Moderne SSD-Controller sind so intelligent, dass eine Überprovisionierung im Alltag normalerweise nicht erforderlich ist. Es gibt jedoch immer noch Situationen, vor allem in Rechenzentrumsumgebungen, in denen Überprovisionierung empfohlen wird. Um zu verstehen, warum Überprovisionierung nützlich sein kann, müssen Sie wissen, wie SSDs funktionieren.
SSDs müssen beim Schreiben von Daten die Einschränkungen des Flash-Speichers berücksichtigen
SSDs verwenden einen Speichertyp, der als NAND-Flash-Speicher bezeichnet wird . Im Gegensatz zu Festplatten können NAND-Zellen, die Daten enthalten, nicht direkt überschrieben werden. Das Laufwerk muss vorhandene Daten löschen, bevor es neue Daten schreiben kann. Während SSDs Daten in Seiten mit einer Größe von normalerweise 4 KB bis 16 KB schreiben , können sie außerdem nur Daten in großen Gruppen von Seiten löschen, die als Blöcke bezeichnet werden. In modernen SSDs sind dies normalerweise mehrere Hundert KB bis mehrere MB.
NAND hat auch eine begrenzte Schreibdauer . Um zu vermeiden, dass Daten unnötig überschrieben werden, um Blöcke zu löschen, und um sicherzustellen, dass kein Block eine unverhältnismäßige Anzahl von Schreibvorgängen erhält , versucht das Laufwerk, Schreibvorgänge, insbesondere kleine zufällige Schreibvorgänge, auf verschiedene Blöcke zu verteilen. Wenn die Schreibvorgänge alte Daten ersetzen, werden die alten Seiten als ungültig markiert. Sobald alle Seiten in einem Block als ungültig markiert sind, kann das Laufwerk sie löschen, ohne dass gültige Daten neu geschrieben werden müssen.
SSDs benötigen freien Speicherplatz, um optimal zu funktionieren, aber nicht jede Arbeitslast trägt zur Aufrechterhaltung des freien Speicherplatzes bei
Wenn auf dem Laufwerk nur noch wenig oder kein freier Speicherplatz vorhanden ist, können keine Schreibvorgänge verteilt werden. Stattdessen muss das Laufwerk Blöcke sofort löschen, wenn Schreibvorgänge an das Laufwerk gesendet werden, und alle gültigen Daten in diesen Blöcken müssen in andere Blöcke geschrieben werden. Dies führt dazu, dass mehr Daten in das NAND geschrieben werden, als an das Laufwerk gesendet werden. Dieses Phänomen wird als Schreibverstärkung bezeichnet . Die Schreibverstärkung ist bei zufälligen, schreibintensiven Workloads wie der Online-Transaktionsverarbeitung (OLTP) besonders ausgeprägt und muss auf ein Minimum beschränkt werden, da dies zu einer verringerten Leistung und Ausdauer führt.
Um die Schreibverstärkung zu verringern, unterstützen die meisten modernen Systeme einen Befehl namens TRIM , der dem Laufwerk mitteilt, welche Blöcke keine gültigen Daten mehr enthalten, damit sie gelöscht werden können. Dies ist erforderlich, da das Laufwerk andernfalls davon ausgehen müsste, dass die vom Betriebssystem logisch gelöschten Daten noch gültig sind, was die Fähigkeit des Laufwerks beeinträchtigt, ausreichenden freien Speicherplatz beizubehalten.
TRIM ist jedoch manchmal nicht möglich, z. B. wenn sich das Laufwerk in einem externen Gehäuse befindet (die meisten Gehäuse unterstützen TRIM nicht) oder wenn das Laufwerk mit einem älteren Betriebssystem verwendet wird. Darüber hinaus werden Schreibvorgänge bei sehr intensiven Random-Write-Workloads über große Bereiche des zugrunde liegenden NAND verteilt, was bedeutet, dass ein erzwungenes Umschreiben von Daten und eine damit verbundene Schreibverstärkung auftreten kann, selbst wenn das Laufwerk nicht annähernd voll ist.
Moderne SSDs verfügen über eine deutlich geringere Schreibverstärkung als ältere Laufwerke. Einige Workloads können jedoch weiterhin von Überprovisionierung profitieren
Die frühesten SSDs hatten eine viel weniger ausgereifte Firmware, die dazu neigte, Daten viel häufiger als nötig neu zu schreiben. Frühe Indilinx- und JMicron-Controller ( der JMF602 war berüchtigt für stotternde und abgrundtiefe Zufallsschreibeigenschaften ) litten unter extrem hoher Schreibverstärkung unter intensiven Zufallsschreib-Workloads, die manchmal das 100-fache überstiegen. (Stellen Sie sich vor, Sie schreiben mehr als 100 MB Daten in das NAND, wenn Sie nur versuchen, 1 MB zu schreiben!). Neuere Controller mit höherer Rechenleistung, verbesserten Flash-Management-Algorithmen und TRIM-Unterstützung sind in der Lage, diese Situationen besser zu bewältigen, obwohl bei modernen SSDs durch hohe Arbeitslasten mit wahlfreiem Schreiben immer noch eine Schreibverstärkung von mehr als dem 10-fachen verursacht werden kann .
Überprovisionierung bietet dem Laufwerk einen größeren Bereich an freiem Speicherplatz, um zufällige Schreibvorgänge zu verarbeiten und ein erzwungenes Überschreiben von Daten zu vermeiden. Alle SSDs sind zumindest teilweise überlastet. Einige nutzen nur den Unterschied zwischen GB und GiB , um etwa 7% des verfügbaren Speicherplatzes für das Laufwerk bereitzustellen, während andere eine höhere Überversorgung aufweisen, um die Leistung für die Anforderungen bestimmter Anwendungen zu optimieren. Beispielsweise kann eine Unternehmens-SSD für schreiblastige OLTP- oder Datenbank-Workloads 512 GB physisches NAND und eine angekündigte Kapazität von 400 GB aufweisen, anstatt der 480 bis 512 GB, die für Consumer-SSDs mit ähnlichen Mengen an NAND typisch sind.
Wenn Ihre Arbeitslast besonders hoch ist oder wenn Sie das Laufwerk in einer Umgebung verwenden, in der TRIM nicht unterstützt wird, können Sie den Speicherplatz manuell überprovisionieren, indem Sie das Laufwerk partitionieren, sodass ein Teil des Speicherplatzes nicht verwendet wird. Beispielsweise können Sie eine 512-GB-SSD auf 400 GB partitionieren und den verbleibenden Speicherplatz nicht zuweisen. Das Laufwerk verwendet den nicht zugewiesenen Speicherplatz als Ersatzspeicherplatz. Beachten Sie jedoch, dass dieser nicht zugewiesene Speicherplatz gekürzt werden muss, wenn er zuvor beschrieben wurde. Andernfalls hat dies keinen Vorteil, da das Laufwerk den Speicherplatz als belegt ansieht. (Partitionierungsdienstprogramme sollten hierfür intelligent genug sein, aber ich bin mir nicht 100% sicher. Siehe "Trimmt Windows nicht partitionierten (unformatierten) Speicherplatz auf einer SSD?" )
Wenn Sie nur ein normaler Verbraucher sind, ist eine Überprovisionierung im Allgemeinen nicht erforderlich
In typischen Consumer-Umgebungen, in denen TRIM unterstützt wird, ist die SSD zu weniger als 70-80% voll und wird nicht ständig mit zufälligen Schreibvorgängen belegt. Eine Schreibverstärkung ist in der Regel kein Problem, und eine Überprovisionierung ist im Allgemeinen nicht erforderlich.
Letztendlich werden die meisten Verbraucher nicht annähernd genug Daten auf die Festplatte schreiben, um das NAND innerhalb der beabsichtigten Lebensdauer der meisten SSDs zu verschleißen, selbst bei hoher Schreibverstärkung.