SSD записи усиления и выносливости

Question

Резюме:

Как измеряется выносливость твердотельных накопителей и как влияет усиление записи?

подробности

У меня есть накопитель Intel SSD Pro 2500 Series объемом 480 ГБ. Недавно я получил уведомление о сбое моего диска. Я был удивлен, потому что ему меньше 2 лет. Я использовал утилиту Intel SSD, чтобы проверить состояние SMART и увидеть результаты, показанные на снимке экрана.

Несколько вещей выделяются:

• E8 доступного зарезервированного места мало. Вероятно, поэтому я получил уведомление о сбое диска.

• Общее количество записей на хосте составляет около 8,9 ТБ. Это много, но не слишком много.

• Всего NAND пишет около 202 ТБ. Это намного больше, и я думаю, что это близко к выносливости.

Я посмотрел на руководство по эксплуатации и спецификации говорят:

Минимальный срок полезного использования / рейтинг выносливости

Срок службы SSD составляет не менее пяти лет при обычной рабочей нагрузке клиента до 20 ГБ операций записи на хост в день.

По моим подсчетам это означает, что поддержка накопителя составляет 20 ГБ * 365 дней / год * 5 лет = 36,5 ТБ операций записи.

Таким образом, мои 8,9 ТБ записей на хосте находятся ниже порога 36,5 ТБ, но 202 ТБ записей NAND намного выше этого порога.

Мой первый вопрос: основаны ли данные о выносливости накопителя на записях на хосте или NAND?

Я предполагаю, что это NAND записи, так как это то, что на самом деле делает диск, но если у кого-то есть более конкретный ответ, это было бы полезно.

Мой второй вопрос: каковы разумные значения для усиления записи в клиентских рабочих нагрузках Windows, и является ли мое увеличение записи в 22,7 раза высоким?Если так, как я могу уменьшить это?

Я проверил, включена ли обрезка, и думаю, что это:

C:\WINDOWS\system32>fsutil behavior query DisableDeleteNotify
NTFS DisableDeleteNotify = 0

Я нашел одну белую книгу, которая указывает, что это нормальный уровень усиления записи:

Коэффициент усиления записи на многих потребительских твердотельных накопителях составляет от 15 до 20.

Но я также видел другие вещи, которые указывают, что усиление записи должно быть ближе к 1. Вот почему я спрашиваю здесь, чтобы посмотреть, есть ли у кого-нибудь полезное понимание.

Приложение: вопрос BitLocker

В процессе написания этого вопроса я нашел обзор моего диска. Часть обзора говорит:

Вопрос TRIM не изменился. Опять же, это не проблема, если вы не используете программное шифрование, потому что в противном случае всегда будут сжимаемые данные, но, учитывая поддержку Opal и eDrive в Pro 2500, я не понимаю, почему кто-то выбрал бы Pro 2500, если планируется использовать программное шифрование.

Я не знаю точно, в чем заключается проблема TRIM, но на моем диске включено шифрование с помощью Bitlocker (часть ИТ-политик). Я искал, как проверить, использует ли диск встроенное шифрование, и кажется, что мой диск не использует аппаратное шифрование. Выполнение команды manage-bde.exe -status c: показывает:

C:\WINDOWS\system32>manage-bde.exe -status c:
BitLocker Drive Encryption: Configuration Tool version 10.0.14393
Copyright (C) 2013 Microsoft Corporation. All rights reserved.

Volume C: [Windows]
[OS Volume]

    Size:                 445.05 GB
    BitLocker Version:    2.0
    Conversion Status:    Fully Encrypted
    Percentage Encrypted: 100.0%
    Encryption Method:    AES 256
    Protection Status:    Protection On
    Lock Status:          Unlocked
    Identification Field: Unknown
    Key Protectors:
        TPM And PIN
        Numerical Password

Теперь я думаю, что контроллер Sandforce плохо работает с несжимаемыми зашифрованными данными. Тем не менее, если у кого-то есть более подробные ответы на мои вопросы, они ценятся.

Answer 1

В обзоре SSD Anandtech есть раздел, озаглавленный « Рейтинги выносливости: как они рассчитываются». В рамках этого дан следующий расчет:

Поэтому, когда вы видите "записи хоста", это ссылка на то, что ОС посылает вниз, а не на реальные записи NAND, которые необходимо выполнить для их выполнения.

Данные о выносливости накопителя основаны на записях хоста или NAND?

В этом случае хост пишет. Так как в руководстве сказано это:

«Срок службы SSD составит как минимум пять лет при обычной рабочей нагрузке клиента и до 20 ГБ операций записи на хост в день». [выделение добавлено]

нет никакой двусмысленности - утверждение относится к записи на хосте, а не к записи NAND. Обратите внимание, что это пушистое утверждение, потому что оно говорит "типично". В этом случае мы не знаем, каково истинное максимальное значение записи NAND, потому что оно не было указано в руководстве.

Статья Тома по аппаратному обеспечению Intel разъясняет ограничения выносливости твердотельных накопителей 600p, но рейтинги TBW могут вводить в заблуждение, в которых говорится, что вы не можете точно оценить, когда ваш диск умрет, основываясь на записи диска в день / записанных терабайтах, и вы должны зависеть только от индикатора износа носителя (MWI) ) значение. Это имеет смысл, потому что это оценка, зависящая от ваших записей, соответствующих конкретной модели. В статье также говорится, что накопитель будет функционировать за пределами MWI, достигая своего конечного значения, пока у вас есть запасные ячейки (но, похоже, у вас их мало).

Каковы разумные значения для усиления записи в клиентских рабочих нагрузках Windows, и является ли мое увеличение записи в 22,7 раза высоким? Если так, как я могу уменьшить это?

Сообщение на форуме Intel от сотрудника Intel предполагает, что коэффициент усиления записи (WAF), равный 1 - 4, является "нормальным", но может иметь значение, равное 10. WAF 22,7, вероятно, выше среднего, но в конечном итоге значение будет очень ситуативным, и, как вы указали, из-за шифрования SSD не будет видеть много сжимаемых данных.

В блоге Microsoft Understanding SSD о выносливости говорится, что для усиления может быть много разных причин:

ремонтные работы генерируют дополнительные IO; дедупликация данных генерирует дополнительный ввод-вывод; файловая система и многие другие компоненты генерируют дополнительный ввод-вывод, сохраняя свои метаданные и структуры журналов; и т. д. Фактически, сам накопитель генерирует усиление записи от внутренних действий, таких как сборка мусора!

В конце дня, если вы не собираетесь изменять рабочую нагрузку данных (делая ее последовательной и сжимаемой), возможности для снижения WAF ограничены. Предполагая, что такие вещи, как разделы, хорошо выровнены, единственное, что вы могли бы сделать, - это перегрузить вручную, опустошив весь SSD с помощью безопасного стирания (что само по себе будет способствовать износу SSD), а затем убедившись, что все создаваемые вами разделы не покрывают полный размер SSD на некоторый процент (таким образом создавая искусственные запасные части). Из бумаги Intel по твердотельным накопителям в приложениях для серверных хранилищ:

Важное замечание: SSD должен быть новым, свежим из готового комплекта или должен быть удален с помощью команды ATA SECURITY ERASE UNIT непосредственно перед настройкой полезной емкости.

• (Рекомендуется) Создайте разделы, которые занимают только желаемую полезную емкость, а оставшуюся емкость не используйте.

Дополнительные ссылки:

• https://www.samsung.com/us/business/oem-solutions/pdfs/SSD-Sales-Presentation.pdf
• https://en.wikipedia.org/wiki/Write_amplification

Answer 2

Для большинства потребительских рабочих нагрузок усиление записи обычно не более чем в 2 раза. 22,7х намного выше, чем нормальное усиление записи, и часто указывает на проблему. К сожалению, эта проблема заключается в самом контроллере вашего SSD.

Необычно высокое усиление записи, которое вы видите, вызвано сочетанием полнодискового шифрования на SSD на базе SandForce и ошибочной реализацией TRIM на SandForce SF-2281 с версиями прошивки 5.0.1 и 5.0.2.

---

Полнодисковое шифрование плохо взаимодействует с технологией сжатия данных, используемой контроллерами SandForce

Контроллеры SandForce SSD широко известны тем, что для повышения надежности SSD используют сжатие данных (фирменное наименование DuraWrite). По сути, функция DuraWrite сжимает данные при их отправке в контроллер, записывает сжатые данные в NAND и распаковывает их при чтении. Идея состоит в том, что пользовательские данные часто сжимаются, и использование этого преимущества позволяет контроллеру записывать в NAND меньше данных, чем фактически отправляется на диск. Таким образом, при правильной рабочей нагрузке накопители на базе SandForce являются одними из немногих, которые могут добиться коэффициента усиления записи менее одного.

Однако зашифрованные данные не могут быть эффективно сжаты, поэтому это нарушается. Эта зависимость от сжатия означает, что при столкновении с несжимаемыми данными контроллеры SandForce страдают от более низкой производительности и не получают никакого преимущества в выносливости благодаря функции DuraWrite.

TRIM не работает должным образом на прошивках SandForce SF-2281 версий 5.0.1 и 5.0.2

Основное ограничение флэш-памяти NAND заключается в том, что, хотя она может быть записана на небольших страницах, существующие данные не могут быть перезаписаны на месте, их необходимо сначала удалить, что можно сделать только целыми блоками по несколько десятков страниц. Пазы также должны быть разложены, чтобы предотвратить преждевременное изнашивание какой-либо области привода (выравнивание износа). Кроме того, диски должны предполагать, что все данные, ранее записанные на диск, все еще действительны, пока ОС не сообщит об этом иначе с помощью команды TRIM. В результате SSD, который, по-видимому, намного меньше, чем заполнен операционной системой, может быть внутренне близко к полному. Вы с большей вероятностью увидите высокое усиление записи, если накопитель получает много мелких случайных записей, когда он заполнен внутри; по сути, накопитель должен стирать целые блоки и перезаписывать значительные объемы существующих данных, когда вы на самом деле пытаетесь записать небольшие кусочки информации на накопитель.

К сожалению, контроллер SF-2281, используемый в Intel SSD Pro 2500 (и ряде других SSD в то время), поставлялся с ошибочной прошивкой, из-за которой TRIM не работал должным образом. В результате контроллер не может правильно выполнить сборку мусора и должен многократно перезаписывать данные, ранее записанные на диск, даже если они больше не действительны. Хотя BitLocker поддерживает TRIM, он практически бесполезен на этом диске. В результате привод эффективно ведет себя так, как будто он всегда полностью заполнен, что приводит к очень высокому усилению записи.

---

Что я могу сделать по этому поводу?

Учитывая состояние SMART накопителя, вы должны заменить его как можно скорее. Современные твердотельные накопители обычно имеют функционирующую TRIM и не будут страдать от этой проблемы. Насколько я могу судить, Intel SSD Pro 2500 никогда не получал обновления прошивки для решения этой проблемы.

Эту проблему можно было бы решить, если бы она была чрезмерно предоставлена, чтобы фактически использовалось меньше полной дисковой области. К сожалению, из-за того, что TRIM не работает, простое сокращение системного раздела не поможет, потому что освобожденная область не может быть обрезана, чтобы сообщить диску, что она может использоваться в качестве резервной области. Вам нужно будет стереть весь диск с помощью команды безопасного стирания, правильно разделить диск и никогда не использовать неразмеченное / неформатированное пространство для хранения каких-либо фактических данных. Действительно, это уже упоминалось в ответе Анона:

Важное замечание: SSD должен быть новым, свежим из готового комплекта или должен быть удален с помощью команды ATA SECURITY ERASE UNIT непосредственно перед настройкой полезной емкости.

• (Рекомендуется) Создайте разделы, которые занимают только желаемую полезную емкость, а оставшуюся емкость не используйте.