Что позволяет использовать флэш-память для ОС на компьютерах, таких как планшеты?

С тех пор, как были изобретены флешки (флешки), люди задавались вопросом, смогут ли они запустить на них свою ОС. Ответ был «нет», потому что количество операций записи, требуемых ОС, быстро изнашивало бы флешку.

Поскольку SSD стали популярными, технологии выравнивания износа были улучшены, чтобы позволить операционным системам работать на них.

Различные планшеты, нетбуки и другие тонкие компьютеры используют флэш-память вместо жесткого диска или SSD, и ОС хранится на нем. Как это вдруг стало практичным? Например, они обычно внедряют технологии выравнивания износа?

«Ответ был« нет », потому что количество операций записи, требуемых ОС, быстро изнашивало бы флешку».

TLDR: они наконец стали экономически эффективными для массового использования.

Эта одежда - единственное беспокойство, это немного предположение. Существовали системы, использующие твердотельную память в течение значительного периода времени - многие люди, которые создавали автомобильные пускатели, загружали карты CF (которые были электрически совместимы с PATA - и тривиальными для установки вместо жесткого диска PATA), а также промышленные ПК имел небольшой, прочный, флэш-накопитель. Тем не менее, было не так много вариантов для среднего человека. Вы можете купить дорогую CF-карту и адаптер для ноутбука или найти крошечный, очень дорогой промышленный диск на модульном модуле для настольного компьютера. Они были не очень большими по сравнению с современными жесткими дисками (я думаю, что современные IDE DOM достигают максимума в 8 или 16 ГБ). Уверен, что вы могли бы настроить твердотельные системные диски до того, как «стандартные» твердотельные накопители стали распространенными

Насколько я знаю, на самом деле не было каких-либо универсальных / магических улучшений в выравнивании износа. Там были постепенные улучшения (в то время как мы перешли от дорогих SLC к MLC, TLC и даже QLC, и к меньшим размерам процессов, все из которых дешевле, при некотором повышенном риске износа). Flash стал намного дешевле.

Было также несколько альтернатив, у которых не было проблем с износом - например, запуск всей системы из ПЗУ (которое, возможно, является твердотельным хранилищем), оперативной памяти с батарейным питанием, которую использовали многие ранние твердотельные накопители и портативные устройства, такие как Palm Pilot. Ни один из них не распространен сегодня. Жесткие диски качались по сравнению, скажем, с бараном на батарейках (слишком дорого), ранними твердотельными устройствами (несколько дорогими) или крестьянами с флагами (никогда не завоевывали популярность, ужасная плотность данных) Даже современная флэш-память является потомком быстро стираемых EEPROM ), и EEPROM использовались в электронных устройствах для хранения вещей, таких как прошивки на века.

Жесткие диски просто находились на хорошем пересечении большого объема (что важно!), Низкой (иш) стоимости и относительно достаточного объема памяти.

Причина, по которой вы обнаруживаете emmcs в современных низкоуровневых ПК, заключается в том, что компоненты являются относительно дешевыми, достаточно большими (для настольных ОС) по такой цене и имеют общую функциональность с компонентами мобильных телефонов, поэтому производятся оптом со стандартным интерфейсом. Они также дают большую плотность хранения для их объема. Учитывая , что многие из этих машин имеют ничтожные 32 или 64gb диск, на одном уровне с жесткими дисками от большей части десять лет назад, они разумный вариант в этой роли.

Мы наконец достигли точки, когда вы можете хранить разумное количество памяти по доступной цене и с разумной скоростью на emmcs и flash, именно поэтому люди идут на них.

Все устройства флэш-памяти, от планшетов до телефонов, умных часов, SSD и даже SD-карт в камерах и USB-накопителях, используют технологию NVRAM. Разница заключается в архитектуре NVRAM и в том, как операционная система монтирует файловую систему на любом носителе.

Для планшетов и телефонов Android технология NVRAM основана на eMMC. Данные, которые я могу найти по этой технологии, предлагают от 3 до 10 тысяч циклов записи. К сожалению, ничто из того, что я нашел до сих пор, не является окончательным, поскольку в Википедии нет информации о циклах записи этой технологии. Все остальные места, на которые я смотрел, оказались различными форумами, поэтому вряд ли я бы назвал их надежным источником.

Для сравнения, в других технологиях NVRAM, таких как твердотельные накопители, в которых используются технологии NAND или NOR, циклы записи составляют от 10 до 30 КБ.

Теперь, что касается выбора ОС для монтирования файловой системы ... Я не могу говорить о том, как Apple это делает, но для Android чип разделен, как на жестком диске. У вас есть раздел ОС и раздел данных, а также несколько других проприетарных разделов в зависимости от производителя устройства. Настоящий корневой раздел находится внутри загрузчика, который упакован в сжатый файл (jffs2, cramfs и т. Д.) Вместе с ядром, поэтому, когда завершается загрузка устройства на первом этапе (обычно это экран с логотипом производителя), загружается ядро. и корневой раздел одновременно монтируется как RAM-диск.

Когда ОС загружается, она монтирует файловую систему основного раздела (/ system, которая на устройствах с Android до 4.0 и jffs2 - до Android 4.0 и ext2 / 3/4 на устройствах с Android 4.0 и xfs на последних устройствах) только для чтения, так что нет данные могут быть записаны в него. Это, конечно, можно обойти путем так называемого «рутирования» вашего устройства, которое дает вам доступ как суперпользователь и позволяет перемонтировать раздел как чтение / запись. Ваши «пользовательские» данные записываются в другой раздел на чипе (/ data, что соответствует тому же соглашению, что и выше, в зависимости от версии Android).

Поскольку все больше и больше телефонов отказываются от гнезда для sdcard, вы можете подумать, что быстрее достигнете предела записи, потому что все ваши данные теперь сохраняются в хранилище eMMC вместо sdcard. К счастью, большинство файловых систем обнаруживают сбой записи в заданную область памяти. Если запись не удалась, тогда данные молча сохраняются в новую область хранилища, и поврежденная область (известная как поврежденный блок) оцепляется драйвером файловой системы, так что данные больше не будут записываться туда в будущем. Если при чтении происходит сбой, данные помечаются как поврежденные, и либо пользователю предлагается выполнить проверку файловой системы или проверить диск, либо устройство автоматически проверяет файловую систему во время следующей загрузки.

На самом деле, у Google есть патент на автоматическое обнаружение и обработку плохих блоков.

https://www.google.com/patents/US7690031

Чтобы ближе к делу, ваш вопрос "как это вдруг стало практичным?" это не тот вопрос, который нужно задавать. Скорее, это никогда не было непрактично, во-первых. Настоятельно не рекомендуется устанавливать ОС (Windows) на SSD (предположительно) из-за количества операций записи, которые ОС выполняет на диск.

Например, реестр получает буквально сотни операций чтения и записи в секунду, что можно увидеть с помощью инструмента Microsoft / SysInternals Regmon ( https://technet.microsoft.com/en-us/sysinternals/regmon.aspx ).

Не рекомендуется устанавливать ОС (Windows) на SSD-дисках первого поколения, поскольку при недостаточном выравнивании износа данные, записываемые в реестр каждую секунду, вероятно, в конечном итоге попадают к ранним пользователям и приводят к невозможности загрузки систем из-за повреждения реестра.

На планшетах и ​​телефонах и почти на любом другом встроенном устройстве нет реестра (разумеется, устройства с Windows Embedded являются исключениями), и поэтому нет необходимости беспокоиться о том, что данные постоянно записываются на одни и те же части флэш-носителя.

Для устройств Windows Embedded, таких как многие киоски (в том числе киоски самообслуживания Walmart и Kroger), в общественных местах - вы знаете, там, где вы можете время от времени видеть случайный BSOD - не так уж много конфигурации, которая может быть сделана, так как они предварительно разработаны с конфигурациями, которые предназначены никогда не изменяться. Изменения происходят только до того, как чип будет записан в большинстве случаев. Все, что необходимо сохранить (например, ваш платеж в продуктовый магазин), выполняется по сети в базе данных магазина на сервере.

Ваш вопрос основан на предположении, что ограничения записи во флэш-память без значительного выравнивания износа делают ее непригодной для основного хранилища любого вычислительного устройства. Существует целый ряд вычислительных устройств, включая планшеты, нетбуки, смартфоны и т. Д., Которые используют для этой цели флэш-память без выравнивания износа, обнаруженного в твердотельных накопителях.

Память жизни

Я не смог найти доказательств того, что в целом память, используемая в этих устройствах, имеет более длительный срок службы, чем флешки или SD-карты.

Несмотря на то, что используется флэш-память, есть некоторые отличия от того, что находится в стилусе или SD-карте. Эти компьютеры обычно используют eMMC, который содержит контроллер и флэш-память на одном кристалле, с архитектурой, отличной от SD-карты или флэш-накопителя. Одно из отличий контроллера eMMC заключается в том, что он эмулирует жесткий диск, поэтому компьютер видит его как загрузочное устройство. Это удобство дизайна.

Некоторые производители утверждают, что их контроллер eMMC лучше выравнивает износ и имеет более надежную коррекцию ошибок, чем то, что вы найдете на обычной SD-карте или флэш-накопителе. Смысл улучшенного ECC в том, что он может выдерживать большую деградацию и все еще работать, поэтому он имеет более длительный эффективный срок службы.

Поскольку все это является частной собственностью, трудно найти надежные данные для его поддержки. Даже если существуют высококлассные eMMC, которые работают дольше, это не обязательно то, что используется в большинстве этих устройств. Различная информация, которую я мог найти об ограничениях записи eMMC, кажется, помещает ее в тот же общий стандарт, что и карты SD и флеш-накопители.

Похоже, что в общем случае память с большим сроком службы не является основой для использования флэш-памяти в качестве основного хранилища на этих устройствах. Все не ошиблись насчет ограничений записи; использование может быть объяснено тем, что требования разные.

Отличия платформы

ПК и ноутбуки - это компьютеры общего назначения, которые люди ожидают использовать в течение длительного времени. Флэш-накопители и карты памяти не очень подходят для использования в качестве основного устройства хранения данных, учитывая типичное количество записываемых файлов и ожидаемый срок их службы. Это отражено в руководстве, которое вы описали в вопросе, и оно не изменилось (по крайней мере, для текущего поколения флэш-памяти).

Планшеты, нетбуки, смартфоны и тому подобное - другая ситуация. Те, которые используют флэш-память в качестве основного хранилища, являются устройствами ограниченного назначения. Задачи, для решения которых они предназначены, их минимальные аппаратные ресурсы, доступные для поддержки других целей, их базовый дизайн, а также их ОС и программное обеспечение, приводят к меньшему количеству записи по сравнению с ПК. Учитывая, что эти устройства используют флэш-память (в формате, который не подлежит замене), ограничения на запись учитывают то, что на них работает.

Они также имеют более короткую продолжительность жизни. Устройства, использующие флэш-память в качестве основного хранилища, недороги и предназначены для рынка, где люди часто обновляются. Устройства обеспечивают определенные функции и возможности в крошечном форм-факторе, и они работают столько, сколько они работают, в зависимости от компонентов, из которых они построены. Аккумулятор, вероятно, выйдет из строя до того, как флэш-память, или части могут сломаться. И есть постоянный маркетинг, чтобы убедить вас, что ваше устройство устарело и должно быть заменено последней моделью.

Есть история, которую Генри Форд посылал своим инженерам на склады в поисках компонентов мертвых автомобилей, которые все еще были хороши. Идея заключалась в том, что эти детали можно было бы сделать дешевле, потому что они не должны длиться так долго, как они. Эта логика относится к флэш-памяти в этих устройствах. Это только должно продлиться достаточно долго, это не должно долго переживать устройство.

Нижняя граница

Существуют рыночные ниши для дешевых, крошечных вычислительных устройств, которые не выполняют столько операций записи в первичное хранилище, сколько рассчитано на ПК, и которые не имеют таких же ожидаемых сроков службы. Память в форме eMMC дешевая, крошечная, загружаемая и достаточно хорошая для этого приложения.