Политика кэширования записей для SSD

Оптимизация работы SSD в Windows 8

С каждым годом SSD устройства хранения становятся все более доступными, а емкость их увеличивается. Уже никого не удивишь тем фактом, что на домашнем ПК в качестве жесткого диска используется SSD диск, а операционная система установлена прямо на него.

Чтобы использовать SSD накопитель в подобной конфигурации, в ОС не обязательно делать каких-либо специальных настроек. Все будет работать и так.

Однако, если вы хотите получить от своего SSD диска максимум возможностей, используя его наиболее эффективно, нужно грамотно настроить Windows.

Общеизвестный факт, что количество циклов записи на каждую ячейку памяти на SSD диске ограничено (следует, отметить, что  на современных SSD дисках оно достаточно большое). Поэтому каждая операция записи на подобный диск потенциально уменьшает время его службы.

В этой статье мы попробуем разобраться в особенностях настройки и оптимизации Windows 8, установленной на SSD диске.

Основная цель оптимизации работы SSD в Windows 8 – максимальное уменьшение количества операций записи на диск, выполняемых служебными программами Windows 8.

Использование SSD в Windows 8

Далее мы разберем наиболее популярные способы оптимизации SSD  под Windows 8, а также их влияние на производительность системы.

Режим AHCI SATA

Удостоверьтесь, что в BIOS-е вашего компьютера/ноутбука для контроллера SATA включен режим работы ACHI (режим AHCI нужен для «родной» поддержки TRIM на SSD). Учтите, что на уже установленной Windows переключать данный режим работы нельзя, т.к. это приведет к тому, что Windows просто не загрузится (нет драйвера AHCI )!! Для переключения режима на установленной системе познакомьтесь со статьей: Включаем AHCI в Windows 7, AHCI в Windows 8.

Также проверьте, что в диспетчере устройств (Control Panel-> Device Manager ) в разделе IDE ATA/ATAPI controllers имеется контроллер с названием AHCI. Если такой контроллер имеется, значит ваша система работает в режиме AHCI.

Поддержка TRIM

Далее следует убедиться, что в Windows 8 активирована поддержка TRIM. TRIM  — это специальная команда протокола SATA, позволяющая ОС сообщить, какие блоки данных на  SSD  накопителе уже не нужны из-за удаления файла или форматирования, и могут быть использованы накопителем для подготовки к записи.

Это позволяет SSD выполнить «сборку мусора», в противном случае операции записи на SSD существенно бы замедлились.

Проверить поддержку TRIM в Windows 8 можно из командной строки, для этого откройте командную строку с правами администратора и выполняете команду:

fsutil behavior query DisableDeleteNotify

• DisableDeleteNotify = 0 —  поддержка команды TRIM включена
• DisableDeleteNotify = 1 —  функция TRIM выключена.

Включать TRIM можно командой

fsutil behavior set DisableDeleteNotify 0

Отключение индексирования диска

Первый этап в оптимизации SSD диска – отключение функции индексирования таких накопителей. Смысл технологии индексирования – ускорение доступа и поиска по файлам. Данная технология была разработана для механических жёстких дисков. В случае с SSD накопителем с малым временем отклика смысла в той технологии практически нет. Кроме того при отключении индексирования уменьшается количество ненужных операций записи на SSD.

Отключить индексирование можно, перейдя в свойства SSD диска и сняв опцию «Allow files to have contents indexed in addition to file properties» и нажать ОК. При наличии ошибок применения атрибуты отвечайте «Ignore All».

Служба поиска Windows

Далее следует отключить службу Windows Search (поиск Windows). Данная служба создает отдельный индекс файлов,  папок и других объектов на жестком диске. За счет индексирования поиск нужных данных функцией Windows Search существенно ускоряется. Индекс хранится в каталоге c:\ProgramData\Microsoft\Search и размер ее обычно составляет 10% от содержимого проиндексированных файлов. Из-за малого времени доступа к SSD эта функция особо не нужна и ее можно отключить.

1. Откройте консоль управления службами services.msc
2. В правой панели найдите службу Windows Search, перейдите в ее свойства
3. В поле Startup type (Тип запуска) выберите Disabled (Отключена)
4. Нажмите кнопку Stop (Остановить) и сохраните изменения

Отключаем восстановление системы

Следующий этап – отключение функции «System Restore» (Защита системы). Нужно это для того, чтобы уменьшить количество операций записи на SSD и освободить драгоценное (в прямом смысле) место на SSD диске. Функция SystemRestore периодически создает контрольные точки восстановления (копии системных файлов), к которым можно будет откатиться в случае проблем с ОС.

https://www.youtube.com/watch?v=i3bBz4jG4pM

Отключить восстановление системы можно, перейдя в свойства компьютера, выбрав пункт меню  System Protection, затем выбираем наш SSD диск и щелкаем Configure. В следующем окне отключаем защиту системы, выбрав опцию «Disable System Protection». Сохраните изменения.

Отключаем или уменьшаем размер файла подкачки

SSD  накопители лучше всего применять при наличии большого количества оперативной памяти (4 или более гб). Отключив файл подкачки для SSD диска, мы освободим зарезервированное для него место и снизим износ SSD.

  Однако, следует понимать, что файл подкачки – позволяет компьютеру более эффективно работать при нехватке физической памяти (оперативной памяти), если в компьютере недостаточно оперативной памяти, и файл подкачки не включен — система будет тормозить, если потребуется объём памяти, превышающий физический.

Отключить файл подкачки можно, перейдя в окно свойств «Моего компьютера», вкладка Advanced, раздел Performance –вкладка Settings, вкладка Advanced, раздел Virtual Memory кнопка Change. Снимите галку с опции Automatically Manage Page File Size For All Drives (Автоматически выбирать размер файла подкачки), затем выберите опцию No paging file.

В том случае, если в компьютере имеется еще и обычный жесткий диск, файл подкачки можно перенести на него.

Отключение режима гибернации в Win 8

Гибернация нужна для ускорения восстановления работы системы после бездействия. Система при отключении сохранет все содержимое ОЗУ на жесткий диск, а при включении считывает его. При использовании SSD функция гибернации не даёт особых преимуществ из-за быстрого времени загрузки с такого накопителя. Отключив режим гибернации, вы сохраните на SSD диске несколько гигабайт памяти (в зависимости от размера ОЗУ).

Отключить гибернацию можно командой:

powercfg -h off

Дефрагментация SSD в Windows 8

В Windows 8 при использовании SSD диска, в отличии от Windows 7, отключать дефрагментацию для SSD диск не нужно! В Windows 8  программа Storage Optimizer (утилита обслуживания дисков, выполняющая в том числе и дефрагментацию) сама определяет тип накопителя. В случае определения  SSD  традиционная дефрагментация (перемещение блоков файлов для оптимизации места и увеличения производительности) не выполняется. С подробностями можно познакомиться в статье «Дефрагментация в Windows 8»

Prefetchи Superfetch

Prefetch и Superfetch – это компоненты Windows 8, предназначенные для ускорения загрузки данных и приложений. Данные компоненты кэшируют часто используемый программы и данные в кэш, тем самым запуск таких программ осуществляется намного быстрее.  Т.к. SSD накопитель работает на порядок быстрее, чем традиционный жесткий диск, необходимость в функциях Prefetch и  Superfetch отпадает. Тем самым мы экономим место в памяти и избавляемся от лишних операции записи на SSD.

Windows 8 при работе на SSD диске автоматически отключает данные службы. Рекомендуем, все же удостоверится, что это действительно так, с помощью редактора реестра.

1. Откройте редактор реестра – regedit.exe
2. Перейдите в раздел HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\Session Manager\Memory Management\PrefetchParameters
3. Проверьте значения ключей: EnableSuperfetch=0 (по-умолчанию 3), EnablePrefetcher=0 (по-умолчанию 3)
4. Если значения отличные от 0, измените их на 0 и перезагрузите компьютер.

Итак, мы познакомились с особенностями оптимизации Windows 8 на SSD диске. Применять те или иные методики, в первую очередь решать Вам, однако в долгосрочной перспективе с помощью таких нехитрых манипуляций, ликвидируя лишние операции записи, можно продлить срок жизни вашего SSD диска и достичь максимальной производительности SSD накопителя в Win 8.

Следует отметить, что для владельцев Intel SSD рекомендуется установить дополнительную утилиту Intel SSD Toolbox, предназначенную для оптимизации работы SSD накопителей Intel.

Источник: http://winitpro.ru/index.php/2012/12/25/optimizaciya-raboty-ssd-v-windows-8/

Настройка операционной системы для работы с ssd-накопителем

Если вы приобрели твердотельный накопитель или купили ноутбук или компьютер с SSD и хотите настроить его для работы с Windows 7, 8, 8.1 эта инструкция для вас.

Многие уже успели оценить высокую производительность SSD дисков. По всем параметрам, связанных со скоростью, SSD диск выигрывает у обычных жестких дисков. SSD диск в плане надёжности не боится ударов. Но с другой стороны, SSD диск имеет ограниченное число циклов перезаписи. Кто-то считает это плюсом, кто-то минусом.

Личное моё мнение — это несомненный плюс. Ведь вы точно будет знать когда выйдет из строя ваш SSD-диск. В отличии от обычного жёсткого диска, состояние которого можно определить по атрибутам SMART, а вот точно спрогнозировать выход HDD из строя вряд ли получиться.

В любом случае, по оценкам специалистов, при прочих равных условия SSD протянет больше чем обычный HDD.

Ну и так как SSD имеет конечное число циклов перезаписи, следует ограничить лишние операции записи на диск. Для этого необходимо настроить операционную систему для работы с SSD-накопителем.

Проверим, что функция TRIM включена

ПО умолчанию TRIM включена, но всё-таки стоит проверить.Смысл TRIM в том, что при удалении файлов операционная система сообщает SSD-накопителю что данная область свободна и туда можно записывать данные. Для обычных HDD эта функция не нужна.

При удалении файлов данные остаются на месте (именно поэтому с HDD диска можно извлечь удалённые файлы, если область где они были не была перезаписана новыми данными) а новая информация записывается посредством перезаписи блоков.

Если функция TRIM отключена, это может привести к снижению производительности SSD-диска.

Как проверить TRIM в Windows?

1. Запустите командную строку (нажмите Win + R и введите cmd)2. Наберите команду fsutil behavior query disabledeletenotify в командной строке

3. Если в результате выполнения вы получите DisableDeleteNotify = 0, значит TRIM включена, если 1 — отключена.

Если функция TRIM отключена:

Её необходимо включить. Для этого диск должен работыть в режиме ACHI (включить и проверить можно в BIOS).

Как включить функцию TRIM?

1. Запустите командную строку2. В командной строке наберите: fsutil behavior query|set DisableDeleteNotify = 0 и нажмите Enter

Отключите дефрагментацию диска.

Для SSD диска нет никакого смысла в дефрагментацию. Дефрагментация SSD-диска лишь снизит его ресурс. Современные операционные система «знают» об этом. Однако всё таки проверим:

Нажмите клавиши Windows+R в окне выполнить наберите dfrgui

Откроется окно с параметрами автоматической оптимизации дисков. Выделите ваш SSD (в поле «Тип носителя» будет указано «Твердотельный накопитель») и обратите внимание на пункт «Оптимизация по расписанию». Для SSD следует отключить ее.

Отключите индексацию файлов

Индексация файлов (индексация производиться для быстрого поиска файлов) совершает операции записи на диск.

1. Зайдите в «Мой компьютер» или откройте «Проводник»2. Кликните правой кнопкой мыши по диску SSD и выберите «Свойства».

3. Снимите отметку «Разрешить индексировать содержимое файлов на этом диске в дополнение к свойствам файла».

Несмотря на отключение индексации, разницы в скорости поиска вы не заметите. Ведь SSD-диск быстрее обычного HDD, в том числе в плане поиска файлов.

Включите кэширование записи на диск.

Включение кэширование записи на диск позволяет повысить производительность как HDD так и SSD накопителя. При этом используется технология NCQ, которая позволяет эффективно использовать накопитель и правильно организовывать команды доступа к накопителю.

https://www.youtube.com/watch?v=XczHCMcjXaw

Для того, чтобы включить кэширование, зайдите в диспетчер устройств Windows (Win + R и ввести devmgmt.msc), откройте «Дисковые устройства», кликните правой кнопкой мыши по SSD — «Свойства». Разрешить кэширование вы можете на вкладке «Политика».

Файл подкачки.

Для минимизации записи на SSD накопитель следует также обратить внимание на файлы гибернации и подкачки. Файл подкачки используется в Winodws если недостаточно оперативной памяти. По факту этот файл используется всегда, когда он включен.

Как отключить файл подкачки?

Нажмите «Пуск», выберите «Компьютер» нажмите правой кнопкой мыши и выберите в контекстном меню пункт «Свойства»

Далее слева нажмите «Дополнительные параметры системы»

Перейдите на вкладку «Дополнительно» и выберите пункт «Параметры» для раздела быстродействие:

Выделите диск и выберите пункт «Без файла подкачки»

И нажмите кнопку задать. Система предупредит, что возможно при возникновении ошибки отладочную информацию записать не удастся. Поэтому не обязательно оставлять системы без файла подкачки. Можно его уменьшить, например, сделать в 2 или 4 раза меньше объёма оперативной памяти компьютера.

Также пользователи советуют отключить «Восстановление системы» и очистить файл гибернации.

ВАЖНО! Обратите внимание.

Однако я хотел бы сделать важное отступление. В некоторых мерах оптимизации есть свои минусы. Например отключение восстановления системы не позволит в будущем восстановить систему в случае серьезного сбоя. Снижение объёма файла подкачки может привести к снижению производительности. В Интернете приведено огромное количество советов по настройке операционной системы для работы с SSD-диском. Некоторые из них я считаю излишними. Пользуйтесь свободно вашим SSD-диском.

Ведь вы купили не для того чтобы он простаивал. Не следует излишне ограничивать использование SSD-диска и применять такие изощерённые меры, как настройки реестра для работы с SSD, переносить кэш браузера, папки AppData и Roaming на другой диск.
Я рекомендую вам выполнить следующие действия:-Включить TRIM-Включить кэширование записи на диск-Запретить дефрагментацию (если система это сама не сделала)-Файл подкачки оставить по выбору системы (в настройках такой пункт есть, см.

выше)

-Индексация файлов — по желанию.

Источник: http://fixforpc.ru/publ/reshenija/optimizacia_os_dlya_ssd/4-1-0-107

Как ускорить диск компьютера — часть вторая — Заметки Сис.Админа

Доброго времени суток, друзья. Сегодня, как Вы уже поняли, мы поговорим о том как ускорить диск компьютера, будь то SSD, HDD или какой-нибудь еще.

Многое уже было сказано на страницах этого сайта по оптимизации системы и его железа программными методами (например, «оптимизация компьютера методом управления приоритетами процессора»), а посему, дабы не нарушать тенденции, в этой статье я хочу поделиться еще небольшим рядом настроек, на сей раз, призванных оптимизировать использование жестокого диска системой, а так же ускорить работу и взаимодействие с оным.

Но сначала пару общих слов.

Вообще, я, за годы использования компьютерных комплексов различного уровня (о как сказанул! 🙂 ), всё больше склоняюсь к тому, что прогресс кое-чего не учел, а точнее создал, так сказать, «бутылочное горлышко» в производительности, ведь сами посудите — за последние несколько лет развивалось всё, кроме жестких дисков и никто не торопился ускорить диск компьютера хоть как-то.

Росли частоты, архитектура, кэш и количество ядер процессоров, вышла, так сказать, турбо-частотная DDR3 и всякие супер-навороченные карточки NVIDIA и ATI (у которых так же распухали в ширь все параметры, отвечающие за производительность) и лишь жесткие диски всего лишь наращивали свои объемы (и снижали энергопотребление), что в общем-то не давало выигрыша в плане скорости работы системы в комплексе.

Ситуация стала исправляться с приходом SSD, но последние имеют недоступную для многих цену, а дешевые решения являются довольно спорным подходом, ибо имеют ограниченные сроки работы, малый и объем и вообще, по шустрости, не всегда обыгрывают сходные решения «старого» поколения.

Конечно, люди, знакомые с компьютером, порой ставили себе, скажем, RAID 0 или при наличии денег покупали редкие производительные модели, вроде WD Velociraptor (кстати скоро напишу пару слов об использовании мною оных в 0-вом рейде), но всё это скорее исключение из правил, нежели частая практика, а посему я, в своё время (хотя и очень давно), стал искать все возможные решения ушустрения производительности жестких дисков программными методами и сегодня, повторюсь, решил поделиться некоторыми наработками.

Поехали.

Дело в том, что ОС Windows любит всячески использовать жесткий диск для различных фоновых нужд, которые, зачастую, бывают нафиг не нужны рядовому пользователю.

Для начала отключим дефрагментацию по расписанию (настройки актуальны для Windows 7 и Windows Vista, т.к в Windows XP дефрагментации по расписанию нет). Для этого жмем правой кнопкой мышки на любом диске в «Мой компьютер» и выбираем пункт «Свойства». В появившемся окне открываем вкладку «Сервис», жмем кнопочки «Выполнить дефрагментацию» и, следом, «Настроить расписание». Там снимаем галочку «Выполнять по расписанию».

Отключаем индексацию для быстрого поиска — оптимизируем диск

Далее нам надо убрать индексацию для быстрого поиска. Зачем?

Просто, думается мне, что не так уж часто Вы этим поиском пользуетесь ибо знаете, что у Вас где лежит, а если так, то для редких запросов подойдет и медленный поиск (не по индексу, а «вживую»), но зато Вы спасете некоторое количество производительности диска, а значит ускорите его и компьютер, ибо система любит индексировать оный, когда подобная настройка включена.

• Для отключения жмем правой кнопкой мышки на первом диске в «Мой компьютер» и выбираем пункт «Свойства»;
• В появившемся окне, на вкладке «Общие» нам необходимо снять галочку «Разрешить индексировать содержимое файлов на этом диске в дополнение к свойствам файла» и нажать кнопочку «Применить»;
• Когда появится запрос на подтверждение изменения атрибутов, необходимо будет выбрать пункт «К диску С:\ (ну или какая будет у Вас буква указана) и ко всем вложенным папкам и файлам» и нажать кнопочку «ОК». Дальше надо будет дождаться применения атрибутов и проделать тоже самое со всеми дисками в системе. Если вдруг будет возникать окно, уведомляющее, что нужны права Администратора, то жмите кнопку «Продолжить»;
• Если появится окно о невозможности применения атрибутов, то жмите кнопочку «Пропустить Всё».

Двигаемся далее.

Включаем кеширование записей для жестких дисков

Остается проделать еще одну хитрую манипуляцию, чтобы ускорить диск, а именно, нам надо включить кэширование записей для жестких дисков, что повысит производительность. Делается это очень просто. Вновь жмем правой кнопкой мышки на первом диске в «Мой компьютер» и выбираем пункт «Свойства».

Переходим на вкладку «Оборудование» и выбираем в списке один из жестких дисков (в колонке «Тип», что напротив, обычно указано «Дисковые устройства»). Жмем кнопочку Свойства или дважды кликаем по этому самому диску и, в появившемся окне, переходим на вкладку «Политика». Это всё нам доже понадобится, чтобы ускорить диск компьютера.

Здесь выставляем две галочки, связанные с политикой кеширования записей, а именно «Разрешить кэширование записей для этого устройства» и «Отключить очистку буфера кэша записей Windows для этого устройства» (с этой настройкой осторожно, она может быть вредна и иметь обртаный эффект, особенно это актуально для SSD). Скриншоты есть выше.

Примечание к проделанным действиям по оптимизации

Источник: https://sonikelf.ru/nemnogo-nastroek-dlya-optimizacii-raboty-zhestkogo-diska/

Настройка ssd диска в windows для оптимизации работы

Если вы приобрели твердотельный диск или купили компьютер или ноутбук с SSD и хотите настроить Windows так, чтобы оптимизировать скорость работы и продлить срок работы SSD, основные настройки вы найдете здесь. Инструкция подойдет для Windows 7, 8 и Windows 8.1. Обновление 2016: для новой ОС от Microsoft смотрите инструкцию Настройка SSD для Windows 10.

Многие уже оценили производительность твердотельных дисков SSD — пожалуй, это один из самых желанных и эффективных апгрейдов компьютера, который может серьезно улучшить производительность. По всем параметрам, связанным со скоростью SSD выигрывает у обычных жестких дисков.

Однако в том, что касается надежности не все так однозначно: с одной стороны, они не боятся ударов, с другой — имеют ограниченное количество циклов перезаписи и другой принцип работы. Последнее нужно учитывать при настройке Windows для работы с SSD диском. А теперь переходим к конкретике.

Следует проверить, что функция TRIM включена

По умолчанию, Windows, начиная с версии 7 поддерживает TRIM для SSD по умолчанию, однако лучше проверить, включена ли эта функция.

Смысл TRIM в том, что при удалении файлов, Windows сообщает диску SSD, что данная область диска больше не используется и ее можно очистить для последующей записи (для обычных HDD этого не происходит — при удалении файла данные остаются, а потом записываются «сверху»). Если данная функция отключена, это со временем может привести к падению производительности твердотельного диска.

Как проверить TRIM в Windows:

Запустите командную строку (например, нажмите Win + R и введите cmd)Введите команду fsutil behavior query disabledeletenotify в командной строкеЕсли в результате выполнения вы получите DisableDeleteNotify = 0, значит TRIM включена, если 1 — отключена.

Отключите автоматическую дефрагментацию дисков

.responsive2{width:300px;height:300px}@media(min-width: 500px){.responsive2{width:336px;height:280px}}

Прежде всего, твердотельные SSD диски не нужно дефрагментировать, дефрагментация не принесет пользы, а вред возможен. Об этом я уже писал в Статье про вещи, которые не нужно делать с SSD.

Все последние версии Windows«знают» об этом и автоматическая дефрагментация, которая по умолчанию включена в ОС для жестких дисков, обычно не включается для твердотельных. Однако, лучше проверить этот момент.

Нажмите клавишу с эмблемой Windows и клавишу R на клавиатуре, после чего в окне «Выполнить» введите dfrgui и нажмите Ок.

Откроется окно с параметрами автоматической оптимизации дисков. Выделите ваш SSD (в поле «Тип носителя» будет указано «Твердотельный накопитель») и обратите внимание на пункт «Оптимизация по расписанию». Для SSD следует отключить ее.

Отключите индексацию файлов на SSD

Следующий пункт, который может помочь оптимизации SSD — отключение индексации содержимого файлов на нем (которая используется для быстрого поиска нужных файлов). Индексирование постоянно производит операции записи, которые в перспективе могут сократить срок службы твердотельного жесткого диска.

Для отключения, проделайте следующие настройки:

Зайдите в «Мой компьютер» или «Проводник»Кликните правой кнопкой мыши по диску SSD и выберите «Свойства».Уберите отметку «Разрешить индексировать содержимое файлов на этом диске в дополнение к свойствам файла».

Несмотря на отключенное индексирование, поиск по файлам на SSD будет происходит практически с той же скоростью, что и раньше. (Имеется также возможность продолжить индексацию, но сам индекс перенести на другой диск, но об этом я напишу в другой раз).

Включите кэширование записи

Включение кэширование записи на диск может повысить производительность как HDD, так и SSD дисков. При этом, при включении данной функции, для записи и чтения используются технология NCQ, которая позволяет более «интеллектуально» обрабатывать поступающие от программ обращения. (Подробнее об NCQ на Википедии).

Для того, чтобы включить кэширование, зайдите в диспетчер устройств Windows (Win + R и ввести devmgmt. msc), откройте «Дисковые устройства», кликните правой кнопкой мыши по SSD — «Свойства». Разрешить кэширование вы можете на вкладке «Политика».

Файл подкачки и гибернации

Файл подкачки (виртуальная память) Windows используется при недостаточном количестве оперативной памяти. Впрочем, по факту он используется всегда, когда включен. Файл гибернации — сохраняет все данные из оперативной памяти на диск для последующего быстрого возвращения к рабочему состоянию.

Для максимальной продолжительности работы SSD рекомендуется минимизировать количество операций записи на него и, если отключить или уменьшить файл подкачки, а также отключить файл гибернации, это также приведет к их сокращению. Однако, прямо рекомендовать это сделать я не стану, могу посоветовать прочитать две статьи про данные файлы (там же указано, как их отключить) и самостоятельно принять решение (отключение этих файлов не всегда хорошо):

Возможно, вам есть что добавить на тему настройки SSDна оптимальную производительность?

Источник: https://comservice-chelny.ru/nastrojka-ssd-diska-v-windows-dlya-optimizacii-raboty/

Использование твердотельных накопителей SSD для повышения производительности СХД

04.02.2015 Бартек Митник

«Лучшей практикой» для многих корпоративных заказчиков является применение гибридных систем хранения SSD/HDD. Такое решение позволяет воспользоваться преимуществами обоих типов носителей — большой емкостью HDD и высоким быстродействием SSD в IOPS (количество операций ввода-вывода в секунду), — но при этом остается экономически привлекательным.

В гибридной системе хранения SSD/HDD основная емкость представлена недорогими жесткими дисками, а небольшой пул для «горячих», часто используемых данных — флеш-памятью. В рационально спроектированной гибридной СХД при небольшом количестве накопителей SSD достигается значительное ускорение операций с основным пулом хранения данных.

РЕАЛИЗАЦИЯ ГИБРИДНЫХ СХД

На практике применяются два основных метода ускорения — кэширование данных и их многоуровневое хранение (tiering). В обоих случаях для увеличения производительности ввода-вывода используется концепция «горячих» данных, но в действительности это совершенно разные подходы.

При кэшировании один или несколько накопителей SSD служат в качестве кэша для виртуального пула хранения, где основное хранилище реализовано на жестких дисках.

SSD в этом случае не предоставляют дополнительной емкости — это невидимая для приложений «прослойка», увеличивающая производительность ввода-вывода. Информация всегда передается в основной пул хранения, однако «горячие» данные копируются и в кэш-память (на SSD).

При последующих обращениях к этим или рядом размещенным данным вместо основного пула хранения используется кэш-память, за счет чего и достигается существенный выигрыш в производительности.

Пошаговые действия, выполняемые контроллером при обработке запроса чтения, когда в кэш-памяти SSD данных нет

ЧТО ЛУЧШЕ?

Многоуровневое хранение не предполагает избыточности данных, поэтому реализация RAID в этом случае становится более сложной — требуется покупка дополнительных SSD. Сама сортировка данных и распределение их по уровням негативно сказываются на производительности. Такие системы должны управлять данными, которые из «горячих» со временем превращаются в «холодные».

Ввиду отсутствия избыточности, часто используемые данные нужно перемещать в основной пул, как только они становятся менее полезными. Эти фоновые процессы потребляют IOPS и сказываются на скорости операций ввода-вывода во время таких перемещений. С наибольшей эффективностью многоуровневое хранение функционирует в тех случаях, когда соответствующие алгоритмы адаптированы к требованиям и задачам заказчика.

Для достижения идеальной производительности нужны постоянный мониторинг и подстройка алгоритмов.

В отличие от сложного многоуровневого хранения, кэширование на SSD в существующих СХД реализовать проще. Гибридные системы хранения с кэшированием на SSD не требуют дополнительного администрирования, а приложение воспринимает такую систему точно так же, как и любую другую сетевую СХД, только работает она намного быстрее. Реализация RAID и защита данных у нее аналогичные, и покупать для этого дополнительные SSD не потребуется.

На SSD помещаются копии данных, поэтому осуществлять их фоновое перемещение в основной пул хранения не придется. Не будет и связанных с этим издержек, влияющих на производительность. Кэширование на SSD необходимо, впрочем, подстраивать под конкретные корпоративные приложения, но простота системы кэширования означает, что администрирование системы будет значительно менее сложным, чем у сопоставимой СХД с многоуровневым хранением.

Издержки, связанные с инсталляцией СХД с многоуровневым хранением и ее сопровождением, будут оправданными только в очень крупных организациях, которые могут позволить себе как установку стоечных модулей SSD для организации выделенного пула флеш-памяти, так и увеличение штата системных администраторов для управления СХД. Для большинства компаний, не имеющих экстремально крупных пулов хранения, предпочтительным вариантом ускорения систем хранения будет кэширование на SSD.

Пошаговые действия, выполняемые контроллером при обработке запроса чтения и наличии данных в кэш-памяти SSD

ПРОБЛЕМА ЗАПИСИ

Будучи более производительными, накопители SSD имеют определенные ограничения на запись данных, и это нужно иметь в виду при выборе метода ускорения СХД. Хотя хранящиеся на флеш-накопителях данные можно считывать бесконечное число раз, их ячейки допускают ограниченное число циклов записи.

Эта проблема осложняется необходимостью удалять весь блок даже при записи данных меньшего объема. Для ее решения в современных контроллерах флеш-памяти применяются методы распределенной записи, кэширования операций записи и фоновая «сборка мусора». Однако запись на SSD остается более сложной операцией, чем чтение.

Слишком частое выполнение записи в одни и те же ячейки может привести к быстрой деградации флеш-памяти.

При кэшировании и многоуровневом хранении операции с SSD станут очень интенсивными, и преимущества алгоритмов предотвращения износа носителя будут сведены на нет.

Это означает, что в обоих случаях (кэширование и многоуровневое хранение) уровень SSD лучше всего задействовать для ускорения операций чтения, а не чтения и записи.

РЕАЛИЗАЦИЯ КЭШИРОВАНИЯ НА SSD

В системе с кэшированием на SSD операция ввода-вывода производится обычным образом: вначале выполняются чтение-запись на HDD. Если эта операция инициирует кэширование, данные также копируются с HDD на SSD.

Тогда при любой последующей операции чтения того же логического блока он считывается непосредственно с SSD, что увеличивает общую производительность и уменьшает время отклика.

Уровень SSD играет роль невидимого ускорителя ввода-вывода, и при любом отказе SSD данные все равно будут доступны в основном пуле хранения, защищаемом с помощью RAID.

Пошаговые действия, выполняемые контроллером при обработке запроса приложения на запись данных

НАПОЛНЕНИЕ КЭШ-ПАМЯТИ

Кэш, как и основная емкость хранения, разбивается на группы секторов равного размера. Каждая группа называется кэш-блоком, а каждый блок состоит из подблоков. Размер кэш-блока можно настраивать под конкретное приложение, например СУБД или Web-сервер.

Считывание данных с HDD и их запись в SSD называют наполнением кэш-памяти. Эта фоновая операция обычно выполняется вслед за основной операцией чтения или записи. Поскольку назначение кэша — хранение часто используемых данных, к его наполнению должна приводить не каждая операция ввода-вывода, а только та, для которой пороговое значение счетчика оказывается превышенным. Обычно счетчики наполнения применяются при чтении и при записи.

Таким образом, с каждым блоком основной емкости хранения ассоциируются счетчики чтения и записи. Когда приложение считывает данные из кэш-блока, значение его счетчика чтения увеличивается.

Если данные в кэш-памяти отсутствуют, а значение счетчика чтения больше или равно значению наполнения при чтении, то параллельно с основной операцией чтения выполняется операция наполнения кэш-памяти (данные кэшируются). Если же данные уже есть в кэш-памяти, они считываются с SSD, а операция наполнения не осуществляется.

Если значение счетчика чтения меньше порогового значения, оно увеличивается, а операция наполнения не выполняется. Для операции записи сценарий тот же. Подробнее он поясняется на иллюстрациях на предыдущем развороте.

Что происходит с содержимым кэша после его «разогрева»? Если на SSD есть свободное место, кэш продолжает заполняться «горячими» данными. Когда емкость SSD исчерпывается, применяется алгоритм перезаписи наименее используемых данных (Least Recently Used, LRU), то есть на место последних в кэш-памяти записываются новые «горячие» данные.

Если объем «горячих» данных превышает емкость SSD, процент считываемых из кэш-памяти данных уменьшается, соответственно, снижается и производительность. Кроме того, чем меньше емкость SSD (и чем больше объем горячих данных), тем интенсивнее обмен «горячих» данных. В результате SSD будет изнашиваться быстрее.

Специалисты Qsan рекомендуют использовать накопители Intel SSD DC S3500. Так, у SSD емкостью 480 Гбайт наработка на отказ (MTBF) составляет 2 млн ч. Что касается производительности, то типичная задержка у этих накопителей равна 50 мс, максимальная задержка при чтении — 500 мс (99,9% времени), а производительность при произвольном чтении блоками по 4 Кбайт достигает 75 тыс. IOPS, при записи — 11 тыс. IOPS. Это хороший вариант для SSD-кэширования.

КЭШИРОВАНИЕ ПРИ ЧТЕНИИ-ЗАПИСИ

Операция чтения при отсутствии данных в кэш-памяти происходит следующим образом:

1. Приложение подает запрос на чтение данных.
2. Данные считываются с HDD.
3. Запрошенные данные возвращаются приложению.
4. Выполняется операция наполнения SSD.

Операция чтения при наличии данных в кэш-памяти:

1. Приложение подает запрос на чтение данных.
2. Данные считываются с SSD.
3. Запрошенные данные возвращаются приложению.
4. При сбое SSD данные считываются с HDD.

Действия приложения при записи данных:

1. Приложение подает запрос на запись данных.
2. Данные записываются на HDD.
3. Приложению возвращается статус операции.
4. Выполняется операция наполнения кэш-памяти на SSD.

НАСТРОЙКА КЭШ-ПАМЯТИ SSD

Чтобы приложение использовало кэш-память на SSD максимально эффективно, ее можно настроить. Основные параметры — размер блока кэш-памяти, пороговые значения наполнения при чтении и при записи.

Размер блока. Большой размер блока кэш-памяти подходит для приложений, часто обращающихся к соседним (по физическому расположению) данным. Это называется высокой локальностью обращений.

Увеличение размера блока также ускоряет наполнение кэш-памяти на SSD — ускоряется «разогрев» кэша, после которого приложения с высокой локальностью обращений будут демонстрировать весьма высокую производительность.

Меньший размер блока хорош для приложений с менее локализованными данными, то есть когда доступ к данным осуществляется в основном случайным образом.

Кэш-память на SSD будет «разогреваться» медленнее, но чем больше блоков, тем больше вероятность попадания в кэш нужных данных, особенно данных с низкой локальностью обращений.

При небольших блоках коэффициент использования кэш-памяти ниже, но меньше будут и сопутствующие потери, так что при «промахе», когда нужных данных нет в кэш-памяти, производительность страдает меньше.

Пороговое значение наполнения. Порог наполнения кэша — это число обращений к данным, после которого соответствующий блок копируется в SSD-кэш. При большом значении кэшируются только часто используемые данные и уменьшается обмен данных в кэше, но увеличивается время «разогрева» кэш-памяти и растет эффективность ее использования.

При меньшем значении кэш-память разогревается быстрее, но возможно ее избыточное наполнение. Для большинства приложений вполне достаточно порогового значения, равного 2. Наполнение при записи полезно в том случае, когда записываемые данные вскоре снова считываются. Подобное нередко случается в файловых системах.

Другие приложения, например базы данных, не имеют такой особенности, поэтому наполнение при записи для них иногда лучше вовсе отключить.

Как можно видеть, увеличение или уменьшение каждого параметра имеет свои положительные и отрицательные последствия. Очень важно понимать «локальность» приложения. Кроме того, полезно протестировать систему на реальных нагрузках и посмотреть, при каких параметрах она показывает лучшие результаты.

Рост производительности (в IOPS) в зависимости от времени «прогрева» кэша (в часах)

ПРИМЕР КОНФИГУРАЦИИ КЭША НА БАЗЕ SSD

В тесте моделировалась типовая ситуация ввода-вывода (произвольное чтение 90% + запись 10%) для определения выигрыша, который дает использование SSD-кэша. При тестировании применялась система AegisSAN Q500 в следующей конфигурации:

• HDD: Seagate Constellation ES, ST1000NM0011, 1 Тбайт, SATA 6 Гбит/с (x8);
• SSD: Intel SSD DC 3500, SSDSC2BB480G4, 480 Гбайт, SATA 6 Гбит/с (x5);
• RAID-группа: RAID 5;
• тип ввода-вывода: Database Service (8 Кбайт);
• режим ввода-вывода: блоки по 8 Кбайт.

Время «разогрева» вычисляется по следующей формуле:

T = (C × P) / (I × S × D),

где T — время «разогрева», I — средняя производительность в IOPS одного HDD при произвольном чтении, S — размер блока ввода-вывода, D — число HDD, C — совокупная емкость всех SSD, P — пороговое значение наполнения кэш-памяти при чтении или записи. На практике «разогрев» кэша может занять больше времени.

Для данной конфигурации оно составит:

Т = (2 Тбайт × 2) / (244 × 8 Кбайт × 8) = 275 036,33 сек = 76,40 ч.

Без кэширования на SSD средняя производительность составила 962 IOPS. При включении кэширования она выросла до 1942 IOPS, то есть улучшение после «разогрева» кэша оказалось двукратным — 102%. Согласно расчетной формуле время разогрева равно 76,4 ч, в тесте после 75 ч производительность в IOPS достигла максимальной величины и оставалась после этого стабильной.

После «разогрева» кэша производительность операций чтения-записи удваивается

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В концепции ускорения гибридных СХД реализуется идея увеличения производительности всей системы за счет быстрого доступа к «горячим» данным. Принимая во внимание затраты на оборудование и администрирование, можно утверждать, что в общем случае кэширование данных на SSD представляет собой наилучший способ получения преимуществ высокой производительности при использовании систем хранения с флеш-накопителями без потери надежности хранения данных.

Бартек Митник — директор по продажам компании Qsan Technology в регионе EMEA.

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями

Источник: https://www.osp.ru/lan/2015/04/13045696