Active存储知识：SSD越用越慢的原因分析
每当选购电脑时，你会发现，配置存储介绍总是不一样，要么纯固态（SSD），要么纯机械，要么固态+机械的组合硬盘。
两者的主要区别在于固态是半导体存储，机械则是电磁存储。固态硬盘最大读取速度在400-600MB/s，而机械硬盘的最大读取速度不超过200MB/s。
虽然SSD的速度比机械硬盘要快上许多，但是它有一个比较严重的问题，那就是用久之后，会明显感觉速度下降了。这到底是什么原因呢？
什么是SSD？
首先，我们要先了解SSD的基本概念。固态硬盘指的是用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘。它由控制单元和存储单元组成。
目前，市面上的固态硬盘分为两大类，第一类是采用闪存（FLASH芯片）作为存储介质，第二类则是采用DRAM为存储介质。
基于闪存类的固态硬盘，也就是通常所说的SSD。这种硬盘的适用范围非常广泛，笔记本硬盘、U盘、存储卡等都属于SSD。
SSD主要由主控、闪存以及缓存构成。其中，闪存起到了关键性作用，因为它是负责存储数据的闪存颗粒，很大程度上决定了SSD的性能寿命。
闪存是指一种电子式可清除程序化只读存储器的形式，允许在操作中被多次擦或写的存储器。
目前闪存颗粒有四种类型，分别是SLC、MLC、TLC、QLC。SLC闪存的一个存储单元只能存储1bit数据，换句话说就是只能存储一个0或者一个1，一共两种状态。MLC闪存的一个存储单元可以存储2bit数据，0和1可以排列组合，拥有00、01、10、11四种状态。以此类推，QLC是最新的闪存颗粒，它的存储容量是SLC的8倍，0和1可以组成16种状态。
虽然SSD的闪存容量在不断增加，但是擦除和写入次数却减少了。这也就意味着，SSD的使用寿命缩短了。与QLC相比，SLC的使用寿命是它的100倍。
除闪存外，SSD的接口也分为四类，它们是SATA、mSATA、M.2和PCI-E。
SATA是一种电脑总线，分别有SATA1.5Gbit/s、SATA3Gbit/s和SATA6Gbit/s三种规格，读写速度依次为150MB/s、300MB/s、600MB/s，适用于几乎所有台式机和笔记本。
mSATA是迷你版本SATA接口，拥有M50msata和M30msata两种规格，读写速度均为520MB/s，主要适用于超极本，比如联想的E220s、E420s、Y460等。
M.2是Intel推出的一种替代mSATA新的接口规范，它有两种类型：Socket2和Socket3。Socket2最大的读取速度可以达到700MB/s，而Socket3的理论带宽可达4GB/s。Socket2适用于部分中低端笔记本，Socket3几乎适用于新上市的台式主板和中高端笔记本。
PCI—E是一种高速串行计算机总线，它有5个版本，从1.0到最新的5.0，读写速度分别为250MB/s、500MB/s、984.6MB/s、1969MB/s以及3938MB/s，适用于几乎所有的台式机。
综合来看，SSD闪存颗粒的不同，它的读写速度和擦除次数也就不同，容量越大的闪存，使用寿命就越有限；SSD接口的不同，直接应影响的是读写速度。
写入放大和垃圾回收
不过，以上两种原因影响的是SSD使用前的速度，使用后速度下降的原因主要分为两个方面：写入放大（WA）和垃圾回收（GC）。
WA是闪存和SSD中的一种不良现象，即实际写入的物理数据量是写入数据量的多倍。由于FLASH芯片需要先擦除再改写的特性，它需要将目标数据所在的文稿整个读出来缓冲到缓存器中，然后再将你要改写的数据覆盖到缓存器，最后将缓存器写入到另一个文稿中，所以，哪怕你更新一个字节，实际上写入了4KB的数据到FLASH芯片。这也就造成了SSD写入文件大小翻倍的现象，从而导致硬盘容量越来越小，写入速度下降。
GC是当FLASH芯片中再也找不到可以直接写入的空白文稿时，JVW（java虚拟机）将调用垃圾回收机制来回收内存空间。GC会在FLASH芯片中查找废弃或删除的文稿，然后将这个文稿擦掉，用来存放你的新数据，但由于GC与FLASH的擦写单位不一致，写入时是按照文稿进行的，而擦除则是按照Block文件类型，一个Block中有16个文稿，所以当GC找到一个废弃文稿时，实际上改文稿需要先把Blovk中的其余15个文件搬到别的地方。因此每当你更新1字节，实际在后台有16个文稿写入，一个文稿大小为4KB，16个文稿就是64KB，这样SSD的容量也会成倍减少，最终导致写入速度下降。
简单点来说，当你的SSD存储数据变多时，空白的文稿会随之变少，为了腾出额外的空间，GC会寻找废弃的文稿，随着次数的增加，SSD的速度自然也就慢了。
另外，GC并不是需要写入数据时才出动，即使SSD处于空闲状态，它也会悄悄地进行操作，提前预留一些空间。
那如何避免SSD因存储数据过多导致速度下降的问题？
厂商的做法是根据SSD等级来制定不同的解决方案，比如：入门级SSD通过缩小可用容量，预留出一部分空间，以此来防止SSD完全写满。最为直观的例子就是有些电脑明明写着512GB的存储容量，实际能用的就只有480GB。
对于中高端的SSD，它们会额外搭载缓存降低写入放大。像三星970PRONVMeM.21T就配备了4GB的缓存容量。
用户可以通过4K对齐、Trim命令、磨损均衡等功能机制来降低写入放大。
实测：SSD爆容量对速度的影响
为了进一步确认SSD容量满后是否真的影响速度，我们进行了测试。
测试前，MacBookAir（2018款）的SSD剩余容量为71.58GB，使用DiskSpeedTest测出硬盘的写入速度为492.1MB/s，读取速度为1832MB/s。
接下来，我们要将电脑的可用容量变小，预留9.02GB的空间，然后再测一次SSD的速度。此时，SSD的写入速度变成了448.2MB/s，读取速度为1791MB/s。
与前一组数据进行对比你会发现，SSD随着可用容量的减小，写入速度和读取速度都有所下降。
PC端测完之后，我们再来看下移动端。MoFirLee手上有一部容量为64GB的iPhone11，硬盘的剩余容量为27.2GB，使用DiskBench测得的硬盘写入速度为201.7MB/s、142.1MB/s、135.2MB/s，平均写入速度159.7MB/s，读取速度为360.6MB/s、485.9MB/s、387.1MB/s，平均读取速度411.2MB/s。
手机硬盘可用容量变为1.17GB后，写入速度为183.7MB/s、159.6MB/s、195.5MB/s，平均写入速度160.6MB/s，读取速度为609.7MB/s、610.3MB/s、510.6MB/s，平均读取速度510.7MB/s。
相比上组数据，第一次的硬盘写入速度确实有所下降，但第二、三次的数据要比上一组快，三次的读取速度都比上组快。出现这种情况的原因可能是主控的算法和优化，所以测得的数据有所差异。
最终的得出的结论是当SSD可用容量变小后，写入和读取速度都会有所下降，但实际上主控对这些可能还有其他优化或者控制措施，以及有不同的算法，导致差异。
小结
如今可以用8个字来形容SSD的处境，有一种倒退叫进步。目前市面上的SSD，制程工艺越先进，寿命反而缩短，以此换来了更快的速度。从侧边可以看出，厂商们在现有技术无法突破的情况下，选择了牺牲一些东西。
使用前，影响SSD速度的因素有闪存颗粒、接口类型、主控的好坏以及升级固件。使用后，写入放大、垃圾回收机制和不良的存储习惯是影响SSD速度的主要原因。虽然好的SSD速度很快，但是使用寿命会下降，价格也会偏高。便宜的SSD速度一般，使用寿命却很长。至于怎么选，完全看个人需求。
为了避免SSD因可用容量不足，导致速度下降这一问题，最好将每个硬盘的资料全部备份起来，然后再做一个4K对齐。如果你是刚买的电脑，硬盘类型是固体的话，可以在使用前，将SSD进行高级格式化。这样一来，你的SSD速度就不会那么容易下降了。
北京博恒视创科技有限公司是一家专业多媒体存储系统集成商。我公司联合美国Active Storage公司共同开发了Active媒体私有云共享系统、满足4k视频剪辑和大型真人秀节目制作的Active Storage光纤存储在线实时剪辑系统、满足每天100T的源数据同城或异地的数据分发与共享的远程数据复制与内容分发系统。8K电影全流程跨平台共享实时剪辑系统，现场实时调色及DIT管理系统，影视素材归档备份管理系统、海量数据自动化迁移保存系统、全媒体制播网系统等多种完全“订制化”的解决方案。2018年本公司开发出一套完整的数据安全保存系统，以“在线编辑，近线备份，离线保存”的三维立体式的解决方案，让客户数据在“生命周期”内安全的保存，没有后顾之忧，我们始终将客户的需求放在第一位，持之以恒，坚持创新，引领产品走向高容量、高带宽、高集成和人工智能化。
大型真人秀后期非编网部分成功案例：
深圳卫视《加油吧，新郎》、爱奇艺《流行之王》、北京卫视《歌手是谁》、湖南卫视《完美假期》、江西卫视《带着爸妈去旅行》、央视三套《幸福账单》、央视三套《急速少年》、湖南卫视《旋风孝子》、湖南卫视《妈妈的牵挂》、安徽卫视《国剧盛典》、安徽卫视《合唱先锋》、腾讯《拜托了冰箱》、黑龙江卫视《嘿，大兄弟》、山东卫视《家游•好儿女》、江西卫视《七天爱上你》、芒果TV《透鲜滴星期天》、CCTV《警察特训营》、爱奇艺《大学生来了》、爱奇艺《娜就这么说》、爱奇艺《我去上学啦》、浙江卫视《喜剧总动员》、芒果TV《黄金单身汉》、芒果TV《香蕉打卡》、芒果TV《不一样的偶像》、江西卫视《玫瑰之旅》、浙江卫视《开心俱乐部》、优酷《火星实验室》、内蒙古卫视《嗨，马上出发》、芒果TV《爸爸去哪儿》、芒果TV《我是大侦探》、央视《朗读者》、湖南卫视《我家那小子》、湖南卫视《幻乐之城》、湖南卫视《亲爱的客栈》、腾讯视频《创造101》、爱奇艺《偶像练习生》《青春有你》，湖南卫视《中餐厅》《亲爱的客栈3》等等真人秀节目后期机房
欲了解详情，欢迎咨询
魏 明
-------------------------------
电话: 18611689687（同微信号）
Add: 北京市朝阳区三间房东路一号懋隆文化产业创意园34栋