Нужно ли делать дефрагментацию ssd диска на windows

Неосознанные ошибки при использовании SSD-накопителей могут сильно омрачить первоначальное впечатление пользователя. Особенно, если речь заходит о высокопроизводительном SSD. Каких нюансов в эксплуатации стоит избегать? Разбираемся в этом материале.

Заполнение данными под «завязку»

Одна из самых распространенных ошибок при использовании SSD-накопителей — его полное заполнение. Установив накопитель, первым делом хочется перенести на него все-все рабочие файлы и игры. Особенно, если вы обладаете целой коллекцией игр и хотите получать к ним доступ постоянно, не удаляя и скачивая заново. А современные игры весят довольно внушительно. Но заполнять SSD полностью не стоит, и на это есть веская причина — снижение скоростных характеристик.

У накопителя всегда должен оставаться некоторый резерв пустого пространства в виде незадействованных блоков, чтобы поддерживать высокую производительность накопителя. Производители зачастую резервируют часть памяти SSD по умолчанию, делая ее недоступной для использования. Что, в свою очередь, позволяет иметь свободные блоки при любых условиях. Пользователю доступно и самостоятельное контролирование свободного места. Можно попросту не записывать больше данных после определенного заполнения объема или заранее зарезервировать процент неиспользуемого пространства. Выполнить это можно и средствами Windows через «Управление дисками» и фирменным ПО накопителя. Как правило, это около 10 % от общей емкости SSD.

Чрезмерная забота о ресурсе перезаписи

Разнообразные мифы преследуют SSD-накопители с момента их появления. Особенно популярный миф — низкая живучесть устройства из-за его перезаписи. Следуя множеству различных «оптимизаций» для сохранения ресурса SSD, пользователи зачастую переносят файл подкачки на HDD или отключают его вовсе, что делать совсем не стоит. Это может снизить производительность системы, а некоторые программы не будут запускаться. Перенести файл подкачки можно в крайнем случае — при острой нехватке места и малом количестве оперативной памяти. В остальных же случаях практического смысла в этом нет. Windows в приоритете использует доступную оперативную память, которой в современных ПК с запасом, ОС сама контролирует размер файла подкачки и нечасто его задействует.

Благодаря «умному» ПО и начинке у современных SSD-накопителей их довольно трудно довести до исчерпания ресурса перезаписи в обычных бытовых условиях. Конечно, если не впадать в крайности, делая из малоемкого бюджетного SSD «торрент-качалку» для каждодневного скачивания крупных файлов. Среднестатистический SSD скорее морально устареет от нехватки объема в связи с растущим весом приложений, чем выйдет из строя из-за перезаписи. Гораздо важнее побеспокоиться не о ресурсе SSD, а о его правильной эксплуатации — отсутствия внезапных отключений питания, так как они очень вредны для данного типа устройств.

Всегда сохраняйте резервные копии своих ценных файлов. Особенно, если оригиналы находятся на SSD.

В отличие от HDD, который выходит из строя постепенно и из него можно успеть извлечь информацию, SSD помирает мгновенно, забирая с собой всю информацию. В редких случаях некоторую информацию можно восстановить, но процесс этот дорогостоящий, в подавляющих же ситуациях она не подлежит восстановлению вовсе.

Переплата за NVMe

«Скорость записи и чтения намного выше, чем у SATA» — типичный аргумент, который вводит в заблуждение пользователя, когда он сравнивает при покупке NVMe и SATA накопители. Конечно, ничего плохого в использовании только NVMe накопителей в ПК нет. Но есть ли смысл использовать их под все задачи? Резонно нет. Домашний архив из фото и видео, а также игры можно хранить с тем же успехом на SATA SSD, как и ОС. Разница в скорости загрузки находится на уровне погрешности. В свою очередь, SATA SSD обладают меньшей ценой за мегабайт.

Огромная разница в тестах между NVMe и SATA на деле сводится к показателям скорости работы со случайными блоками. Где преимущество NVMe тает на глазах. А на них приходится основная часть активности накопителя при бытовом использовании. Видеоредакторы, проектирование и другие профессиональные задачи, которые требуют перекачивания большого объема данных — стезя NVMe, где они будут, не просто полезны, а зачастую необходимы. Для домашнего ПК рациональным решением будет связка NVMe+SATA, где на NVMe накопителе будет храниться ОС и рабочие программы, а на более емком SATA игры и медиаархив. Вот здесь можно подробнее познакомиться с NVMЕ.

Дефрагментация

Функция дефрагментации весьма полезна, если дело касается HDD — снижается время на обработку операций с файлами. Но в отношении SSD данная функция не только не дает никакого положительного эффекта, а наоборот — лишь расходует его ресурс. При работе с SSD-накопителями современные версии Windows отключают дефрагментацию по умолчанию, используя взамен функцию TRIM. Функция TRIM позволяет полноценно удалять данные из неиспользуемых ячеек памяти, что экономит время при дальнейшей записи в ту же ячейку. Проверить, включена ли функция TRIM можно следующим путем: «Пуск ->Командная строка ->Запуск от имени администратора». Далее ввести команду «fsutil behavior query disabledeletenotify».

Значение «0» напротив файловой системы указывает, что функция включена. Соответственно, «1» — о ее деактивации.

Проверить состояние функции дефрагментации или отключить ее можно следующим путем: «Локальный диск ->Свойства ->Оптимизировать  ->Изменить параметры». Остается выбрать конкретное устройство и снять с него галочку.

Перегрев

Миниатюрный размер и энергопотребление сильно влияют на нагрев SSD в форм-факторе M.2. Особенно, если это скоростной NVMe-накопитель. «Душный» корпус с плохой вентиляцией, близкое расположение к горячей видеокарте, отсутствие радиатора и долгая рабочая нагрузка накопителя — основные причины перегрева. Перегрев SSD ведет к его троттлингу, следствием которого является снижение производительности накопителя.

Поэтому стоит периодически измерять температуру накопителей, а также обеспечить хорошую вентиляцию в корпусе и при необходимости озаботиться радиатором для SSD. Для контролирования температуры можно воспользоваться программой CrystalDiskInfo. Кроме стандартного отображения текущего значения, можно задать критический порог температуры, при достижении которого программа будет сигнализировать пользователю.

Использование старой прошивки и разъемов

При эксплуатации SSD-накопителей важны не только стандартные драйвера Windows и чипсета, но и актуальная прошивка устройства. Зачастую пользователи забывают или пренебрегают установкой фирменного ПО от производителя SSD. А оно, в свою очередь, позволяет обновлять микропрограмму накопителя, внося улучшения в работу и обеспечивая оптимальную производительность.

Отдельно стоит отметить используемые разъемы для накопителей. Старые по современным меркам порты SATA II будут урезать скорость накопителей форм-фактора 2.5 вдвое. Нюанс ограничением скорости, как ни странно, актуален и для разъемов современных NVMe-накопителей. Виной тому могут быть лишь две выделенные линии, отведенные на разъем, используемая линейка процессоров или чипсет платы. Очередное подтверждение того, что стоит более тщательно подходить к выбору SSD-накопителя.

Дефрагментация SSD: есть ли в этом смысл?

Обычный жесткий диск имеет головку для записи и чтения. Она постоянно перемещается туда-сюда, чтобы найти нужные данные, разбросанные по разным местам. Информация на HDD всегда записываются туда, где есть свободное место. После удаления она исчезает, и в «ровном строю» файлов появляются пробелы. Дефрагментация упорядочивает эти данные, располагая их рядом. Таким образом, дефрагментация не только ускоряет работу жесткого диска, но и увеличивает срок его службы за счет снижения износа.

Твердотельный накопитель (SSD) не имеет такой головки для записи и чтения, поэтому дефрагментация не имеет смысла. В SSD данные хранятся на чипах памяти, поэтому могут быть извлечены значительно быстрее. Дефрагментация также приведет к упорядочению файлов, но это не поможет им быстрее запускаться. Поскольку во время дефрагментации выполняется множество операций записи, накопитель работает интенсивнее. Таким образом, частая дефрагментация не только не поможет, но и сократит срок службы SSD.

В этой публикации, друзья, затронем тему, нужна ли дефрагментация современным накопителям SSD. Тема эта — отголосок из прошлого, её как производную в принципе темы жёстких дисков HDD, как я полагал, мы давно закрыли. HDD – это свалка истории IT, настоящее и будущее, по крайней мере ближайшее – это SSD, твердотельные накопители. Эти устройства давно стали реальностью для массового пользователя и в плане цены, и в плане технической доступности. Эти устройства внутри собственного типа успели пройти уже несколько этапов эволюции. И все прекрасно знают, что SSD нельзя дефрагментировать, про это трубят из всех щелей в IT-пространстве. И какового же было моё удивление, когда относительно недавно на сайте задали вопрос – нужна ли дефрагментация SSD, ибо утверждение о необходимости проведения этой операции именно для дисков SSD значилось в описании работы некоторой программы для дефрагментации. Что же, давайте разбираться в этой теме.

Друзья, дефрагментация – это операция по оптимизации работы механических жёстких дисков HDD, устройств, где информация хранится на магнитных пластинах, а её запись и считывание осуществляется головками.

Головки постоянно перемещаются по разным участкам магнитных пластин, какую-то информацию записывают, какую-то считывают. Упрощённо — нечто схожее с работой патефона. Запись информации производится туда, где есть свободное место, но этого места не всегда достаточно для линейной (последовательной) записи одного файла или нескольких файлов, которые будут считываться в едином каком-то процессе. В таких случаях диску HDD приходится записывать часть данных на другой участок магнитной пластины. А для этого и в процессе записи, и в процессе считывания головка должна перемещаться. Перемещение головок с участка на участок приводит к задержке операций записи и чтения. Это, собственно, и есть причина низкой скорости HDD в условиях нелинейной (непоследовательной, рандомной) обработки данных. Дефрагментация – это операция, которая собирает в одном месте части одного файла или нескольких файлов, принадлежащих одному процессу. Т.е. размещает их на одном участке магнитной пластины. Чтобы головки при считывании этих данных не производили перемещений и считывали информацию линейно. А, соответственно, с большей скоростью. Для этого в процессе дефрагментации содержимое диска анализируется, и производится перезапись данных с целью их более эффективного размещения на пластинах. Помимо этого, из-за того, что дефрагментация убирает лишние перемещения головок HDD, эта операция ещё и в какой-то мере снижает их износ.

Но у дефрагментации есть нюансы:

• Эта операция возможна только тогда, когда она возможна. А возможна она не всегда;
• Проводимая основательно она может длиться очень долго, на один только раздел может уйти несколько часов. В процессе проведения дефрагментации диск HDD загружен максимально. И если у нас операционная система установлена на диске, который дефрагментируется, мы если и сможем пользоваться компьютером, то минимально и с жуткими тормозами;
• Её эффект может быть мало заметен, ибо работает только на считывание данных;
• Её эффект может быть мало заметен, если у нас хороший современный HDD с большим числом головок и большим кешем;
• Её эффект может быть мало заметен конкретно в работе операционной системы и программ, если у нас немалый объём оперативной памяти. Ибо здесь будет работать технология кеширования данных в оперативную память;
• Эффективность дефрагментации вместе со всеми взятыми методами оптимизации HDD, включая даже создание производительного RAID-массива, будет ничтожно мала в сравнении с работой SSD. В сравнении даже с самым дешёвым SSD — с SATA-интерфейсом, с плохим контроллером и медленной флеш-памятью.

Так что, друзья, дефрагментация – это неоднозначная операция даже для дисков HDD. А чтобы понять, как она влияет на SSD, давайте разберёмся с его обустройством.

Твердотельный накопитель SSD – это устройство хранения информации с принципиально иным механизмом, с эволюционно иным механизмом. У него нет никаких магнитных пластин и головок, это не механическое, а электронное устройство. SSD хранит данные в электронном виде в микросхемах флеш-памяти.

Запись данных в эти микросхемы и считывание из них данных происходит значительно быстрее, чем запись в магнитные пластины и считывание с них. Как и HDD, SSD также зависим от фактора линейности или рандомности записи данных. Линейно данные SSD записывает и считывает с огромнейшей скоростью, порой даже избыточной, если говорить о современных SSD с интерфейсом PCI-E 3.0 и 4.0. Рандомная скорость записи и считывания файлов у SSD ниже, но она в десятки раз превышает рандомную скорость HDD, это во-первых. Во-вторых, при рандомной обработке мелких данных SSD-накопители могут крыть своим преимуществом в виде многопоточности выполнения операций. SSD имеют многоканальный контроллер, благодаря чему могут формировать множественные очереди команд, которые контроллер будет обрабатывать в параллельном режиме. Вот почему SSD редко когда бывает загружен на 100%, тогда как для диска HDD – это обычное явление, когда идёт активная запись данных в процессах типа установки обновлений Windows.

Взгляните, друзья, на тесты скорости HDD и SSD двух разных типов – с интерфейсом SATA и PCI-E 4.0. В последовательной скорости чтения и записи данных (первый тест SegQ1M Q8T1):

• SSD SATA быстрее HDD и в записи, и в чтении в 3.5 раз;
• SSD PCI-E 4.0 быстрее HDD в записи в 18 раз, а в чтении – в 43 раза.

В рандомной однопоточной обработке данных (четвёртый тест Rnd4K Q1T1):

• SSD SATA быстрее HDD в записи в 43 раза, в чтении – в 49 раз;
• SSD PCI-E 4.0 быстрее HDD в записи в 78 раз, в чтении – в 88 раз.

И обратим особое внимание на тест многопоточной (32 потока) рандомной обработки мелких данных, который обведён красным маркером на скриншоте ниже (Rnd4K Q32T1). В этом тесте:

• SSD SATA быстрее HDD в чтении в 80 раз, в записи – в 86 раз;
• SSD PCI-E 4.0 быстрее HDD в чтении в 182 раза, в записи – аж в 216 раз.

Результаты этого теста у HDD не имеют существенных отличий от рандомного однопоточного теста (Rnd4K Q1T1). Ни в одном, ни в другом тесте HDD не может выйти за предел скорости 3 Мб/с. А вот у обоих типов SSD при многопоточном тесте (Rnd4K Q32T1) наблюдается увеличение скоростей от 2 до 6 раз.

Если дефрагментировать SSD, то технически мы получим бо́льшую скорость чтения данных, но мы вряд ли сможем ощутить эту скорость. Скорость многопоточного рандомного чтения и так высока, она больше линейной скорости чтения HDD. Ощутить в принципе разность скоростей при использовании SSD можно только на контрасте очень плохого SSD SATA и хорошего SSD PCI-E 3.0 или 4.0. Но при дефрагментации SSD мы получаем лишний объём перезаписи данных, а в этих устройствах информации ресурс перезаписи ограничен. Ячейки флеш-памяти SSD подвержены износу по итогу определённого цикла перезаписи данных. Многие производители SSD указывают для своих устройств максимальный объём перезаписи данных в Тб в качестве гарантированного ресурса накопителя. Этого ресурса при обычном домашнем использовании компьютера может хватить на долгие годы, но его не стоит гробить абсолютно ненужными операциями. Друзья, дефрагментация для SSD не только не нужна, она даже вредна.

О том, что дефрагментация не нужна SSD, прекрасно знает операционная система Windows. Она различает типы устройств информации, и к каждому типу применяет свои методы оптимизации. В штатной утилите оптимизации дисков такой критерий состояния диска, как процент фрагментации, указывается только для HDD. И системная операция дефрагментации в рамках фонового комплексного обслуживания Windows проводится исключительно для дисков HDD. Для SSD эта операция не проводится.

Дефрагментация – это скорее редкая точечная операция для исключительных случаев сильной фрагментации HDD. Конечно, разработчикам программ для дефрагментации, продвигающим свои продукты, нет резона говорить правду — что то, что они предлагают, в большинстве случаев будет как мёртвому припарка. Но вбивать в головы неофитов идею о том, что SSD нужна дефрагментация – это уже чересчур. А вот серьёзные разработчики программного обеспечения для дефрагментации дисков – типа компании Piriform, создателя известной программы CCleaner, наоборот, продвигают в массы истину. В программе Defraggler, если мы запустим дефрагментацию SSD, нам будет выдано предупреждение, что дефрагментация может уменьшить срок службы SSD.

Так что, друзья, давайте оставим дефрагментацию в прошлом, где, собственно, остались и сами HDD. Если у вас есть HDD, у него должна быть одна судьба – спокойно дожить свою жизнь в качестве хранилища данных типа медиа или бэкапов. Вся же серьёзная работа должна проводиться на SSD, который не нужно терзать никакими оптимизациями.

Время на прочтение
7 мин

Количество просмотров 78K

Несомненно, вопрос, вынесенный в заголовок статьи, не нов, поднимался не раз и по нему достигнут консенсус «не особо нужна, и даже может быть вредна».
Однако недавнее обсуждение в комментариях заставило меня ещё раз задуматься.

Со временем любой SSD всё равно сильно фрагментируется (внутри, в FTL)… Свежезаписанный SSD при линейном чтении даст высокую скорость, а уже поработавший — гораздо ниже, потому что линейными оно будет только для вас.

Да, обычно такое не должно происходить: или мы пишем «понемногу» в мелкие файлы/небольшие блоки метаинформации ФС (скорость линейного чтения которых нас не особо волнует), либо же мы пишем «помногу» в большие файлы и всё будет хорошо. Бывает и дозапись мелкими блоками в большие файлы — логи, например, однако они относительно короткоживущие и особой проблемы я тут не вижу.
Но легко представился вполне реальный сценарий, при котором всё-таки внутренняя фрагментация SSD может проявиться: файл базы данных, в который идёт достаточно активная случайная запись. Со временем он (оставаясь нефрагментированным на уровне операционной системы) окажется физически очень даже фрагментированным, что может существенно снизить скорость seq scan, резервного копирования и т.п.

Для проверки я написал скрипт и провёл тесты.

Спойлер: проблема присутствует (существенно влияет на производительность) только на одной из попавшихся под руки моделей (и та позиционируется производителем не как datacenter, а как десктопная/ноутбучная).

Идея скрипта: создаём файл на несколько гигабайт, заполненный случайными данными, замеряем скорость последовательного чтения.
Далее используя случайный доступ переписываем часть тестового файла и снова измеряем скорость линейного чтения. Если наши подозрения верны, то теперь чтение из файла будет идти медленнее.
После каждой записи делаем по три операции чтения с задержкой между ними на случай, если какой-то накопитель в фоне производит дефрагментацию и потом скорость чтения улучшится.

echo preparing...
dd if=/dev/urandom of=testfile bs=1M count=4096 status=none
sync
for A in 1 2 3; do
    sleep 10
    dd if=testfile of=/dev/null bs=1M iflag=direct
done

for A in 50 200 800 4000; do
    echo fio: write ${A}M...
    fio --name=test1 --filename=testfile --bs=4k --iodepth=1 --numjobs=1  --rw=randwrite  --io_size=${A}M --randrepeat=0 --direct=1 --size=4096M > /dev/null
    sync

    for B in 1 2 3; do
        echo sleep ${B}0
        sleep ${B}0
        dd if=testfile of=/dev/null bs=1M iflag=direct
    done
done

echo sleep 3600
sleep 3600
dd if=testfile of=/dev/null bs=1M iflag=direct

Обнаружилось, что NVMe-накопители intel у меня сейчас только на серверах с windows; пришлось с помощью гугла, stackexchange и какой-то матери слепить вариант и под винду

$testfile = "c:\temp\testfile"
$fio = "c:\temp\fio-3.18-x64\fio"

echo "preparing..."

$filestream = New-Object System.IO.FileStream($testfile, "Create")
$binarywriter = New-Object System.IO.BinaryWriter($filestream)
$out = new-object byte[] 1048576

For ($i=1; $i -le 4096; $i++) {
    (new-object Random).NextBytes($out);
    $binarywriter.write($out)
}
$binarywriter.Close()

For ($i=1; $i -le 3; $i++) {
    sleep 10
    $time = Measure-Command {
        Invoke-Expression "$fio --name=test1 --filename=$testfile --bs=1M --iodepth=1 --numjobs=1  --rw=read --direct=1 --size=4096M" *>$null
    }

    $seconds = $time.Minutes*60+$time.Seconds+$time.Milliseconds/1000
    echo "read in $seconds"
}

foreach ($A in 50,200,800,4000) {
    echo "fio: write ${A}M..."
    Invoke-Expression "$fio --name=test1 --filename=$testfile --bs=4k --iodepth=1 --numjobs=1  --rw=randwrite  --io_size=${A}M --randrepeat=0 --direct=1 --size=4096M" *>$null
    For ($i=10; $i -le 30; $i+=10) {
        echo "sleep $i"
        sleep $i
        $time = Measure-Command {
            Invoke-Expression "$fio --name=test1 --filename=$testfile --bs=1M --iodepth=1 --numjobs=1  --rw=read --direct=1 --size=4096M" *>$null
        }

        $seconds = $time.Minutes*60+$time.Seconds+$time.Milliseconds/1000
        echo "read in $seconds"
    }
}

rm $testfile

Получил следующие результаты:

• фоновой дефрагментации в тестируемых моделях не обнаружено: скорость чтения не повышается через некоторое время после записи, в том числе длительный «отстой» (час и даже более суток) ничего не меняет, поэтому в таблице ниже привожу просто лучший результат из трёх запусков;
• под windows почему-то время чтения менее стабильно и оказалось выше ожидаемого (впрочем, возможно, дело в том, что эти сервера оказались более нагружены);
• продолжение записи сверх указанного в скрипте (перезапись файла более одного раза) не влияет на производительность.

Время чтения (в секундах) файла размером 4Гб для разных дисков:

Жирным отмечены DC модели (остальные — десктопные/ноутбучные); где SATA, а где NVMe, думаю, видно без пояснений.

Мы видим, что по мере случайной записи в файл у самсунга PM981 скорость чтения падала и в итоге упала вдвое (но осталась, правда, достаточно неплохой), а у единственной тошибы в таблице — вовсе в 3.5 раза, фактически сравнявшись с таковой у SATA устройств.
С другой стороны, у большинства устройств случайная запись или вовсе не повлияла на производительность, или повлияла незначительно.

Моя интерпретация этих результатов: скорость линейного чтения у SSD действительно может деградировать со временем, однако деградация, вызванная внутренней фрагментацией, не носит совсем уж фатального характера на большинстве дисков (на дисках intel, например, она вовсе незаметна; на дисках samsung если и заметна, всё равно скорость чтения остаётся вполне приемлемой).

Остаётся открытым вопрос деградирует ли скорость чтения со временем по другим причинам (например, из-за износа NAND flash).
Могу сказать про тошибу XG5: разницы в поведении между диском, на который по SMART было записано >>150Тб, и новым диском я не заметил ­— или 300-400 перезаписей недостаточно, чтобы износ flash стал заметен, или он вовсе не влияет на производительность SSD.

По поводу падения производительности после случайной записи: у меня как раз на такой тошибе хранится достаточно нагруженная БД mysql размером около 100Гб. Действительно, в полном соответствии с изложенными выше теорией и измерениями, скорость чтения «боевых» таблиц mysql оказалась достаточно низкой (около 600Мб/с), скорость же чтения других крупных файлов с той же файловой системы гораздо выше (>2Гб/с).

sync
fsfreeze -f /mountpoint
dd  if=/dev/nvme0n1p2 of=/dev/nvme0n1p2 bs=512M iflag=direct oflag=direct status=progress
fsfreeze -u /mountpoint

Резюме: дефрагментация может быть полезна для некоторых SSD, однако не совсем такая (совсем не такая?) как для HDD. Нам важно не только то, что файл расположен в непрерывной цепочке секторов, но и то, что запись в эти секторы шла последовательно.

P.S. был бы благодарен, если бы читатели запустили скрипт у себя и привели цифры для своих SSD, так как моя выборка накопителей достаточно однобокая.