Eee PC/SSDの高速化への挑戦!No9.中間レポート

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    プチフリ現象の解決方法

     実論とは細かいものだ。。。ただ、枝葉で全体が見えなくなる悪い傾向がある。
     今回はプチフリ現象とは何か、その解決方法を整理して説明する。
     独断と偏見で言うならば、プチフリは100%解消できる。
    現在のプチフリはやはり仕様の不整合(あえてミスとは言わない)が原因だと思う。

     そして、解決方法は少なくとも、、、ややこしい事に3つあると思う。

     まず、全体像に迫ろう。

    ■ 仮説・CPUパワー喰らい尽くし現象
    --> 類焼防御で、被害を最小にできる。
    ■ 事実・ガーベージコレクションによる機能停止現象
    --> ガーベージコレクションを発生しないようにすれば良い。
    ■ 事実・SSDの稼動効率低下現象
    --> SSDの稼動効率を上げれば、全体に底上げされ改善される。

     まず、一つづつ説明しよう。

    1.仮説・CPUパワー喰らい尽くし現象

     S101のCドライブでは0.6秒の瞬間停止現象がしばし発生する。これはSSD内部のガーベージコレクション(内部の作業メモリの整理作業)が原因だ。

     しかし、、、たかだか0.6秒ディスクのアクセスが停止したくらいで問題が起きる事が既におかしくはないだろうか。CPUが停止したわけでも、メモリがロックした訳でもない。。。

     プチフリの実態とは、次ぎのような物だったのではないだろうか。

    マルチタスクの正しい認識3 プチフリ時の状況
    [クリックで拡大]

     つまり、SSDでガーベージコレクションが発生した時に複数のプログラムがSSDのアクセス待ちになっている。結果、CPUパワーがSSD待ちに巻き込まれPCがフリーズする。

     停止したSSDにCPUパワーを割り振る必要はない。省けば良い。

     これがPFBで行ったアプローチの一つである。ディスクが0.6秒とまったところで、マウス処理、キーボード処理、メモリキャッシュがあるからどうということはないのではないだろうか。。。

    PFB CPU占有権の再スケジューリング化
    [クリックで拡大]

     要はこうすれば良い。
     SSDのアクセス待ちに割り振るCPUパワーの上限を事前に定めておく。これ以上のパワーは他に振れば良い。

     これで今あるプチフリは改善するのではないだろうか?
    SSDへの書き込みが停止したからと言って、現在、メモリで動いているプログラムまで停止する必要はない。。。SSDからの読み込みは0.6秒待って貰う必要はあるだろうが、、、プログラムの起動、ファイルの読取りなど1秒、2秒の遅延など当たり前という気がする。

    2.事実・ガーベージコレクションによる機能停止現象

     であればガーベージコレクションが起きないようにすれば良い。簡単な事だ。実は最初にPFBの開発動機がこれであった。PFB V0.1の段階で中断してした考えだ。今もPFBには、遅延を入れるとして試作の残滓が残っている。
    ※この機能は今後改良するがユーザは利用しないで欲しい。今の仕様だと効果がないからだ。

     SSDの構造をシンボリックに以前表した図を再度掲載する。
    このような構造である。



     だいたい、ミクロ観測上は32Kバイト単位でSSDが息継ぎをしているのが見えた事からこのような構造だろう。。。この図をさらに改良してみる。実はメモリバッファは親子で実はもう一つ大きな物があると考えることができるからだ。0.6秒も時間がかかるガーベージコレクションとは、大きなメモリバッファの整理だと言い換えできる。

    プチフリの抜本的な解決法
    [クリックで拡大]

     この図が一番判りやすいだろう。。。搬入用の小さなメモリバッファとは別にウェアレベリング用の大きなバッファがある。このバッファの内容はSSDのコントローラは暇を見つけてフラッシュメモリに書き込んでいる。

     だたし、JMF602はカップリングが完全ではないのだと思う。ライトデータの流入の方が多く、バッファのクリアが追いつかないという現象が出る。

     バッファが一杯になるとJMF602は、SSDのリードライトを全部停止してバッファのクリアを行う。これがガーベージコレクションだ。

     以上より、ウェアレベリング用のバッファが一杯にならないように書き込みを制限すれば良いということになる。

     プチフリの起きるSSDは、受け入れ速度が速すぎると言う事ではないだろうか。。。

    ■PFMより、リードライトがピークのときに、書き込みに約2.4msかかる。
    ■同じくPFMより、プチフリによるダメージ度はしばし40%発生する。

     ダメージは言葉が悪い。この40%はガーベージコレクションをしている時間だからだ。メモリバッファをクリアしている時間だと思って良い。

     以上より、PFMでは本来、2.4msかかる処理がその60%の約1.44msで表面上ライト処理が終わっているという説明が成り立たつと思われる。つまり、ウェアレベリングのメモリバッファに宿題を残して蓄積していると説明できる。

     ウェアレベリングのメモリバッファが自然に解消するようにライト処理の後に遅延時間を入れればガーベージコレクションは発生しない考える事ができる。

     つまり、ライト処理の後にPFMで言えば40%以上の遅延時間を追加して上げれば良い。そうすればドカンとSSDが止る事はない。

     解決策はシンプルである。
    ※実はWindowsの仕様でこれが案外厄介なのだが、ここでは触れない。(´・ω・`)

    3.事実・SSDの稼動効率低下現象

     これは、もう過去語りつくして来たので簡単に説明する。


    [クリックで拡大]

     問題となるSSDは、搬入搬出を同時にしていない。
    常にどちらか一方を行う。そしてこれの切り替え時間が非常に大きい。従い、リードとライトが混在するとオーバーヘッドが発生して遅くなる。

     単純にリードとライトを別けてまとめてあげるだけで2倍以上の高速化が可能である。

     これはPFBでの実験結果より事実として良いだろう。

            ***

     「PFB」は、「f2d」正規ユーザ用の支援ソフト「f2dユーティリティ」に現在編入している。「f2d」の正規ユーザであれば無料にて入手できるようになっている。

     また、「f2d」のユーザでなくともテスターとして協力してくださる方は連絡して欲しい。ラボでは提供したいと思っている。

    ■ 現在、具体的に発生しているプチフリの症状を教えて欲しい。
    ■ PFB導入後の症状の変化をレポートして欲しい。

    Windows 高速化 プチフリバスター
    --->
    Eee PC高速化・SDHCのHDD化 プチフリバスター製品紹介ページ
    ※f2dはバージョンアップしてプチフリバスターに統合されました。

    Eee PC SDHC HDD 化
    「f2d」のトップページ --> http://f2d.dnki.co.jp/


    「PeopleLock」の紹介サイト -->
    http://peoplelock.dnki.co.jp/

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