Практикум: влияние разметки диска на производительность SSD
Поделитесь в соцсетях:
Проблема неправильного форматирования SSD-дисков обсуждалась много раз с тех самых пор как эти накопители поступили в массовое производство. И хотя современные операционные системы Windows уже научились правильно работать с твердотельными дисками, при форматировании накопителей сторонними утилитами (либо в Windows XP) возможны проблемы с производительностью, о которых будет рассказано ниже.
Поводом к проведению тестов и написанию материала стало не только желание лично проверить результат, но и в большей степени необходимость получить конкретные цифры, поскольку уж слишком много интернет-ресурсов при описании проблемы вместо точных данных об изменении производительности приводят размытые формулировки и ссылаются на другие статьи, которые, в свою очередь, отсылают куда-то еще. В конце концов, после того как было найдено несколько негативных отзывов о влиянии выравнивания разделов на производительность SSD, стало ясно, что в ситуации необходимо разобраться самостоятельно. В материале изложены теоретические основы и руководство к проверке правильности сдвига разделов на SSD, а также тесты быстродействия.
Немного теории
Современные накопители представляются операционной системе и программам в виде памяти, разбитой на сектора размером 512 байт, тем не менее на физическом уровне размер каждого сектора диска в 8 раз больше и составляет 4 КБ. Для сохранения совместимости со старыми приложениями над всем этим создается еще одна прослойка, в которой каждый сектор также равен 4 КБ. Операционные системы Microsoft, выпущенные до Windows Vista, резервируют первые 63 сектора в начале диска для MBR (master boot record), и это приводит к тому, что логический (самый верхний) и физический (самый нижний) слои накопителя сдвигаются друг относительно друга, и следовательно, один логический сектор размещается сразу на двух физических. Из этого вытекает, что все операции ввода/вывода будут совершаться дважды, что не только снижает производительность SSD, но и быстрее расходует его ресурс (как известно, у SSD ограниченное количество циклов записи). Как можно догадаться, чтобы сектора на физическом и логическом уровне совпадали, сдвиг в самом начале диска должен быть кратен 4 КБ (4096 байт).
Как узнать, правильно ли сдвинут раздел на SSD
Как упоминалось выше, современные системы Windows умеют правильно сдвигать разделы при форматировании, однако если первоначальная разбивка была сделана в сторонней утилите или в Windows XP, то даже переформатирование в Windows 7 не исправит ситуации. В этом случае поможет либо полное удаление раздела(-ов) и создание нового, либо сдвиг всей области диска с помощью специальных утилит.
Чтобы узнать, а нужно ли вообще заниматься всем этим, необходимо запустить утилиту msinfo32, перейти в раздел Components->Storage->Disks (Компоненты->Запоминающие Устройства->Диски), и найти значение Partition Starting Offset для своего SSD диска. 
Если при делении этого значения на 4096 получается не целое число, то первый раздел сдвинут некорректно. В нашем случае 32 256/4096 = 7,875, чего и следовало ожидать после форматирования диска под Windows XP.
Альтернативным способом получения той же информации является запуск следующей команды в командной строке:
wmic partition get BlockSize, StartingOffset, Name, Index 
Как видно, на одном накопителе (SSD в нашем случае) первый раздел сдвинут некорректно, а на втором (HDD) – корректно, поскольку 1048576/4096 = 256 (целое число).
Как подвинуть раздел
Если на диске не хранится ничего важного, то быстрее всего исправить ошибку можно, удалив все разделы и создав их заново из-под Windows Vista/7. Простым форматированием здесь не обойтись, поскольку сдвига области при этом не происходит.
Если диск является загрузочным и описанные выше операции нежелательны, то следует заняться смещением раздела. Рассмотрим, как это делается с помощью бесплатной утилиты GParted.
1. Скачиваем загрузочный ISO-диск GParted (115 МБ) либо используем один из дистрибутивов Linux, в котором GParted может быть доступен в виде отдельной утилиты.
2. Записываем образ на компакт-диск или флешку и загружаемся с носителя.
3. Выбираем в GParted первый раздел SSD-накопителя и команду Resize/Move.
4. Снимаем галочку возле Round to cylinders, ставим «2» напротив Free space preceding, нажимаем Resize/Move и затем Apply.
5. Повторяем предыдущий пункт, но вместо «2» в Free space preceding ставим «1». Нажимаем Resize/Move и затем Apply.
6. Если на SSD имеется несколько разделов, то операции 3-5 необходимо повторить с каждым из них, что может занять несколько часов.
GParted выполняет операцию сдвига без удаления данных, однако при работе с жесткими дисками всегда рекомендуется сохранять важные файлы на другом носителе.
После перезагрузки система скорее всего откажется стартовать, но работоспособность Windows можно быстро вернуть, используя команду Repair Your Computer в первом же диалоге любого загрузочного диска с Windows 7.
После появления Рабочего Стола проверяем корректность выравнивания в Msinfo32: 
2 097 152 / 4096 = 512 – раздел сдвинут правильно.
Производительность
Прежде чем непосредственно измерить быстродействие, была сделана попытка посчитать операции ввода/вывода до и после форматирования диска. Как утверждает справка Microsoft, параметры I/O Reads и I/O Writes в Диспетчере Задач Windows показывают количество соответствующих операций чтения или записи для каждого конкретного процесса.
Пять раз до использования GParted и пять раз после было произведено копирование одного и того же ISO-файла объемом 700 МБ на SSD-диске с помощью файлового менеджера Altap Salamander. В каждом случае количество операций чтения и записи составляло ровно 22,3 тыс. Отсутствие разницы, скорее всего, объясняется тем, что Менеджер Задач Windows работает только с верхним уровнем диска и не умеет отображать реальное количество операций на базовом уровне.
Для непосредственного измерения производительности использовались программы HD Tune и Crystal Disk Mark. SSD-накопитель Kingston HyperX SH100S3B/240G сначала тестировался на компьютере с SATA 2.0, а затем на платформе с поддержкой SATA 3.0, где ему удалось полностью раскрыть свой потенциал: быстродействие накопителя находится на уровне 500+ МБ/с, но при использовании SATA 2.0 упирается в 200+ МБ/c. Все измерения проводились 5 раз, а размер тестового файла в CrystalDiskMark составлял 1000 МБ.
В режиме Benchmark программы HD Tune измерялась лишь скорость чтения, поскольку для тестирования записи требовалось удаление всех разделов с диска (для прямого доступа утилиты к накопителю), а это разумеется лишало всю проверку смысла.
SATA 2.0 
(Скорости чтения и записи до и после выравнивания, МБ/с)
Логично было бы предположить, что накопитель, производительность которого в 2,5 раза превышает пропускную способность SATA 2.0, просто упрется в возможности интерфейса и не продемонстрирует никакого прироста на устаревшей платформе, но это оказалось совсем не так. Рост, и довольно существенный, был зафиксирован даже в такой конфигурации тестовой системы.
Как хорошо видно на диаграмме, скорость чтения в режиме SATA 2.0 практически не менялась, и определяющим фактором здесь (за исключением двух последних тестов с небольшим размером блоков) стало «бутылочное горлышко» интерфейса.
Совершенно другая картина складывается в тестах на скорость записи, где в каждом случае была зафиксирована очевидная разница в быстродействии. Минимальный прирост производительности составил 12%, а максимальный – 450%.
SATA 3.0 
(Скорости чтения и записи до и после выравнивания, МБ/с)
Этот режим позволил раскрыть весь потенциал накопителя, и он продемонстрировал в тестах именно те скорости, которые производитель указал на коробке (около 500 МБ/c в режиме чтения и записи).
Проверка чтения вновь не принесла особых сенсаций, разве что HD Tune в режиме Benchmarks как бы исправился за результат в предыдущем тесте, где вместо небольшого повышения производительности было зафиксировано незначительное, но все же странное снижение показателей. Также выделяется результат CrystalDiskMark (4K QD32), где разница в скорости составила не пару МБ, как в остальных тестах, а значительно больше.
Результаты записи также очень похожи на те, что были получены в режиме SATA 2.0. Прирост в каждом тесте (кроме первого и последнего) практически идентичен, и это легко объясняется тем, что производительность SSD в этих тестах не зависела от версии SATA интерфейса. Если сделать подсчеты, то минимальный прирост составил 18%, а максимальный – 310%.
Как форматировать(размечать) винчестер SSD?
Сергей Кореневский: про износ речь не идёт. эти 15% необходимы для создания служебных/временных файлов, необходимых для загрузки системы. Когда памяти не хватает, то система начинает медленнее работать не из-за износа, и из-за того, что для создания очередного служебного файла недостаточно места и система ожидает освобождения пространства для его создания.
Износ носителя происходит при записи. Некоторая эмиссия (разрушение ячеек памяти/магнитных токенов на дисках) происходит в процессе длительного хранения, но это настолько долгий процесс, что его учитывать не имеет смысла.
DimkaI: про износ речь не идёт. эти 15% необходимы для создания служебных/временных файлов,
Вы путаете. С одной стороны, под завязку забитый системный диск приводит к тормозам ОСи (служебные и временные файлы, которые вы упоминаете). Но чтобы этого не происходило, нужно какое-то место оставлять свободным на размеенной системной партиции. А ТС спрашивал про неразмеченную область. Эта неразмеченная область, если ее оставить, отлично понимается контроллером SSD и используется для overprovisioning (OP) в дополнение к штатной OP-области. Можно об этом почитать в технических статьях от производителей SSD, но особо не зачем. Некоторый мусорный софт, что идет в комплекте с SSD (типа Samsung Magician), также может это сделать за пользователя. В наше время и для домашнего пользователя особой нужды делать это нет.
Как разбить SSD чтобы при переполнении логических дисков SSD не изнашивался?
Диск изнашивается всегда при использовании, но это несущественно. Если он умрет в обозримом будущем — это будет не из-за износа.
Можно ли в SSD не размечать 15% логическимит дисками?
Можно, но сейчас особо незачем для домашнего применения, и очень жалко. Поэтому особой нужды нет.
Можно ли в SSD не размечать 15% в GBT разметке, так как, GBT разметка является контейнером для MBR разметки?
Логика не очень понятно, но неразмеченную область оставлять особо не нужно, поэтому просто забейте.
Как SSD понимает что это пространство не используется? (ведь любое удаление является удалением ссылки в памяти)
Оно неразмечено, и контроллер его использует в дополнение к штатной области OP, чтобы добро не пропадало.
Контроллер SSD сам лезит в разметку GBT и сам анализирует что свободно а что нет?, или ему Windows дает комманды что ечть данные а что есть пустота?
Неразмеченная область — это область, на которой нет разделов, соответственно, записать туда ничего не получится, и Windows тут совершенно ни при чём. Грубо говоря, у вас диск «240Gb». В нем уже есть штатная область OP (скорее всего, около 16Gb). Вы ставите на него систему, она создает на нем всякие служебные микроразделы для восстановления и т.п., и, обычно, один большой на всё оставшееся место. Тогда у контроллера есть только штатная OP. Если же вы создадите системный раздел не на всё оставшееся место, а оставите свободными (неразмеченными) икс гигабайт, эта область будет также использоваться контроллером.
Системный раздел при этом получится на это икс гигабайт меньше. Свободное место на нём для OP не используется, естественно.
Распознает ли котроллер SSD в GBT разметке не размеченную область при условии что Windows дает комманды что есть данные и что есть пустота в логических дисках?
Распознает ли котроллер SSD в GBT разметке не размеченную область при условии что Windows дает комманды что есть данные и что есть пустота в логических дисках?
Нет, свободное место разделов никак не используется для overprovisioning.
Повторюсь, забейте. Всё, что нужно знать об SSD:
— лучше брать те, у которых гарантия больше
— их также нужно регулярно бэкапить, как и обычные диски
— современные ОСи их распознают, и «оптимизировать» их не нужно, в первую очередь, ни в коем случае не отключать виртуальную память, не размещать temp, программы на обычных жестких дисках; на жестких дисках имеет смысл хранить объемные пользовательские медиаданные, в крайнем случае — крупный софт, если ссд микроскопический и на него уже не влезает
— неразмеченную область на нём делать можно, но не нужно
Теории об оптимизации виндовс я уже начитался.
А что там читать — купил, воткнул вместо HDD, вот и все.
Еще желательно проверить чтобы диски были включены в AHCI, но это не для SSD рекомендация, а вообще для всех дисков.
ОС оптимизировать точно никак не нужно.
Какую-то специальную разбивку для домашнего использования в вашем случае тоже особого смысла делать нет.
Везде в интернете написано что для долговечной работы нужно иметь свободного 15% свободного пространства для равномерного износа памяти
Фигня написана. Свободное пространство нужно, без него у вас скорость записи упадет. А на износ это практически не влияет.
думаю что виндовс же не удалит же точку восстановления при C:95%,D:100% ?
Точки восстановления удаляются когда их размер превышает лимит, либо когда они мешают записи данных на диск.
Если диск будет переполнен- будут удалятся точки восстановления.
Как разбить SSD чтобы при переполнении логических дисков SSD не изнашивался?
Чтобы SSD не изнашивался разбивка не поможет, уменьшить износ можно только полным отказом от эксплуатации и хранением в сухом и прохладном месте.
Можно ли в SSD не размечать 15% логическимит дисками?
Можно, и в некоторых случаях даже нужно, например когда не работает TRIM или когда на диск идет большая нагрузка по записи, это называется over provisioning. Только убедитесь что неразмеченное место очищенно от данных, иначе толку от этого не будет.
Можно ли в SSD не размечать 15% в GBT разметке, так как, GBT разметка является контейнером для MBR разметки?
Про GBT разметку не слышал — что это за зверь? Если речь про GPT — то какое она отношение имеет к контейнерам и MBR? Просто другой вариант разметки, более прогрессивный и имеющий меньше ограничений чем MBR.
Как SSD понимает что это пространство не используется?
Никак не понимает.
Есть запись или чтение с LBA адреса — значит используется, если нет значит не используется.
Контроллер SSD сам лезит в разметку GBT
Не знаю что такое GBT но контроллер никуда не лезет, и не знает что там у вас за файловая система, не знает есть ли у вас файловая система, форматировали вы диск или нет — все это ему неведомо. Контроллер просто пишет данные которые ему дают на запись, и читает данные которые запросили на чтение, и попутно занимается внутреннней оптимизацией, что происходит за пределами диска его не касается.
Основное различие между HDD и SSD в этом плане —
HDD пишет информацию туда, куда ему сказали, куда определила данные файловая система.
SSD пишет информацию туда, куда сам сочтет нужным. И он всегда использует весь объем диска для записи!
Но ни HDD, ни SSD ничего не знают про то как вы их разметили и какую файловую систему на них разместили.
Не стоит заниматься оптимизированием того, в чем вы разбираетесь плохо. Потому что в результате вы будете оптимизироваьт вообще не то, что нужно.
Свободное пространство зависит не от физического диска, а от логического. Связано это с тем, что когда остается мало места, системе неудобно выбирать как располагать файлы. Но деградация скорости на ssd будет совершенно незаметна. Поэтому делить ssd на несколько логических дисков особого смысла не имеет.
Делить его на два диска имеет смысл только в том случае, если у вас на первом диске только система, а на втором пользовательские данные. Но учитывая, что 90% пользователей хранит данные на рабочем столе, уже можно не париться и делать один раздел.
1) Как разбить SSD чтобы при переполнении логических дисков SSD не изнашивался?
Износа при переполнении нет. При переполнении есть отсутствие свободного места, и системе некуда писать логи, кеш и она обычно перестает работать. Поэтому в идеале ничего не разбивать, так будет доступно больше места.
2) Можно ли в SSD не размечать 15% логическимит дисками?
Замедление работы есть на HDD, когда свободное место на ЛОГИЧЕСКОМ диске заканчивается. Поэтому вопрос некорректный в принципе. Неважно сколько места вы не будете разбивать. Если заканчивается место в конкретном разделе (например C:), в нем будет хуже работать файловая система. Когда место закончится — если это системный диск, система не сможет корректно работать.
3) Можно ли в SSD не размечать 15% в GBT разметке, так как, GBT разметка является контейнером для MBR разметки?
Опять же вопрос некорректный, см 2)
4) Как SSD понимает что это пространство не используется? (ведь любое удаление является удалением ссылки в памяти)
Любой раздел содержит системную информацию, где указано какие сектора заняты под какой файл. Когда файл удаляется — системная информация помечается, чтобы отметить что эти сектора теперь свободны, и в них можно записать файл. Почитайте про устройство любой файловой системы.
5) Контроллер SSD сам лезит в разметку GBT и сам анализирует что свободно а что нет?, или ему Windows дает комманды что ечть данные а что есть пустота?
Контроллер SSD вообще никак не замечает заполнено место или нет. Ему все равно. Даже если 100% диска занято, контроллер работает нормально.
6) Распознает ли котроллер SSD в GBT разметке не размеченную область при условии что Windows дает комманды что есть данные и что есть пустота в логических дисках?
Контроллер диска ничего не знает про разметку. Он знает про сектора диска.
Про разметку знает операционная система, точнее драйвер для работы внешними устройствами и драйвера конкретных файловых систем.
