ガベージコレクション

概要

SSDは一般的なHDDと比較して、軽さ、スピード、衝撃耐性に優れたストレージであるものの、コストと耐久性が課題となっています。ガベージコレクションは製品寿命を延ばし、スピードの劣化を抑える方法として用いられています。

ガベージコレクションの仕組み

SSDの場合、コントローラがNANDフラッシュの空き容量にデータを書き込んで行きます。HDDと異なるのは、NANDフラッシュへの上書きを直接行うことができないため、最初に消去処理をする必要があります。(図1 & 2参照)

* フラッシュへの書き込みはページ単位、消去はブロック単位で行います。
  1. データa~iをBlock Aの9ページに書き込みます。書き込みが完了すると、Block Aの9ページがデータで埋まります。
  2. ページa~cのデータを削除すると、「読み出し不可」なページとして登録されます。ページに対して消去を行うことはできないため、これらのページにデータを書き込むことはできません。
  1. Block AとBlock Bには書き込みできないページ(グレー箇所)があります。
  2. ページa~hにある有効なデータをBlock Cに移動し。
  3. Block AとBlock Bに対して消去を行います。

有効なデータはBlock Cに移され、Block AとBlock Bは消去されます。これにより次回Block AやBlock Bに書き込みを行う際の処理効率が低下することを抑制しています。

ガベージコレクションの利点

初期のSSDでは空きスペースのないブロックを検出するとガベージコレクションが働いていため、パフォーマンスが低下する問題がありましたが、最近のSSDに使用されているコントローラは通常、読み出しや書き込みをしていない間にガベージコレクションを実行します。NANDフラッシュの空きスペースを計算し、Spare Blockをバッファ領域として管理しているので、通常ガベージコレクションがSSDのパフォーマンスに影響を与えることはありません。

また、TRIMを実行することで、システムの負荷を低減し、書き込み動作を円滑にします。(TRIMについてはこちらを参照)

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