SSD disk a Windows 7

Solid-state drive (SSD) zařízení pro ukládání dat, založené na čistě elektronické bázi (nemá mechanicky se pohybující součásti, pro ukládání dat se používají mikročipy, nejčastěji NAND flash paměti). Oproti klasickým elektromechanickým diskům dosahují vyšší rychlosti čtení i zápisu a hlavně výrazně nižší přístupové doby (hlavička nemusí nikam jezdit, aby se dostala na data, protože tam žádná není). To je velká výhoda například při paralelním čtení (tedy start OS). Většinou používají standardní rozhraní, dnes tedy hlavně SATA 2.0.

Z principu SSD disků je trochu problém zápis, kdy každá buňka dovoluje pouze určitý počet přepsání, dnes je však tato hodnota docela vysoká. Také pokud se při zápisu přepisuje hodnota na disku, tak je jiný princip než u klasických disků, nejprve se musí smazat a pak teprve zapsat. Ideální je tedy pro data, která se jednou zapíší a pak pouze čtou, ale toto doporučení je třeba brát s rezervou.

SSD disk se skládá hlavně z paměti, kam se ukládají data, a řadiče, ten zajišťuje: ECC (oprava chyb), wear leveling (zvyšování životnosti disku, kvůli limitu přepsání bloku), přemapování chybných bloků, kešování čtení a zápisu, garbage collection (mazání uvolněných bloků), šifrování (hardwarové).

Výhody SSD disků: na začátku činnosti se nemusí roztáčet, nízká přístupová doba, stálá rychlost čtení i zápisu, nepotřebuje defragmentaci, jsou tiché, mechanická odolnost, imunní vůči magnetismu, lehčí, rychlejší paralelní operace, nižší spotřeba.

Nevýhody SSD disků: omezený počet zápisů, nepodporuje přepis (může zapisovat pouze do prázdných bloků), jiný přístup pro šifrování dat a bezpečné smazání, dražší, menší kapacita, téměř zaplněný disk má nižší výkon.

Operační systémy Windows 7 a Windows Server 2008 R2 jsou první systémy, které podporují SSD disky. Znamená to, že když detekují SSD disk, tak upraví některé operace, podporují správné zarovnání při vytváření oddílů, mají funkci Trim apod. Dnes i nové jádro Linuxu 2.6.33 a některé další OS mají podporu pro SSD disky.

Hlavní doporučení při použití SSD disku

• správné zarovnání oddílu (partition alignment)
• zapnutý Trim
• omezení přístupu na disk a vypnuté "zbytečné" služby pro správu disku
• volné místo na disku 10 až 15%

Zarovnání oddílu (partition alignment)

Údajně velký vliv na rychlost disku má zarovnání oddílu (různě se uvádí 20 až 50%). Myslím, že to tak dramatické nebude, viz naměřené hodnoty, kdy jednou bylo zarovnání chybné. Ale proč to nenastavit správně, když to jde relativně bez problémů.

Zarovnání oddílu vlastně znamená, na jaké pozici oddíl začíná (starting offset). Jde o to, aby odpovídala fyzická struktura disku s logickou. SSD disk má většinou sektory (nebo se říká stránky) o velikost 4 kB, Windows zapisují po blocích (cluster) o defaultní velikosti 4 kB, pokud struktura odpovídá, tak se provede jeden fyzický zápis, pokud ale nesedí a logický sektor začíná v půlce fyzického, tak disk musí provést dva zápisy. Navíc se musí nejprve načíst obsah obou sektorů (pokud nejsou prázdné), změnit v paměti, smazat a zapsat.

Když vytváříme oddíl ve Windows 7 (v systému nebo při instalaci), tak by měl mít správné zarovnání. Ale problém může nastat, když na SSD disk klonujeme starý disk (který nebyl zarovnaný) nebo používáme třeba Windows XP.

Zjištění zarovnání (offset)

Spustíme msinfo32.exe, rozklikneme System Summary – Components – Storage – Disk, hodnota Partition Starting Offset. Jestli je správný, tak to musí být násobek 4 kB (pokud máme SSD disk se 4 kB sektory).

Příklad je pro disk id 0, důležitá je hodnota Offset.

C:\>diskpart
DISKPART> select disk 0
Disk 0 is now the selected disk.
DISKPART> list partition
 Partition  ###  Type              Size     Offset
 -------------   ----------------  -------  -------
 Partition 1    Primary              39 GB  1024 KB
 Partition 2    Primary              80 GB    39 GB

Výborný, zdarma šířený nástroj pro měření výkonu disků AS SSD Benchmark nám také zobrazí (v levém horním rohu), kde je začátek oblasti a pokud je správně zarovnaná, tak je zeleně s nápisem OK, pokud chybně, tak červeně s nápisem BAD. Ukázky jsou vidět na obrázcích dole v testech.

ArgusMonitor, jedná se o placený nástroj, který můžeme využít v Trial verzi. V menu tlačítko HD S.M.A.R.T., tlačítko Extended – Disk Information. Téměř dole jsou informace o oddílech. Navíc nástroj zobrazuje, zda disk podporuje TRIM.

Klonování disku

K diskům Kingston je dodáváno CD s velmi dobrou aplikací Acronis True Image HD. Zde je funkce klonování disku (Clone Disk), takže pokud máme v pořádku zarovnání oddílu na starém disku, stačí jeden z disků připojit přes USB rámeček a provést klonování. Program umí změnit velikosti oddílů buď automaticky (tím nám ale může rozhodit zarovnání), nebo manuálně, samozřejmě se data na cílový disk musí vměstnat.

Pokud nám na starém disku zarovnání nesedí, tak nám také pomůže Acronis True Image HD, ale musíme postupovat jinak. Provedeme zálohu (Backup) místo klonování, takže potřebujeme ještě další úložiště (třeba USB disk), kam ji nahrajeme. Na novém disku vytvoříme oddíl pod Windows 7 a zkontrolujeme, že je zarovnaný. Potom provedeme obnovu (Recovery) na nový disk, vybereme cílovou oblast, kterou jsme vytvořili. Pro obnovu zvolíme pouze oddíly (NTFS/Volume C:) a ne MBR/Track0. Také zkontrolujeme, aby se nová oblast označila jako aktivní a primární.

Pokud po obnově zálohy nechce disk bootovat (není v pořádku MBR nebo bootovací informace), tak můžeme použít instalační DVD Windows 7 a ten provede automatickou opravu.

Pozn.: MS nástroj diskpart umí vytvořit oddíl s nastavením offsetu (kde má začínat), takže můžeme zarovnání kontrolovat.

Funkce Trim

Zjednodušeně řečeno, Trim je inteligentní mazání. Pokud se nepoužívá Trim nebo jiná metoda, tak se postupem času výrazně zpomalí zápis na disk. Je to proto, že SSD disky mají úplně jiný princip zápisu oproti klasickým diskům. A nepodporují funkci přepsání (rewrite), před zápisem do dříve použité buňky se musí nejprve smazat. Když ve Windows smažeme nějaký soubor, tak se fyzicky nesmažou odpovídající sektory, ale pouze se označí jako nepoužívané, takže je možno je přepsat. To je proto, aby mazání bylo rychlé, a pro klasický disk není rozdíl v zápisu nebo přepisu. Trim řeší to, aby se sektory označené jako nepoužívané smazaly (garbage collection).

Trim je příkaz, který je součástí standardu ATA. Aby nám celý proces fungoval, tak Trim musí podporovat řadič SSD disku, sám SSD disk, operační systém a ovladače řadiče v systému. Funkce Trim je nativně podporovaná ve Windows 7 a Windows Server 2008 R2. Pro starší systémy potřebujeme nástroj výrobce disku (používá se utilita, které se naplánuje pravidelný start a ona provede mazání).

Na SSD disk se zapisuje po sektorech (stránkách), které jsou většinou velké 4 kB. Tyto sektory se dále spojují do bloků, většinou 128 sektorů = 512 kB. Zápis můžeme provádět po sektorech, ale mazání je možné pouze po blocích. K tomu se ještě přidává to, že řadič SSD disku provádí wear leveling, tedy snaží se zapisovat stejnoměrně po celém disku.

Zjištění, že disk podporuje Trim

Můžeme použít výše zmíněný ArgusMonitor nebo třeba CrystalDiskInfo, což je Open Source nástroj, který zjišťuje informace o disku. CrystalDiskInfo nám v řádku Podporované funkce zobrazí černě TRIM, pokud je podporovaný.

Je Trim zapnutý ve Windows?

Často se na internetu chybně uvádí, jak zjistit, jestli nám Trim funguje. Používá se následující příkaz, ale ten pouze informuje, jestli je zapnutá podpora Trim v systému. Což je defaultní stav a i když žádný SSD disk nemáme, tak uvidíme 0, což znamená zapnuto.

fsutil behavior query disabledeletenotify

Ovladač řadiče disku

Jak jsme řekli, aby nám Trim fungoval ve Windows 7, tak musíme mít správný ovladač řadiče disků. Ten, kde by měla být jistota (již od uvedení Windows 7), je přímo do Microsoftu. Ale dnešní ovladače třeba od Intelu by s Trimem měli pracovat také. Bohužel neznám žádný způsob, jak ověřit, že Trim opravdu funguje.

To jaký ovladač používáme, můžeme jednoduše zjistit opět pomocí nástroje AS SSD Benchmark. V levém horním rohu ukazuje označení typu disku, pod tím je jaký driver používá. msahci je Microsoft ovladač, který ve Win7 podporuje TRIM. Ovladač od firmy Intel (Intel Matrix Storage) se jmenuje iastor.

Pokud máme ovladač od Intelu a chceme Microsoft, tak můžeme odinstalovat Intel ovladač. Případně můžeme povolit msahci a zakázat iaStor zásahem v registrech. Jde o klíč HKEY_LOCAL_MACHINE\System\CurrentControlSet\Services\Msahci a HKEY_LOCAL_MACHINE\System\CurrentControlSet\Services\IastorV (případně Iastor). U obou se nachází hodnota Start, která znamená, jestli se daný ovladač zavádí. Hodnota 0 je pro start, hodnota 3 znamená vypnutý ovladač.

Vypnutí zbytečných služeb

Windows 7 by měli automaticky rozpoznat, že je v systému SSD disk a vypnout operace, které mu škodí, místo aby pomáhaly. Jedná se o disk defragmentation (kvůli nízké přístupové době není třeba přeuspořádat programy, navíc provádí hodně zápisů), Superfetch (přednačítání programů do keše, nemá význam), Prefetcher (často používané programy se umístí do keše disku, nemá význam) a ReadyBoost (použití flash paměti jako keše). Stejně tak můžeme zvážit použití stránkovacího souboru systému (virtual memory – paging file), provádí hodně zápisů a pokud máme dost fyzické paměti, tak nám moc nepomůže.

Otázka je používání hibernace, indexace souborů, obnovení systému. Stejně tak se doporučuje, pokud to lze, umístit různé dočasné soubory (systému, webového prohlížeče) na běžný disk nebo je vypnout.

Volné místo na disku

Logika disku rozkládá operace po celém disku, aby se snížilo opotřebení (wear leveling). Do toho se zapojuje i princip mazání souborů (a použití funkce Trim). Takže se doporučuje, aby vždy na disku zůstalo 10 až 15% volného místa.

Další informace

Dá se použít nástroj SSD Tweaker, ale opatrně, abychom si spíše neuškodili.

Test několika SSD disků

Hodně se potkávám s SSD disky Kingston, které jsou z levnějších a přitom nabízejí slušný výkon. Výhodou bundlu disku Kingston je, že obsahuje bootovací CD s aplikací Acronis True Image HD. Tato aplikace umožňuje klonování, zálohu a obnovu, a bezpečné smazání disku. Vše v komfortním a funkčním grafickém rozhraní.

Testy jsou většinou z notebooků Dell s procesorem Intel i7 a 4GB operační paměti. Operační systém je vždy Windows 7 64 bitů. Podmínky pro test nebyly ideální, jednalo se o provozní počítač s nainstalovaným antivirem a dalším SW, který snižuje výkon. Záleží i na hodně faktorech, takže opakovaný test další den může ukázat trochu jiné hodnoty.

Kingston SSDnow V series  128GB

Notebook upgrade kit obsahuje disk, kabely, externí USB rámeček a CD se SW Acronis True Image HD pro klonování. Desktop upgrade kit obsahuje disk, kabely, interní rámeček pro 5,25" pozici a CD se SW Acronis True Image HD pro klonování. Kód SNV425-S2BN/128GB, SNV425-S2BD/64GB.

Disk rozdělen na dva oddíly. První oddíl má chybné zarovnání.

Stejný disk v jiném počítači, s trochu slabší konfigurací, pouze oddíl C.

Kingston SSDnow V+100 128GB

Upgrade bundle kit obsahuje disk, kabely, externí USB rámeček, interní rámeček pro 5,25" pozici a CD se SW Acronis True Image HD pro klonování. Kód SVP100S2B/128GR.

Stejný disk v jiném počítači, ale stejného typu i konfigurace, pouze oddíl C.

Samsung SSD PB22-JS3 64GB

Tento disk dodávala firma Dell ke svým počítačům na konci roku 2010.

Samsung SSD PM810 (nebo také 470-Series) 256GB

V současnosti (8/2011) je tento disk dodávaný k Dell počítačům.

Samsung SSD 830-Series 256GB (MZ-7PC256)

Novinka (10/2011) od společnosti Samsung, která dosahuje vynikajících výsledků za rozumnou cenu. Podporuje SATA 3 (6Gbps) a je založen na vlastních dílech Samsungu. Laptop Installation Kit obsahuje kabel, který dovolí připojit disk na USB a CD s Norton Ghost.