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© Victoria Ermolayeva, sxc.hu

Alte Mythen

Solid State Drives optimal eingestellt

03.06.2011
Früher galt: Mehr RAM macht den Rechner schneller. Heute dominieren Solid State Drives das Rennen um den schnellsten Durchsatz im Gesamtsystem.

Eine gut eingestellte Solid State Drive (SSD) arbeitet im Optimum um fünf bis sieben Mal schneller als eine herkömmliche Festplatte. Die einzelnen Speicherchips einer SSD unterscheiden sich grundsätzlich nicht von denen in einem USB-Stick – und die sind nicht gerade für ihre Geschwindigkeit berühmt. Die Geschwindigkeit kommt durch massiv parallele Zugriffe zustande, indem der Controller viele NAND-Flash-Chips gleichzeitig anspricht.

Während herkömmliche Festplatten Daten bevorzugt zusammen an einer Stelle speichern, verfolgen SSD eine andere Strategie: Sie verstreuen bewusst die Daten über die Speicherzellen. Um eine niedrige Latenz beim Datenzugriff sicherzustellen, nutzen moderne SSDs bis zu zehn Speicherkontroller. Solche Modelle kosten momentan noch relativ viel Geld, derzeit um die zwei Euro pro GByte. Das prädestiniert sie also vor allem als Systemplatte. Dabei spielen sie ihre Stärken aus: hohe Schreib- und Lese-Raten bei kaum messbaren Zugriffszeiten. Hinzu kommt, dass SSD kaum Energiehunger verspüren und im Gegensatz zu traditionellen Festplatten lautlos arbeiten. Die kleineren Kapazitäten mit Größen von 60 bis 120 GByte reichen als Systemdisk aus; als Datengrab eignen sie sich hingegen nicht. Wieso sich das künftig vermutlich ändert, verrät der Kasten "Bauweise".

Bauweise

Die meisten NAND-Flash-Chips kamen bis vor kurzem im 34-Nanometer-Prozess aus den Fabriken. Das erlaubt 32 Gbit MLC-NAND (4 GByte) pro Die. Mit dem 25-Nanometer-Prozess, in dem die Hersteller die neuesten SSDs des 1. Quartals 2011 erzeugen, verdoppelt sich dieser Wert auf 64 Gbit (8 GByte) pro Die. Im Endeffekt führt das zu Preissenkungen, die jedoch aus mehreren Gründen nicht sofort eintreten: Einerseits sind Dies für den 25-Nanometer-Prozess teurer, auf der anderen Seite dauert es auch eine gewisse Zeit, bis der sogenannte Yield genauso gut ist wie beim alten Prozess.

Der Support für Solid State Drives durch Linux-Kernel und Dateisystemtreiber befindet sich derzeit in starkem Wandel. Viele Informationen im Netz veralten daher schnell. Handgriffe, die bei der ersten Generation von SSD nötig waren, fallen heute weg; ein Parameter, der bei aktuellen Kerneln Sinn ergibt, wirkt bei älteren Kernel eventuell kontraproduktiv.

SSDs fassen die Bits in Gruppen zu sogenannten Pages zusammen. Dahinter verbirgt sich die kleinste Einheit, mit denen die Hardware auf eine SSD schreibt oder von dieser liest. Die Größe einer Page beträgt heute fast immer 4 KByte. Pages organisiert der Datenträger wiederum in Blocks. Diese umfassen heute meist 128 Pages, also 512 KByte. Ein Block ist die kleinste Einheit, die Sie auf einem NAND-Flash-Device löschen können (Erase Block Size, EBS). Sobald Sie einen Block löschen, verschwinden also 128 Pages auf einmal vom Datenträger. Wer genauer wissen will, wie SSD intern arbeiten, der findet auf Anandtech einen ausgezeichneten Artikel [1] dazu.

Einstellungen

Wenn Sie eine SSD in Betrieb nehmen, lohnt es sich, vorab ins BIOS zu sehen: Stellen Sie dort sicher, dass Sie bei den SATA-Einstellungen den entsprechenden Port aktiviert haben und dieser Hotplug unterstützt. Als Modus wählen Sie AHCI. Falls es im BIOS eine Option write back caching gibt, aktivieren Sie diese ebenfalls.

Im nächsten Schritt widmen Sie sich der Festplatte: Das saubere Ausrichten der Partitionen gilt als Grundlage für eine optimale Performance ebenso wie für ein langes Leben der SSD. Orientieren Sie sich dabei an der EBS, und wählen Sie ein Vielfaches davon. Stimmt die Blockgröße nicht mit der EBS im Controller überein, erzeugen Sie eine Menge unnötiger Schreib-, Lese- und Lösch-Zyklen. Wer sich tiefer in die Materie des Ausrichtens von Partitionen einlesen will, dem sei der Grundlagenartikel [2] des Kernel-Programmierers Theodore Ts'o empfohlen.

Sofern möglich, verwenden Sie GUID Partition Table (GPT) zum Partitionieren. GPT gehört zum EFI-Standard, dem designierten Nachfolger für das BIOS in PCs (siehe Kasten "UEFI und GPT kurz erklärt"). Im Zusammenspiel mit einem aktuellem BIOS spricht nichts gegen den Einsatz mit Linux.

UEFI und GPT kurz erklärt

UEFI, das Unified Extensible Firmware Interface, gilt als designierter Nachfolger der herkömmlichen BIOS-Schnittstelle. Es besitzt Mausunterstützung und erweiterte grafische Möglichkeiten. Mit der GUID Partition Table führt es einen flexibleren Nachfolger für die auf dem Master Boot Record basierende Partitionstabelle ein. GPT ist notwendig, um von einer Festplatte mit mehr als 2 TByte Kapazität zu booten, beziehungsweise Partitionen mit mehr als 2 TByte anzulegen und zu verwalten.

Partitionieren mit GPT

Das Werkzeug zum Erstellen eines GPT heißt Gdisk. Es findet sich in den Repositories der meisten großen Distributionen. Unter Debian/Ubuntu nutzen Sie den folgenden Befehl zum Installieren des Programms:

apt-get install gdisk

Außer der Manpage existiert derzeit kaum Dokumentation zu Gdisk, zumindest nicht auf Deutsch. Einen guten Überblick über die Parameter vermittelt ein passendes Online-Tutorial [3].

Starten Sie Gdisk unter Angabe der Gerätedatei (Listing 1, Zeile 1), im Beispiel /dev/sdb. Jetzt erstellen Sie eine neue Partitionstabelle (Zeilen 6 bis 8) und legen über [N] die Partition an (Zeile 11). Die Frage nach der Nummer bestätigen Sie mit [Eingabe]. In Zeile 13 tragen Sie den Startsektor ein; mit 2048 sind Sie hier auf der sicheren Seite.

Bei der neuesten Version, Gdisk 0.6.14, brauchen Sie den Startsektor nicht mehr anzugeben: Sie setzt den Startsektor automatisch auf 2048. Diese Gdisk-Version erlaubt es außerdem, über den Expertenmodus ([X]) den Startsektor manuell festzulegen. Anschließend bestätigen Sie über [Eingabe] den Typ der Partition (Zeile 16).

Das Ergebnis sehen Sie über [P], mit [W] schreiben Sie die Informationen auf die Platte und verlassen die kleine Applikation. Anschließend formatieren Sie die SSD mit dem Dateisystem Ext4 (Zeile 33). Falls gewünscht, legen Sie analog weitere Partitionen an.

Listing 1

$ sudo gdisk /dev/sdb
Partition table scan:
  MBR: not present
  GPT: not present
Creating new GPT entries.
Command (? for help): o
This option deletes all partitions and creates a new protective MBR.
Proceed? (Y/N): y
Command (? for help): n
Partition number (1-128, default 1): [Eingabe]
First sector (34-125045424, default = 34) nor {+-}size{KMGTP}: 2048
Last sector (2048-1250405424, default = 125045424) or {+-}size{KMGTP}: +120G
Current type is 'Linux/Windows data'
Hex code or GUID (L to show codes, Enter = 0700): [Eingabe]
Changed type of partition to 'Linux/Windows data'
Command (? for help): p
Disk /dev/sdb: 1250405424 sectors, 120 GiB
Logical sector size: 512 bytes
Disk identifier (GUID): A89B4292-8ED7-40CB-BD45-58A160E090EE
First usable sector is 512, last usable sector is 1250405390
Partitions will be aligned on 512-sector boundaries
Total free space is 2014 sectors (1007.0 KiB)
Number  Start (sector)    End (sector)  Size       Code  Name
   1            2048       200973567   120.0 GiB   0700  Linux/Windows data
Command (? for help): w
Do you want to proceed, possibly destroying your data? (Y/N): y
OK; writing new GUID partition table (GPT)
$ sudo mkfs.ext4 /dev/sdb1

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