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nand flash对齐方式 技术解析:固态硬盘越用越慢怎么办?
发布时间 : 2025-01-19
作者 : 小编
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技术解析:固态硬盘越用越慢怎么办?

固态硬盘越用越慢的原因

固态硬盘会越用越慢,这和固态硬盘的工作原理有很大的关系。固态硬盘使用闪存作为储存介质,而闪存有个特性:必须先擦除之后才能再次写入数据,这一点和机械硬盘不同,机械硬盘可以直接在数据上面覆盖写入。

我们新买固态硬盘的时候,其中的NAND闪存已经预先擦除干净,因此数据可以直接写入,无需完成数据清除这一步,这时数据的写入速度非常快;随着时 间的推移,SSD中从未使用的存储空间越来越少,很多时候必须先擦除闪存中的数据然后再写入,因此其性能就会明显下降。为了解决这种问题,微软和SSD厂 商都做了很大努力,例如Trim、垃圾回收机制等等

下面我们就来谈谈使用SSD时的注意事项。

1.使用环境:Windows 7和AHCI是必须的,当然还有SATA3

必须使用Windows7以上的系统才能更好发挥SSD威力

● 固态硬盘最重要的技术:Trim

为了解决硬盘降速的问题,微软联合各大SSD厂商开发了一个新技术——Trim。Trim没有中文名称,简单的说,就是告诉SSD主控哪些数据占据的地址是“无效”的。

Trim指令的支持需要同时满足以下三个条件:

1.SSD主控制器和搭配的固件必须支持Trim指令接收:这一点完全不用我们去担心,只要是SSD,Trim指令必须得支持,不然就和普通U盘没什么两样。不开TRIM真的会变慢!

2.当前操作系统必须支持Trim指令发送:只有windows7/Server 2008 R2以上的系统才支持。

3.当前使用的磁盘驱动程序必须支持Trim指令传输。有一点需要说明,Trim指令现在还不支持发送给RAID阵列。所以如果看到有“高富帅”在用SSD组RAID炫速度,大胆地鄙视吧。

● SATA3.0接口才能满足高速SSD的胃口

接口方面,现在主流的SSD都采用SATA3接口,因为SATA2接口的最大理论速度只有300MB/S,如果你把一款读取速度500MB/s的SSD接到SATA2接口上...我真的表示很无奈。

然后我们说说BIOS设定,强烈建议开启AHCI模式。因为AHCI中的原生命令队列特性(NCQ)可以优化用户发送指令的顺序,从而降低设备负荷,提升设备性能。有些较老的主板可能不支持AHCI,这种产品一般也不会有SATA3.0接口,SSD性能会大打折扣。

2.分区方法:小分区、少分区

SSD有一种技术叫做“垃圾回收机制”,前面已经讲过Trim是系统用来告诉SSD主控哪些数据所占据的地址是“无效”的,而“垃圾回收机制”就是SSD内部对这些“无效”数据进行清理的过程。

垃圾回收机制非常考验主控的数据处理能力

SSD中的擦除只能是“将无效数据所在的整个区域摧毁”,不能像机械硬盘那样实现“点对点精确定位打击”,因此“垃圾回收机制”过程也显得很繁琐——先把区域内的有效数据集中起来,转移到空闲的位置,然后把“问题区域”整个清除,清除出来的地方可以作为下次垃圾回收时的转移地点。

大部分SSD都已经由厂商“内定”了预留空间

所以“小分区”的概念就出来了。所谓“小分区”就是不要把SSD的容量都分满,保留一部分容量作为“空闲位置”,用于SSD内部的优化操作,如磨损平衡、垃圾回收和坏块映射。一般情况下这一步骤厂商已经帮我们设定好了,例如NAND容量128G的SSD,厂家会标称120G,剩下的部分就被设置成了预留空间。当然如果你十分注重SSD性能,也可以在此基础上继续增加预留空间,在分区的时候只分100G或者更少

如果固态硬盘也能像机械硬盘这样随便分区就好了

“少分区”则是另外一种概念,关系到4k对齐对SSD的影响。一方面现在主流SSD容量都不是很大,分区越多意味着浪费的空间越多(每个分区总有那么些空间是用不到的),另一方面分区太多容易导致分区错位,在分区边界的磁盘区域SSD性能可能受到影响。

Win7自带的分区工具支持4K对齐

关于4K对齐操作,在机械硬盘时代可能大家都不太注重,但到了SSD时代4K分区对齐与否对性能有着很大的影响。怎样才能实现4K对齐?最简单的方法就是用Win7自带的分区工具进行分区,这样能保证分出来的区域都是4K对齐的。

3.平时保养:不要使用碎片整理,保持分区“苗条”

● 不要使用碎片整理

把机械硬盘时代的“好习惯”带到了SSD上不一定“好用”。在以前,我们总会听到各种“砖家”的提醒——系统变慢记得碎片整理,往往整理过后能感觉到系统运行明显快了很多,殊不知碎片整理对于SSD来说完全就是一种“折磨”。

“磁盘整理”对SSD来说是一种折磨

消费级固态硬盘使用的MLC NAND FLASH作为储存介质,这种芯片一般只有5000~10000次的擦写寿命(P/E),碎片整理需要对硬盘频繁擦写,会大大减少SSD的使用寿命,其实,SSD自带的垃圾回收机制就已经是一种很好的“磁盘整理”,再多的整理完全没必要。Windows的“磁盘整理”功能是机械硬盘时代的产物,并不适用于SSD。

SSD内部没有机械结构,主要部件是主控和闪存芯片

除此之外,可以考虑禁用win7的预读(Superfetch)和快速搜索(Windows Search)功能,在SSD平台这两个功能的实用意义不大,通过禁用这两项功能降低硬盘读写频率。

● 让分区保留足够的剩余空间

如果SSD也这样折腾估计早就崩溃了

前面有说过SSD的“垃圾回收机制”,可以算是SSD内部最考验主控能力的步骤:当硬盘占用接近“满容量”的时候,垃圾回收的量非常多,主控芯片需要处理大量数据,几乎是满负荷运作,这就是为什么SSD越用越慢的原因之一。

相对廉价的机械硬盘适合当“仓库”使用

所以让分区保持“苗条”很重要,及时清理无用的文件,设置合适的虚拟内存大小,将电影音乐等大文件放到机械硬盘“仓库”等等,让SSD分区保留足够的剩余空间。

4.刷新固件:最有效的提速方法

“固件”好比主板上的BIOS,固态硬盘的一切内部操作都要依靠固件来控制,可以说固件质量的好坏直接关系到SSD的性能表现,论重要性毫无疑问是排在了第一位。固件不单直接影响SSD的性能、稳定性,也会影响到SSD的寿命。优秀的固件包含先进的算法能减少固态硬盘不必要的写入,从而减少闪存芯片的磨损,维持性能的同时也延长了固态硬盘的寿命。因此及时更新官方发布的最新固件显得十分重要。

5.恢复指令:对付SSD降速的终极手段

如果你以前没有注意过前面这些操作,现在的SSD已经被“折腾”得奄奄一息,还有一个终极手段——Trim重置。这个指令会让SSD回到出厂性能,原地满血复活,但不建议过多使用,因为对SSD来说,每做一次Trim重置就相当于完成了一次完整的擦写操作,对磁盘寿命会有影响。

现在有许多软件都能提供ATA安全擦除指令来重置磁盘,最著名的是HDDErase。操作过程大致也是将主板BIOS的启动顺序改为光驱优先或者U盘优先,然后插入存好软件的启动设备,进入引导界面,根据提示来操作。

这里建议使用英特尔固态硬盘工具箱(IntelSSD Toolbox)来完成此任务,不用打繁杂的代码,直接在windows下按照提示鼠标操作即可,最大程度的避免了SSD性能衰减。相较其他固态硬盘只能用格式化磁盘的方式来恢复性能,更为方便。

SSD之4K对齐

4K对齐是什么?

那么究竟什么是叫做“4K对齐”呢?

4K对齐相关联的是一个叫做“高级格式化”的分区技术。“高级格式化”是国际硬盘设备与材料协会为新型数据结构格式所采用的名称。

随着时代发展,硬盘容量不断扩展,使得之前定义的每个扇区512字节不再是那么的合理,于是将每个扇区512字节改为每个扇区4096 个字节,也就是现在常说的“4K扇区”。随着NTFS成为了标准的硬盘文件系统,其文件系统的默认分配单元大小(簇)也是4096字节,为了使簇与扇区相对应,即使物理硬盘分区与计算机使用的逻辑分区对齐,保证硬盘读写效率,所以就有了“4K对齐”的概念。

SSD为什么需要4K对齐?

固态硬盘SSD的核心是NAND Flash闪存芯片,其寿命主要有闪存芯片的擦除读写次数决定的,出厂之后,这个读写次数是一定的,那么我们要做的就是优化算法,尽量减少读写次数。

4K对齐就是减少固态硬盘读写次数的有效方法

4K对齐之后好处多多,原理比较复杂,打个比方:

SSD就好比一个大仓库,里面由很多小“房间”组成,每个房间的容量都是一样的(4KB的倍数)。每个房间放入货物(文件)的次数是有限制的(10万次)并且每个房间只能放一种货物。

货物的放入和拿出是由管理员(操作系统)来协调解决的。但是无论货物有多大,管理员都会把这些货物分成好多块放入房间。每块的大小都是一样的(XP系统是0.5KB,win7可以自己定)

没有对齐的仓库,最开始的一个房间被管理员占用了一点的,因此很多文件可能同时占用了两个房间。如果要把货物搬出去就相当于两个房间各使用了一次(寿命)。

对齐过后的仓库,货物分成小块的大小和房间大小一样,放进去非常方便,效率大大提高,提高了房间的使用率。

这里是通俗点描述一下,会和SSD实际工作原理会有小小的偏差。

同时大家也可以看出为什么在固态硬盘SSD上推荐使用win7系统,而不使用XP。XP每次放入0.5KB,效率比较低,发挥不了SSD的优势。但是win7系统则不同,ssd的最小单元是多少(现在4kb比较多)。因此4k对齐实际上也可能是8k对齐,16k对齐......

win7可以把货物分成的快调成和最小单元大小相同,优势显而易见,同时win7还可以告诉SSD,那些房间是空的可以用,那些房间不可以用,这样就少走了不少弯路。

如何查询SSD是否4K对齐

方法有二:

其一,利用window自带CMD:

1. 使用快捷键Win+R或点击"开始"-->"运行",

2. 进入CMD界面,输入“fsutil fsinfo ntfsinfo c:”,

从上图可以看到每个扇区的字节数为512B,每个簇字节数为4096B。

其二,利用软件AS SSD Benchmark查看是否4K对齐。

可以看到“31K-BAD”,说明没有4K对齐。

如何实现4K对齐

1. 对于新的,未经分区的SSD,可以借助Disk Genius软件来实现4K对齐。

我们可以利用Disk Genius软件直接建立分区。如果你一块硬盘分了多个区,那么每建一个分区,都要按照下面的方法操作一次!否则就会出现第一个分区对齐了,但是其它分区没对齐的现象。

2. 如果已经分区了,可以利用软件paragon alignment tool实现无损4K对齐。

下面是软件自己检测硬盘

绿色的硬盘表示已经4k对齐,黄色没有4K对齐的硬盘

对齐开始前要进行一下设置,如下图

然后paragon alignment tool软件就会进行全自动对齐

等它自动完成,它完全之后需要重启电脑转移数据,数据越多,硬盘越大,需要的时间越多,请耐心等待。

验证4K对齐的功效

从对比的图可以看到,4K对齐之后,4K读写的速度得到大幅的提升,得分从301直接提升到836.

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