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[中級][轉貼] SSD 固態硬碟掉速解救法:Secure Erase完全抹除

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發表於 2016-2-19 11:31:45 | 顯示全部樓層 |閱讀模式
本帖最後由 kinsir 於 2016-2-19 11:37 編輯

SSD 固態硬碟掉速強力解救法:Secure Erase 完全抹除

固態硬碟使用久了,特別是當儲存容量所剩無幾時,或多或少會出現掉速現象。這背後牽動快閃記憶體資料抹寫方式限制,還有基於固態硬碟硬體與韌體層面,包含 Trim、垃圾回收(Garbage Collection)等機制的運作成效。因此斟酌執行 Secure Erase 完全抹除,讓固態硬碟回復到出廠初始狀態,能夠顯著改善寫入掉速問題。
固態硬碟與硬碟有個共通點,就是資料寫入通常會優先選擇空白區域,這樣才能在最短時間內完成資料寫入動作,反應出來的即為寫入速度快、速率高。但是我們每天不斷在新增、刪除資料,會導致理想儲存空間數量驟減,進而衍生紀錄空間破碎不連續、資料散落四處等問題。
善用磁碟重組或完全抹除
由於這邊並非要探討硬碟與固態硬碟,其資料紀錄和刪除的運作模式,故不去加以細究其根本架構原理。基本上只需要有一個概念,那就是髒碟狀態必然影響存取速度,無論硬碟或固態硬碟都無法避免。真實影響層面和儲存結構相關,硬碟不只寫入速度會降低,亦會牽連到讀取速度,而固態硬碟是以寫入速度為主。
大家都知道硬碟偶爾要做磁碟重組,用意是讓資料以檔名之類規則,搬移集中到連續區塊位置(得視磁碟重組軟體的功能而定)。這能避免磁頭旋臂疲於奔命,在碟片那為數眾多區塊找尋系統所要存取的資料,時間延遲縮短的效益即為速度提高。那麼固態硬碟呢?倒是不需要也不建議執行磁碟重組,除了藉由廠商提供的工具軟體執行最佳化作業外,髒碟的最佳解決方案是執行 Secure Erase(安全抹除)。

▲ 以硬碟為例,假設有筆需占用 25 個區塊的資料要寫入,預設理想狀況是會尋找符合數量要求的連續區塊寫入。但是在髒碟情況下,可能無法找到這樣的空間,因此得會縫插針完成寫入動作。基於其機械結構與碟片規劃方式,不連續、中斷的結果,會導致寫入與讀取速度降低。

固態硬碟掉速現象實證
前些年,不少人相當在意快閃記憶體製程進步,所衍生的理論抹寫次數(Program/Erase Cycles)降低問題。坦白說,幾年時間過去了,似乎也沒有什麼人真的遇上,固態硬碟故障是顆粒壽終正寢所導致。擺在眼前的現實,反而是寫入速度驟降這問題,比較困惑追求速度的使用者。
當前最經常被抱怨的產品,多為採用 LSI SandForce 控制器設計方案,其他廠牌控制器也難以避免這類問題,只不過是速度降低情況輕重差異而已。無論如何,當廠商的最佳化工具效果有限時,最乾脆的做法就是固定每隔一段時間執行 Secure Erase。
Secure Erase 會抹除所有可用空間,拯救速度的代價是增加 1 次寫入損耗,通常只有被遮蔽的 OP(Over-Provisioning,預留空間)區域會排除在外。因此得視個人使用負載、降速情況,好比以半年、1 年等時間間隔,斟酌執行完全抹除動作。
以下拿 Kingston HyperX 3K 240GB 當範例組,稍早前已經進行完一輪完整效能測試,包含填滿所有空間的 IOMETER。首先在 Windows 將 IOMETER 所產生的測試檔案刪除,並隨即寫入各式大小檔案至大約 8 分滿,然後再次執行幾個重點效能測試項目。
用意是藉由這現成髒碟狀態,加以模擬可用容量趨近飽和的情境,來觀察掉速現象與 Secure Erase 執行成效。看了以下試驗結果應該是不用多說什麼,很簡單就能看出寫入速度確實受到影響,甚至連讀取部分也有些不利的變化。

▲ 髒碟狀態下讀取曲線亦受到些許影響。


▲ Secure Erase 執行後存取線條平整不少。


▲ 圖左髒碟狀態、圖右 Secure Erase 執行後,16MB寫入、4K-Thrd讀寫、寫入子分數、總得分差距顯著。


▲ 圖左髒碟狀態、圖右 Secure Erase 執行後,最大落差是 Seq、512K、4K QD32 的寫入部分。

Secure Erase 前置作業
Intel、Plextor 等廠商大心提供的專屬工具軟體,多為在 Windows 等系統下執行,意味你不能拿想要抹除的固態硬碟,裝著作業系統開機執行啟動該 Secure Erase 作業。標準做法是得拆電腦拔固態硬碟,拿到其他電腦上去執行,或者利用電腦中其他硬碟暫存作業系統並且開機之。
如果嫌這工程浩大,或者固態硬碟廠商並未提供工具軟體,可以改用 Parted Magic 來進行。相較於其他以 DOS 類系統為基礎的軟體,由於是採用 Linux 類作業系統為基底,硬體支援度好上許多。筆者在 Intel Z87 晶片組平台上試驗,即便磁碟控制器設定為 RAID 或 AHCI 模式也都可以正常執行。此外更支援 USB 裝置即插即用功能,也就是拿 USB 轉 SATA 線使用亦可,或是利用來抹除外接固態硬碟等裝置。
Parted Magic 官網:http://partedmagic.com
ISO 轉 USB 開機碟工具軟體 UNetbootin:http://unetbootin.sourceforge.net
你也可以 Google 搜尋其他下載連結,將下載來的 ISO 檔案燒錄成光碟片,或者搭配第三方工具軟體 UNetbootin 寫入到 USB 隨身碟。

▲ UNetbootin 啟動後點選「...」指出 ISO 檔案路徑,之後確認目標隨身碟的磁碟代號,再按「確定」進行製作。


▲ 寫入完成後即可重開機,記得在 BIOS 啟動選單指定以 USB 隨身碟開機。

Parted Magic 內建功能相當多,這邊就不一一介紹之,以下將只著重在 Secure Erase 部分。其操作方式相當簡單,但是透過其 Erase Disk 執行 Secure Erase 之前,有幾個簡單步驟得留意到,免得之後陷入反覆執行操作動作的迴圈。
Step 1

▲ 開機啟動首個跳出來的畫面,隨意選擇 1(32bit)或 2(64bit)皆可,以進行實體啟動作業。

Step 2

▲ 執行 Parted Magic 前,無須先行清空固態硬碟的分割區與資料。開機進入桌面後,先在空白桌面按滑鼠右鍵,依「Devices」、指向要抹除的裝置、「Unmount」順序點選操作。(剛進入桌面時不用理會時區設定等視窗)


▲ 上個步驟是因為 Parted Magic 如同一般作業系統,開機後會自動載入所有偵測到的磁碟與其分割區,如果沒有先將目標磁碟卸載,後續執行動作將出現這畫面,全部重新來過也無解!

Erase Disk 操作步驟
搞定前置作業後,就可以開始準備將固態硬碟抹除。對了,如果你不習慣 Linux 系統的硬碟名稱顯示規則,看容量應該是相當容易辨識出目標。
Step 3

▲ 前面步驟完工後,轉移目光看到桌面左上角的捷徑,點選啟動「Erase Disk」。

Step 4

▲ 接著點選最下方的「Internal Secure Erase commad writes zeros to entire data area」。

Step 5

▲ 勾選目標磁碟再按下面的「OK」,一次可以勾選多個儲存裝置。

Step 6

▲ 抹除方式是基於 ATA 指令控制運作,得先點選「Sleep」進入睡眠模式,以解開固態硬碟的保護模式(Secure Freeze Lock)。(使用 USB 等外接傳輸介面,不會出現這步驟要求,直接跳轉 Step 7)

Step 7

▲ 重新開機後倒退嚕回第 3 個步驟,依序再次執行所動作就會來到這畫面,維持預設 NULL 參數值,點選下方「OK」進入到下個步驟。

Step 8

▲ 接下來會看到這類 ATA Secure Erase 警告視窗,確定沒有選錯目標就大力按下「Yes」。(運作是基於 ANSI 標準,透過 ATA Secure Erase 或 ATA Enhanced Secure Erase 指令進行,警告訊息內容、出現次數可能因裝置而異)

Step 9

▲ 最終結果如這畫面,短短數秒之內即可完成 Secure Erase 作業,並不用等上數分鐘之久。將之關閉並點擊桌面最左下角類似 Windows 開始作用的圖示,選擇「Logout」底下重開機項目即大功告成。


▲ 以 Windows 為例,成功執行完 Secure Erase 作業,固態硬碟會回復到出廠初始狀態,也就是得進行初始化磁碟、建立分割分割區、格式化分割區等動作,一切完美落幕。

以上,能夠執行 Secure Erase 的軟體並非只有 Parted Magic,筆者是認為其前置作業與操作使用相當順手,故而推薦給大家參考。切記完全抹除動作不可矯枉過正,過度頻繁執行並非好事,特別是保固過期的固態硬碟更要多加斟酌使用時機。
此外,當可用空間接近飽和時(約為 80%,掉速情況視控制器與韌體調校而定),Secure Erase 也並非萬靈丹。理想解決之道,不外乎是換購更大容量的機種,省得降速問題老是在短時間又浮上檯面。


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