عندما تتباطأ وحدات التخزين ذات الحالة الصلبة (SSD) أو تتلف قبل الوقت المتوقع، ينسب معظم المستخدمين ذلك إلى مشاكل في الأجهزة والجودة. ومع ذلك، فإن ما يجهله الكثيرون هو أن أحد العوامل المهمة للتلف المبكر هو العبء المستمر من عمليات 'الكتابة الدقيقة' الذي تتحمله هذه الوحدات على مر الزمن.
تُشبه أنظمة التشغيل الحديثة نظمًا بيئية حية تتنفس النشاط الرقمي، حيث تولد تدفقًا لا نهاية له من الكتابات الصغيرة التي تحدث داخل وحدة التخزين ذات الحالة الصلبة (SSD) الخاصة بك. فهي تسجل الملفات، ومخازن متصفح الإنترنت، وبيانات القياس عن بُعد، وتقوم بالفهرسة، والتحديث، وتشغيل الخدمات الخلفية التي تكتب باستمرار قطعًا صغيرة من البيانات على محركك. وبينما كل كتابة فردية تبدو غير مهمة، فإنها مجتمعة تخلق ضوضاء عالية التردد التي تتعامل معها وحدات التخزين ذات الحالة الصلبة بكفاءة منخفضة جدًا بسبب تصميمها. هناك عدة أسباب تجعل هذا يمكن أن يؤدي إلى توقف SSD الخاص بك عن العمل قبل موعد انتهاء صلاحيته بكثير.
الملفات الصغيرة تزيد من تضخّم الكتابة
محركات الأقراص الصلبة الحالة (SSDs) لا تخزن البيانات بنفس الطريقة التي يطلبها نظام التشغيل. بينما يدير نظام التشغيل ونظام الملفات الخاص به (مثل NTFS، وAPFS، وext4) البيانات عادةً في وحدات تجمع بحجم 4 كيلوبايت، يكون مزيج شرائح NAND محدودًا بـ 'كتل' أكبر بكثير تتراوح عادةً بين 256 كيلوبايت إلى عدة ميغابايت، والتي لا يمكن إعادة كتابتها إلا بعد محوها بالكامل. عندما يتغير ملف صغير، يجب على SSD قراءة كتلة كاملة إلى الذاكرة المؤقتة، تعديل جزء صغير منها، ثم إعادة كتابة الكتلة بأكملها في مكان آخر. لذا، بينما يتم تخزين البيانات في 'صفحات' أصغر، لا يمكن مسحها إلا في 'كتل'. لفعل ذلك، يجب نسخ الكتلة وكتابتها في موقع جديد قبل مسح الكتلة القديمة.
تؤدي هذه العملية إلى ظاهرة تُعرف بتضخيم الكتابة (WA)، وهي قاتل صامت لأقراص الحالة الصلبة (SSD) يستهلك عمر التحمل للقرص. لفهم مدى خطورة هذا، قامت شركة ميكرون بتحليل مقاييس أداء تطبيقات مختلفة من تحليلات البيانات وعمليات السحابة. أظهرت الأبحاث أن عمليات الكتابة العشوائية بحجم 4 كيلوبايت تولد أعلى عامل تضخيم للكتابة بين أي عبء عمل آخر. مع مرور الوقت، يؤدي ذلك إلى تسريع تآكل الخلايا بشكل كبير، خاصة على أقراص الحالة الصلبة للمستهلكين ذات التخصيص المحدود.
السبب في أهمية هذا هو أن برامج سطح المكتب أصبحت فعليًا مصنعًا صغيرًا للكتابة. تقوم متصفحات الويب الكبرى مثل كروم ومايكروسوفت إيدج بتحديث قواعد بيانات SQLite الصغيرة باستمرار لتخزين السجل وملفات تعريف الارتباط وحالة التخزين المؤقت، بينما تقوم أيضًا بإعادة كتابة ملفات استعادة الجلسة على فترات قصيرة. على مستوى نظام التشغيل، تسهم عمليات الأمان من ويندوز ديفندر أيضًا في الحمل من خلال القيام بكتابات صغيرة ومتكررة لسجلات الأحداث وتحديثات التوقيع. وبالمثل، تولد خدمات النظام مثل البحث في ويندوز وسبوتلايت في ماك ومحركات القياس عن بعد في الخلفية تدفقًا من الكتابات التي تضغط باستمرار على ذاكرة NAND الفلاش.
تغيير البيانات الوصفية يضر محركات SSD أكثر من الكتابات الكبيرة
قد يبدو ذلك غير بديهي، لكن الأقراص الصلبة ذات الحالة الثابتة (SSD) في الواقع تفضل نقل الملفات الكبيرة أكثر من التعامل مع عدد من الملفات الصغيرة. عند نسخ فيديو كبير أو مجلد لعبة، يمكن للقرص نقل البيانات بسلاسة وكفاءة، لكن في كل مرة تتغير فيها تفاصيل ملف صغير، يقوم نظام التشغيل بإطلاق سلسلة من ردود الفعل في الخلفية.
السبب هو أن الملفات الصغيرة يمكن أن تولد حركة بيانات وصفية غير متناسبة، مما يؤدي إلى ما يعرف باسم "تقلب البيانات الوصفية". كل عملية كتابة ملف تؤثر على إدخالات الدليل، وجداول التخصيص، وسجلات التدوين، وفهارس الملفات. على نظام تشغيل حديث مثل ويندوز، يمكن أن يؤدي هذا بسهولة إلى عشرات عمليات الكتابة لتغيير صغير في ملف واحد.
في دراسة مرتبطة، وجد باحثو نواة لينوكس في جوجل أن نظام تسجيل الملفات القياسي قد يستهلك في بعض الأحمال حتى 76٪ من عرض نطاق الكتابة للقرص، مما يسرع بشكل كبير من تآكل القرص نتيجة نسخ البيانات الوصفية.
في الدراسة المذكورة أعلاه، تم ملاحظة الأرقام خلال عبء عمل خادم البريد متعدد الخيوط. تمثل هذه البيئة المحددة أسوأ حالة ممكنة لتقلب البيانات الوصفية، ولكن في معظم الحالات لن يتم ملاحظة هذا المستوى من العبء في الاستخدام اليومي لأجهزة سطح المكتب.
تعاني وحدات SSD الاقتصادية بشكل غير متناسب
تضطر وحدات SSD الاقتصادية للمستهلكين التي لا تحتوي على ذاكرة DRAM مخصصة للاعتماد على ذاكرة مضيف المؤقت (HMB) أو جداول المزامنة المستندة إلى NAND. عندما تتعرض لتدفق من الكتابات الصغيرة، تعاني هذه الأقراص من عقوبة أداء أكبر بكثير من تلك المزودة بـ DRAM، حيث يجب على وحدة التحكم باستمرار قراءة، تعديل، وإعادة كتابة خريطة FTL على خلايا NAND البطيئة بدلاً من DRAM عالية السرعة. هذا يؤدي في الأساس إلى تأثير "الكتابة المزدوجة" الذي يزيد من زمن الوصول الداخلي ويعجل بتآكل الخلايا.
تزداد تفاقم هذه المشكلة في ذاكرة QLC NAND بسبب قدرتها الأصلية الأقل على التحمل (عادةً ما توفر فقط 500–1,000 دورة برمجة/مسح). ونظرًا لأن الكتابات الصغيرة تولد تضخيم كتابة صافي أعلى (WA)، فإنها تستنفد هذه الدورات المحدودة بسرعة أكبر قليلاً مما توضح تقييمات إجمالي البايتات المكتوبة (TBW) التسلسلية.
ماذا يعني هذا بالنسبة لك؟
تعتمد مدة عمر وحدة التخزين ذات الحالة الصلبة (SSD) على طبيعة بياناتك أكثر من حجم البيانات الكلي التي تكتبها وتمسحها. للتقليل من تآكل الكتابات الدقيقة، يفضل اختيار الأقراص التي تحتوي على ذاكرة DRAM مخصصة وذاكرة NAND من نوع TLC، حيث إنها مجهزة للتعامل مع تقليب البيانات الوصفية بكفاءة أكبر من نماذج QLC.
بعيدًا عن العمارة والأجهزة، يمكنك أيضًا تمديد عمر محرك الأقراص الخاص بك من خلال ممارسات تخزين أفضل. الحفاظ على حوالي 20٪ من المساحة الحرة يساعد وحدة التحكم في 'جمع النفايات'، مما يخفف إلى حد ما من مشكلة تضخيم الكتابة. بالإضافة إلى ذلك، إذا كنت تعتقد أن سير عملك يركز بشكل كبير على مهام مثل ترميز الفيديو أو التحرير، فقد تفكر في استخدام تخزين ثانوي لإبقاء حركة بيانات التعريف بعيدًا عن محرك الإقلاع الأساسي لديك. وبما أن معظم المستخدمين نادرًا (إن حدث) يغيرون محرك الإقلاع الخاص بهم، فمن الحكمة الحصول على SSD يخدمك لفترة أطول.