超快U盘写入速度变慢的原因分析与解决方法

这款极快的Sandisk Extreme U盘（CZ80））于去年被发士顿。

后来，我仔细考虑了一下，它的SSD功能正是这样做的原因。写入超过其容量的数据（即，写入的数据超过32GB）后，性能会下降。以下是原理分析，然后我将讨论如何恢复。首先，我想解释一下CZ80使用的主控制芯片是SSD主控件，即固态驱动器主控件，它使用了固态驱动器的算法。这意味着并发可以提高其连续读写性能。

另一方面，它的随机写将具有更高的性能，因为它已转换为连续写。这与普通的U盘有很大的不同。但是，这也带来了容量写满后性能显着下降的问题。

要解释此问题，我们必须首先从固态驱动器的原理开始。最简单的USB闪存驱动器直接读取或写入闪存（加上某些耗损均衡处理，但此效果在此忽略）。阅读时，您只能阅读一页，例如4KB或更小的页面。写入时，必须以块为单位进行写入。一个块通常为512KB。每次写入都必须操作整个数据块，因此普通的U盘的随机写入速度非常慢，因为将写入多个块。此外，写入通常需要一次读取，一次擦除和一次写入块，因此速度通常仅为读取的1/3。

这就是为什么某些U盘在读取时每秒可以有20MB，在写入时只有每秒7MB的原因。

SSD的算法不同。一种是解决连续读写的速度限制，它通过并发读写来改进它。第二个是使用映射表来解决随机（系统）写入的性能问题。每个块中每个页面的物理地址不再对应于文件系统看到的页面，而是以页面粒度映射到文件系统的不同逻辑地址。这样，随机写入将转换为连续写入-每次写入下一个页面时，同时更新映射以建立逻辑地址和物理页面之间的关联。

但是，这种转换并非没有成本。最明显的价格是，当按顺序写入新购买的空固态驱动器中的每个块时，遇到的下一个块可能包含数据。此时，您不能直接写入整个块的数据，但是要获取该块的信息，请查看有多少页可用，将要写入的数据与该块中的有效数据合并，然后再写入整个块块（记得吗？最小的书写单位是块）。

这样，无论是连续写入还是随机写入，性能都会受到影响。此外，需要写入的数据量仅是实际写入量的一部分，这种效应称为写入放大（英文写放大）。为了解决连续写入的性能问题，固态硬盘还应用了两种技术。一种是过度配置，在最坏的情况下可以改善写入放大和性能下降。第二种是后台垃圾回收，可以利用磁盘的空闲时间将可用空间组织成连续的空间，从而为后续的写入性能提供保证。

过剩容量的表达通常更微妙。例如，一个128G固态驱动器可能有大约7％的额外空间，这对于用户是不可见的。这部分空间用于解决满载情况下的写放大问题。请注意，满载并不一定意味着磁盘已满。稍后将讨论此问题。让我说说这种超大容量可以保证多少性能。假设为7％，则在写入时，有0.07 /1.07的概率写入有效数据，这是平均写入效率。假设新购买时的写入速度为150MB / s，那么此时约为9.8MB / s。

后台垃圾回收的原理是，当插入电源并且没有读/写请求时，固态驱动器会合并未填充有效数据的块（即某些页面可用） ），从而使它们自由显示。页面变得连续。完成此操作后，一旦写入，速度将非常快，直到写入了所有连续的块，并且没有空闲时间来进行后台垃圾回收，速度就会降低。

在那之后，我们将讨论除容量过大之外的另一种优化方法：TRIM指令。在行业将该指令标准化之前，磁盘上的所有已写入空间都被视为数据空间。在这种情况下，一旦写入容量过大，就会发生上述满载情况，并且经常会发生写入放大。效率就像上面提到的那样，超出标准的容量除以总容量。 TRIM指令的目的是允许操作系统标记文件系统的哪些部分对应于可以释放的SSD页面，从而增加块中包含的可用页面数量并降低写放大效果。

例如，实际文件系统中占用的空间仅为50％。使用TRIM指令（并且操作系统已在适当的时候发出了此指令），平均写入效率可以达到（0.50 + 0.07)/（1.00 + 0.07)。因此，请不要小看TRIM的作用，实际上，使用TRIM指令，不仅可以通过增加可用空间来提高性能，甚至可以提高固态硬盘的使用寿命。

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但是，幸运的是，我咨询了SanDisk的客户服务。询问后，客服说要尝试完整的格式。本着成为死马医生的心态，我尝试了一下。

完全格式化后，速度得到了显着提高。在杀毒软件，小文件复制等不利因素的影响下，从硬盘复制文件到U盘的平均速度达到了14〜15MB / s。 （峰值已达到50MB / s，偶尔会遇到硬盘性能瓶颈）。虽然我初次购买时与80MB / s差距很大，但我还是考虑过了，也许软件和硬盘都比较大。还有一个要分享的细节：当第一个完整格式完成时，可以在性能监视器中看到U盘写入，并且平均速度仅为14MB / s（尽管峰值为60MB / s）。完成后，我尝试第二次完全格式化它。此时，它的速度基本上为102MB / s。因此，格式化确实可以恢复其性能并可以继续使用，但是请尽量避免写入大量数据（包括ReadyBoost）。最适合运行虚拟机或在计算机之间传输文件。

非常感谢SanDisk的客户支持。一句话对中国医生来说，这是一次伟大的复兴，哈哈！当然这是个玩笑。如果我有勇气尝试第一个SSD-master USB闪存驱动器，则它必须能够经受住测试。我是我自己。

进行总结：本文以“固态硬盘掌握的SanDisk Extreme Ultra-Speed U盘”开头，介绍了固态硬盘的一些性能特征，并提供了Extreme Extreme Ultra-Speed的性能恢复。 U盘表示。希望本文对有好奇心的人帮助您了解SSD的性能特征。最后，我感叹：由SSD控制的U盘不会受伤！

后来，我听到网友说：因为主控件不支持TRIM命令，所以长时间使用WTG后速度会下降。我今天有一次速度下降，然后恢复了全零填充。受此启发，该实验使用SysInternals（）的SDelete工具清除了磁盘上的可用空间（命令格式：sdelete -z D :）。经过几个小时的实验，我发现它也可以恢复大多数速度（32GB版本的CZ80的最大写入速度为102MB / s，零填充后恢复的某些区域低于该速度）。此方法比格式化方便得多。但这有一个明显的缺点，即某些填充有零的块并不完全为空。将文件写入U盘时，可能会缓慢生成此类块。对于这样的块，无法将速度恢复到原始的100％。因为这等效于擦除一些完全空白的块（因此您可以在下次直接写入而无需再次擦除）。对于不完全为空的块，这只是复制该块并将空页面重写为零页面，非空页面保持不变，这显然要慢一些。因此，速度有一个下限。例如，当可用空间至少为一半时，平均速度不小于“复制-擦除-写入”速度的1/2（多少未知，猜测最终速度下限超过50MB / s）。 （文本/罗比马赛克）

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