиты изготовителей SSD.

Этот подход можно применять ко всем накопителям и ОС, поэтому часто его формулируют именно таким образом. Однако в нем нет насущной необходимости в системах с поддержкой TRIM, в частности Windows 7 и новее.

Оставляя неразмеченное пространство на SSD, вы лишь гарантируете, что свободная область будет равномерной, что не имеет значения для контроллера. Недостатком неразмеченной области является невозможность моментально использовать весь доступный вам объем диска, когда это понадобится.

Сколько свободного пространства нужно оставлять на SSD

Этот вопрос вас будет интересовать вне зависимости от того, решите вы оставлять на диске неразмеченное пространство или будете поддерживать на нем определенный процент незанятого места.

В зависимости от ваших повседневных задач, хорошей идеей будет не размечать или не занимать 10 — 20% от доступного вам объема накопителя.

Нижняя граница зависит от ваших задач и накопителя, а переход верхней вряд ли принесет вам дивиденды. Не забывайте, что производитель уже зарезервировал для контроллера как минимум 7% от общего объема NAND.

Этот момент нужно учитывать до покупки SSD. Иначе вам придется переносить на жесткий диск файлы системы и программ, что снижает общий эффект от потраченных денег.

Опрос и дискуссия

Предыдущий опрос показал, что SSD владеют уже почти 60% читателей блога, что в 7.5 раз больше, чем год назад. Теперь будет интересно увидеть, как у вас обстоят дела со свободным местом на диске.

Напишите в комментариях:

• емкость своего SSD или системного раздела на HDD
• объем свободного пространства на нем (для SSD приплюсуйте неразмеченную область, если создавали ее)
• основную операционную систему

Выбирая свой вариант ответа в опросе, пожалуйста, будьте внимательны и учитывайте первые два из перечисленных выше критериев.

Результаты голосования утеряны в связи с прекращением работы веб-сервиса опросов.