لماذا تتباطأ محركات الأقراص الصلبة أثناء قيامك بتعبئتها

المقاييس واضحة: تتباطأ عمليات التشغيل في الحالة الصلبة أثناء ملءها. قم بملء محرك الأقراص الثابت الخاص بك إلى القدرة التقريبية القريبة وسيتناقص أداءه الكتابي بشكل كبير. السبب يكمن في طريقة عمل محركات أقراص SSD و NAND Flash.

يُعد ملء محرك الأقراص إلى السعة أحد الأشياء التي لا يجب عليك القيام بها مطلقًا باستخدام محرك أقراص الحالة الصلبة. سيكون لمحرك أقراص الحالة الصلبة بالكامل تقريباً عمليات كتابة أبطأ بكثير ، مما يبطئ جهاز الكمبيوتر الخاص بك.

كتل فارغة وكتل معبأ جزئيا

عند كتابة ملف إلى محرك الأقراص الحالة الصلبة ، فإنه يبحث عن كتل فارغة ويقوم بتعبئةها. الكتابة إلى كتلة فارغة هي أسرع عملية كتابة ممكنة. ولهذا السبب تدعم أنظمة التشغيل الجديدة (Windows 7 والإصدارات الأحدث) ميزة TRIM ، التي تقوم تلقائيًا بحذف بيانات الملف من محرك الأقراص الثابت حالما تقوم بحذف الملف في نظام التشغيل الخاص بك. يعمل هذا بشكل مختلف عن محركات الأقراص الصلبة المغناطيسية ، حيث توجد أجزاء من الملفات المحذوفة على القرص الصلب.

فهم لا يجلسون على محرك الأقراص الصلبة - تضمن TRIM تفريغ الكتلة بحيث يمكن لـ SSD كتابة بيانات جديدة بسرعة إلى الكتلة الفارغة في المستقبل. الكتابة على قطاع مكتوب بالفعل هي بنفس سرعة الكتابة إلى القطاع الخالي على محرك الأقراص الصلبة ، ولكن يجب أن تمحو محرك الأقراص الثابت حالة من الحظر قبل الكتابة إليه..

ذاكرة NAND Flash تقوم بكتابة البيانات في صفحات 4 كيلوبايت داخل كتل 256 كيلو بايت. لإضافة صفحات إضافية إلى كتلة مملوءة جزئيًا ، يجب أن يحذف محرك الأقراص الثابت الكتلة بالكامل قبل كتابة البيانات مرة أخرى.

بينما تملأ محرك الأقراص الثابت الخاص بك ، يتوفر عدد أقل وأقل من الكتل الفارغة. في مكانها كتل معبأ جزئيا. لا يستطيع محرك الأقراص الثابت فقط كتابة البيانات الجديدة إلى هذه الكتل المعبأة جزئيًا - والتي من شأنها محو البيانات الموجودة. بدلاً من عملية كتابة بسيطة ، يجب على محرك الأقراص الثابت قراءة قيمة الكتلة في ذاكرة التخزين المؤقت الخاصة به ، وتعديل القيمة بالبيانات الجديدة ، ثم كتابتها مرة أخرى. ضع في اعتبارك أن كتابة ملف من المحتمل أن تتضمن الكتابة إلى العديد من الكتل ، بحيث يمكن أن يؤدي ذلك إلى إدخال قدر كبير من التأخير الإضافي.

TRIM لا يقوم بتجميع كتل ممتلئة جزئياً

إذا قمت بملء محرك أقراص سعته أو بالقرب منه ، فمن المحتمل أن ينتهي بك الأمر مع العديد من الكتل المحشوة جزئيًا بعد حذف الملفات. يقوم الأمر TRIM فقط بتوجيه محرك أقراص الحالة الصلبة لإزالة بيانات الملف عند حذف الملف. لا يجبر محرك الأقراص للقيام بأي نوع من عملية التنظيف.

بعبارة أخرى ، قم بتعبئة محرك أقراص الحالة الصلبة للسعة قبل حذف الملفات ومن المحتمل أن ينتهي بك الأمر مع العديد من الكتل المعبأة جزئيًا. لن يخرج محرك الأقراص عن طريق دمج هذه الكتل المعبأة جزئيًا في كتل كاملة ، مما يؤدي إلى تحرير الكتل الفارغة. سيظل محرك الأقراص ممتلئًا بالكتل المملوءة جزئيًا وسيتراجع أداء الكتابة.

Overprovisioning وجمع القمامة

لمنع المستهلكين من ملء محركات الأقراص الصلبة الخاصة بهم وانتهاءً بالأداء المتدهور بشدة ، سيخرج مصنعو SSD عن طريقهم لمواجهة هذا.

غالبًا ما تخصص محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة للمستهلك حوالي 7٪ من إجمالي سعة التخزين الفلاش ، مما يجعلها غير متاحة للمستخدم. يُعرف هذا باسم "overprovisioning" - تتم إضافة أجهزة تخزين إضافية إلى محرك الأقراص ولكنها غير مرئية للكمبيوتر كمساحة تخزينية يمكن استخدامها. تضمن المساحة الاحتياطية أن محرك الأقراص لا يمكن أبدًا أن يصبح ممتلئًا تمامًا - سيكون هناك دائمًا بعض الطاقة الاحتياطية للمساعدة في الحفاظ على استقرار أداء الكتابة.

يحتوي كل وحدة تحكم محرك الأقراص ذات الحالة الصلبة على خوارزمية جمع البيانات المهملة لمحاولة التخفيف من هذه المشكلة. عندما يصبح محرك الأقراص ممتلئًا ، سيبحث عن كتل مملوءة جزئيًا ويبدأ في دمجها ، مما يؤدي إلى تحرير أكبر عدد ممكن من المجموعات الفارغة. تعمل محركات الأقراص الصلبة المختلفة هذه العمليات في أوقات وعتبات مختلفة - وهذا يعتمد على وحدة تحكم محرك الأقراص.

دليل المعيار

أجرى Anandtech مجموعة متنوعة من المعايير مع محركات أقراص مختلفة لاستثارة العلاقة بين المساحة الاحتياطية لمحرك الأقراص الصلبة واتساق أداء عمليات الكتابة. عند ملء محرك أقراص فارغ ، وجدوا أداء كتابة عاليًا جدًا في وقت مبكر جدًا من العملية وانخفاضًا كبيرًا مع استمرار عمليات الكتابة في ملء محرك الأقراص.

ساعد وضع مساحة احتياطية إضافية على محركات الأقراص في الحفاظ على الأداء ثابتًا ، حيث يضمن أن يكون محرك الأقراص دائمًا ما يكفي من الكتل الفارغة الجاهزة.

ووجدوا أن "الحد الأدنى للأداء يتحسن بشكل كبير بمجرد أن تصل إلى 25٪ من المساحة الاحتياطية لهذه المحركات [المستهلك]." كانت توصيتهم النهائية هي أنه يجب عليك "التخطيط لاستخدام 75٪ فقط من السعة [الخاصة بك] إذا كنت تريد توازنًا جيدًا بين تناسق الأداء والقدرات. "

إذا كان لديك محرك أقراص ذو حالة صلبة ، فعليك تجنب استخدام أكثر من 75٪ من سعته. اشترِ محركًا أكبر بسعة تخزين تفوق ما تحتاجه وستتأكد من أن لديك دائمًا أداء كتابة ثابتًا. لحسن الحظ ، أصبحت محركات الأقراص ذات الحالة الثابتة أرخص كثيرًا ، لذا فإن هذا ليس مكلفًا كما كان في السابق.

Image Credit: Music Sorter at Wikimedia Commons، Simon Wüllhorst on Flickr