兔子变乌龟？ 固态硬盘老化极限测试

24小时烧机 我们怎样测试

表1：四款固态硬盘老化测试平台

在此次测试的四款产品中，影驰、浦科特、金邦的三款产品均为全新硬盘，均处在尚未使用的性能佳状态，而英特尔X25-V则已经被使用了一段时间。因此，为保证它可以发挥出佳性能，测试前，我们在DOS系统下使用HDDErase软件对X25-V进行了重置，让它恢复到初始状态。

根据该厂商提供的资料，其老化测试方法并不复杂，分为以下三步：

1.删除每款固态硬盘的分区；

2.在硬盘无分区的初始状态下，对每款硬盘连续运行24小时IOMeter 4KB连续写入测试；

3.建立分区，运行性能测试软件。

资料显示，经过以上三步测试后，就可以看出SandForce固态硬盘的测试成绩出现明显下降。而在测试软件上，我们主要选择CrystalDiskMark、AS SSD Benchmark这两款采用随机数据模型进行测试的软件，以便准确地测试出各款固态硬盘的传输性能。那么，结果如何呢？

性能大幅下降？24小时烧机测试揭晓

我们首先对各款固态硬盘运行了24小时烧机测试，并测试其性能。然后对各款固态硬盘进行HDDErase重置，再次测试性能，以观察其性能是否有所变化。而从四款固态硬盘的测试结果来看，在经过24小时的烧机测试后，有一款硬盘的测试成绩的确出现了明显的下降，特别是写入性能上。如表2所示，影驰Laser EX 240GB固态硬盘在CrystalDiskMark与AS SSD Benchmark的测试中，除了随机4KB写入速度没有下降外，其他写入性能较重置后都有明显下降，下降幅度大的甚至超过150MB/s(在AS SSD Benchmark ISO文件复制测试中)。而从表3～表5来看，其他三款硬盘的测试成绩却并未受到明显影响，其测试成绩变化很小。那么影驰Laser EX 240GB固态硬盘性能的下降，真的是SandForce主控芯片可靠度不足、长时间运行后不稳定，造成的性能大幅下降吗？如果是主控芯片出现了问题，为什么一条重置命令又能令其完全恢复呢？

与可靠度无关 速度降低原因解析

要想了解原因，我们就必须首先分析老化测试方法。在第一步删除分区后，硬盘就不再“知道”什么是文件，没有文件系统的概念。而其第二步以24小时如此长的时间来运行IOMeter 4KB连续写入测试，也就意味着系统将向硬盘上写入大量的数据、直至满盘。由于没有分区，系统在写入数据时，会跳过删除文件这个步骤，直接在硬盘空间上覆盖写入，而且是无止境地写下去。因此在完成24小时烧机测试后，各款硬盘都装满了数据。关键的区别，是在第三步，格式化硬盘并建立分区。此时，会发生什么情况呢，以下我们将进行详细分析。

我们知道在近两年的固态硬盘产品大多支持Trim的指令，该指令可以让固态硬盘“了解”到在其内部哪些数据为无效数据。而在进行以获得大使用空间的“格式化建立分区”操作之后，显然，Trim指令会帮助硬盘认识到之前写入的测试数据都是无效数据。但需要注意的是，Trim只具备标记无效文件的功能，真正要擦除掉这些无效数据还得靠GC垃圾回收技术(英文Garbage Collection的缩写)。目前垃圾回收主要有两大作用：一是擦除无效数据；二是磁盘碎片整理功能。同时垃圾回收技术也分为两大类：主动垃圾回收与被动垃圾回收。在采用主动垃圾回收技术的固态硬盘中，一旦发现硬盘内有无效数据，就会立即将数据擦除；一旦发现硬盘内碎片较多，就会进行整理，可以令固态硬盘的性能得到保证，但该技术有增加写入放大、减少闪存寿命的缺点。而被动垃圾回收技术则只会在硬盘内的数据(包括有效数据与无效数据)填满硬盘，需要写入新的数据时才会进行以上工作，因此会出现一边写入新数据，一边进行垃圾回收的状态。由于垃圾回收工作将占用大量的主控运算能力与闪存通道带宽，因此此时固态硬盘的写入速度将明显降低。当然被动垃圾回收也有它的好处，那就是可以减少不必要的整理工作，从而提升闪存芯片的寿命。

因此读到这里，相信大家已经能与我们分析出影驰Laser EX 240GB固态硬盘写入性能下降较明显的原因，那就是它的SandForce主控芯片采用了被动垃圾回收技术。在经过24小时的连续4KB写入测试后，固态硬盘已经被写满。而在分区后，通过Trim指令，它“明白”整块硬盘已被无效的测试数据填满。因此当我们使用测试软件写入新的测试数据时，它就会一边进行垃圾回收工作，一边进行测试。在这双重压力下，其测试成绩自然会大幅下降。而采用其他主控、传输性能未受影响的三款固态硬盘，显然使用了主动垃圾回收策略。因此它们在格式化后，测试软件运行之前，就会立将所有无效数据擦除，其性能自然会得到保障。

性能同样降 实际状态模拟测试

而且，这个老化测试还有一个问题，那就是没有用户会在生活中将数据填满一块未分区的硬盘，并不实际。因此接下来，我们将模拟用户使用习惯，在分区状态下进行测试。硬盘越用越久有两个典型的特征，一是文件碎片越来越多，一是存入数据越来越多。所以在接下来的测试中，我们将对这四款刚刚经过HDDErase重置后的硬盘，再进行一次测试。我们将只留下用于保证测试软件正常运行的约3GB空间，存入占其总容量90%～99%，由IOMeter生成的随机4KB小文件，以模拟文件碎片众多、可用空间低的实际特征。

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而在该状态下的测试结果令人意外，四款硬盘的测试成绩全部出现了明显下降，特别是其写入成绩。如浦科特PX-128M2S、金邦Vseries-64GB、英特尔X25-V的随机4KB写入成绩分别降低到仅14.85MB/s、9.01MB/s、5.893MB/s。显然要在充满4KB文件碎片、几乎没有空白块的固态硬盘上写入数据，并不是一件容易的事。不过在经过5分钟的待机后，我们再次测试发现，这三款硬盘的性能得到大幅提升，其中金邦的性能已与HDDErase重置后的状态相差不大，而浦科特与英特尔的随机4KB写入性能也分别提升到48.47MB/s、15.22MB/s。这显示出它们的主动垃圾回收技术发挥出了作用，对磁盘上的小文件碎片进行了整理，已清理出一些空白块。那么，性能为什么不能完全恢复呢？我们认为这一方面与各主控芯片的垃圾回收算法有关，二是硬盘可用空间大小与写入缓存命中率、垃圾回收效率成正比关系，与寻址时间成反比关系，因此极小的可用空间也决定了硬盘的性能肯定会有所下降。不过格式化后，这三款硬盘的性能全部就恢复为“满血”状态，其原因与我们前面的分析相同。唯一不变的还是采用SandForce主控的影驰Laser EX 240GB固态硬盘。

不管是装满文件后第一次测试、还是在待机5分钟、格式化后测试，其性能在下降后，都不会再得到恢复。被动垃圾回收技术只会在硬盘填满，写入新文件时才会发挥作用，只会对需要写入的空间进行垃圾回收，不会进行全盘垃圾回收，这就是主要原因。

高速、寿命不可少 固态硬盘使用需注意

综上所述，“由于SandForce主控芯片可靠度不足造成速度下降”的说法并不科学，其实质不过是各款主控采用了不同的垃圾回收技术。当然，固态硬盘的确有越用越慢，兔子的确有变成乌龟的可能。不过格式化、HDDErase这两大招数就能轻易地将乌龟变回兔子。相信有人还会说，怎样在不丢失数据的情况下，保持高速性能呢？我们认为，这就需要大家在使用固态硬盘时，养成良好的使用习惯。首先避免出现“文件满盘”，多留出一些可用空间，提升缓存命中率与垃圾回收效率。同时，为固态硬盘留一点闲置时间，让它完成主动垃圾回收工作。此外，我们还可以通过ForceTrim等软件强制进行垃圾回收。

而对于采用SandForce主控的固态硬盘用户来说，由于这类硬盘采用被动垃圾回收策略、要等待全盘写满的状态才工作。因此当数据填满时，将不可避免地出现速度下降的问题。对于这类硬盘，除了HDDErase全盘重置外，目前还没有太好的性能恢复手段。不过，我们认为这样的代价是值得的，毕竟被动垃圾回收策略可以减少无谓的写入操作，提高使用寿命。这也是影驰Laser EX 240GB固态硬盘敢于提供6年售后服务的原因之一。其次SandForce主控的性能的确出类拔萃，可以看到，其性能下降后的成绩还是明显领先同类SATA 6Gb/s主控芯片。

后需要大家注意的是，不要太在意固态硬盘性能上的变化，不要经常运行测试软件。这是因为经常运行高强度的测试软件，会减少闪存颗粒的寿命。此外，一些主控厂商为保护颗粒寿命，已经设计了限速策略。一旦主控侦测到闪存颗粒可擦写次数降低到预期值，就会将传输速度强制降低。数字只是一个符号，如果因为经常运行测试软件，降低实际的体验感受显然就是得不偿失了。

兔子变乌龟？ 固态硬盘老化极限测试

本文刊登于《微型计算机》2011年11月下