RAM-накопитель
RAM -диск (также называемый RAM-диском ) — это блок оперативной памяти ( первичное хранилище или энергозависимая память ), который программное обеспечение компьютера обрабатывает так, как если бы эта память была диском ( вторичное хранилище ). ОЗУ-накопители обеспечивают высокопроизводительное временное хранилище для ресурсоемких задач и защищают энергонезависимые запоминающие устройства от износа, поскольку ОЗУ не подвержено износу при записи, в отличие от энергонезависимой флэш-памяти . В каком-то смысле они являются противоположностью виртуальной памяти : RAM-диск использует энергозависимую быструю память, как если бы это энергонезависимая медленная память. Виртуальная память является противоположностью.
Его иногда называют виртуальным ОЗУ или программным ОЗУ, чтобы отличить его от аппаратного ОЗУ, в котором используется отдельное оборудование, содержащее ОЗУ, которое представляет собой тип твердотельного накопителя с батарейным питанием .
на основе первичного хранилища Исторически устройства массовой памяти были задуманы для устранения разрыва в производительности между внутренней памятью и вторичными устройствами хранения. С появлением полупроводниковых устройств это преимущество утратило большую часть своей привлекательности. Однако твердотельные устройства изнашиваются из-за частой записи. Запись в первичную память не имеет такого эффекта или имеет гораздо меньший эффект. Таким образом, устройства оперативной памяти действительно дают преимущество для хранения часто меняющихся данных, таких как временная или кэшированная информация.
Производительность
[ редактировать ]Производительность RAM-накопителя обычно на несколько порядков выше, чем у других форм цифрового хранения данных, таких как SSD , ленточные , оптические , жесткие диски и флоппи- дисководы. [1] Такой прирост производительности обусловлен множеством факторов, включая время доступа, максимальную пропускную способность и файловой системы характеристики .
Время доступа к файлам значительно сокращается, поскольку RAM-накопитель является твердотельным (без движущихся частей). Физический жесткий диск, оптический (например, CD-ROM , DVD и Blu-ray ) или другой носитель (например, магнитный пузырь , акустическое хранилище , магнитная лента ) должен переместить информацию в определенное положение, прежде чем произойдет чтение или запись. ОЗУ-накопители могут получать доступ к данным только по адресу, что устраняет эту задержку .
Во-вторых, максимальная пропускная способность RAM-накопителя ограничена скоростью оперативной памяти, шины данных и процессора компьютера. дополнительно ограничены скоростью шины хранения данных Другие формы носителей информации, такие как IDE (PATA), SATA , USB или FireWire , . Это ограничение усугубляется скоростью фактической механики приводных двигателей, голов или глаз.
В-третьих, файловая система используемая , такая как NTFS , HFS , UFS , ext2 и т. д., использует дополнительный доступ, чтение и запись на диск, которые, хотя и небольшие, могут быстро накапливаться, особенно в случае большого количества небольших файлов по сравнению с . несколько файлов большего размера (временные интернет-папки, веб-кэши и т. д.).
Поскольку хранилище находится в оперативной памяти, оно является энергозависимой памятью , что означает, что оно будет потеряно в случае отключения питания, будь то преднамеренное (перезагрузка или выключение компьютера) или случайное (сбой питания или сбой системы). В целом это недостаток (во избежание потери данные необходимо периодически резервировать на постоянный носитель), но иногда желательно: например, при работе с расшифрованной копией зашифрованного файла или при использовании оперативной памяти. системы диск для хранения временных файлов .
Во многих случаях данные, хранящиеся на RAM-накопителе, создаются из данных, постоянно хранящихся в другом месте, для более быстрого доступа , и воссоздаются на RAM-накопителе при перезагрузке системы.
Помимо риска потери данных, основным ограничением RAM-накопителей является емкость, которая ограничена объемом установленной оперативной памяти. SSD-накопители емкостью несколько терабайт стали обычным явлением, но объем оперативной памяти по-прежнему измеряется гигабайтами.
ОЗУ-диски используют обычную системную память, как если бы это был раздел на физическом жестком диске, а не обращались к шине данных, обычно используемой для вторичного хранилища. Хотя RAM-накопители часто могут поддерживаться непосредственно в операционной системе с помощью специальных механизмов в ядре ОС , обычно проще получить доступ к RAM-накопителю через драйвер виртуального устройства . Это делает недисковую природу RAM-накопителей невидимой как для ОС, так и для приложений.
Обычно резервная батарея не требуется из-за временного характера информации, хранящейся на RAM-накопителе, но источник бесперебойного питания может поддерживать работу системы во время кратковременного отключения электроэнергии.
Некоторые RAM-накопители используют сжатую файловую систему, такую как cramfs, чтобы обеспечить доступ к сжатым данным на лету, без предварительного их распаковки. Это удобно, поскольку RAM-накопители часто имеют небольшие размеры из-за более высокой цены за байт, чем обычные жесткие диски.
История и особенности операционной системы
[ редактировать ]Первый программный ОЗУ для микрокомпьютеров был изобретен и написан Джерри Карлином в Великобритании в 1979/80 году. Программное обеспечение, известное как Silicon Disk System , в дальнейшем было развито в коммерческий продукт и продано компанией JK Systems Research, которая стала Microcosm Research Ltd, когда к компании присоединился Питер Чизрайт из Microcosm Ltd. Идея заключалась в том, чтобы позволить первым микрокомпьютерам использовать больше оперативной памяти, чем процессор мог напрямую адресовать. Заставить ОЗУ с переключением банков вести себя как диск было намного быстрее, чем дисководы. особенно до того, как на таких машинах стали доступны жесткие диски. Silicon Disk был выпущен в 1980 году сначала для операционной системы CP/M , а затем для MS-DOS .
со 128 КБ Atari 130XE (с DOS 2.5) и Commodore 128 изначально поддерживают RAM-накопители, как и ProDOS для Apple II . В системах с 128 КБ или более ОЗУ ProDOS автоматически создает RAM-диск с именем /БАРАН .
В августе 1984 года IBM (версию 3.0) RAM-накопитель с именем VDISK.SYS добавила в PC DOS , который стал первым компонентом DOS, использующим расширенную память . VDISK.SYS не был доступен в Microsoft от MS-DOS , поскольку он, в отличие от большинства компонентов ранних версий PC DOS, был написан IBM. Microsoft включила аналогичную программу RAMDRIVE.SYS в MS-DOS 3.2 (выпущенную в 1986 году), которая также могла использовать расширенную память . [2] Его выпуск был прекращен в Windows 7. DR-DOS и семейство многопользовательских операционных систем DR также поставлялись с RAM-диском под названием VDISK.SYS. В многопользовательской DOS RAM-диску по умолчанию присвоена буква M: (для накопителя памяти). AmigaOS имеет встроенный RAM-накопитель с момента выпуска версии 1.1 в 1985 году и до сих пор имеет его в AmigaOS 4.1 (2010). Apple Computer добавила эту функциональность в Apple Macintosh с помощью System 7 памятью панели управления в 1991 году и сохранила эту функцию на протяжении всей жизни Mac OS 9 . Пользователи Mac OS X могут использовать утилиты hdid , newfs (или newfs hfs ) и mount для создания, форматирования и монтирования RAM-накопителя.
Инновация RAM-накопителя, представленная в 1986 году, но ставшая общедоступной в 1987 году. [3] [4] Перри Киволовица для AmigaOS заключалась в способности RAM-накопителя выдерживать большинство сбоев и перезагрузок. Устройство, получившее название ASDG Recoverable Ram Disk, выдержало перезагрузку за счет динамического распределения памяти в порядке, обратном распределению памяти по умолчанию (функция, поддерживаемая базовой ОС), чтобы уменьшить фрагментацию памяти. «Суперблок» был записан с уникальной подписью, которая могла быть найдена в памяти после перезагрузки. Суперблок и все другие «блоки» диска RRD сохраняют контрольные суммы, чтобы сделать диск недействительным в случае обнаружения повреждения. Сначала ASDG RRD был привязан к платам памяти ASDG и использовался в качестве рекламного товара. Позже ASDG RRD стал доступен в виде условно-бесплатной программы с рекомендуемым пожертвованием в размере 10 долларов. Условно-бесплатная версия появилась на Fred Fish Disks 58. [5] и 241. [6] Сама AmigaOS получит восстанавливаемый Ram-диск (называемый «RAD») в версии 1.3. [7]
Многие Unix и Unix-подобные системы предоставляют ту или иную форму функциональности RAM-диска, например /dev/ram в Linux или md(4) [8] на FreeBSD . ОЗУ-накопители особенно полезны в высокопроизводительных приложениях с низким уровнем ресурсов, для которых иногда настраиваются Unix-подобные операционные системы. Существует также несколько специализированных «сверхлегких» дистрибутивов Linux, которые предназначены для загрузки со съемных носителей и хранятся на виртуальном диске в течение всего сеанса.
Выделенные аппаратные RAM-диски
[ редактировать ]Существуют RAM-накопители, в которых используется память DRAM, предназначенная исключительно для работы в качестве устройства хранения данных с чрезвычайно низкой задержкой. Эта память изолирована от процессора и недоступна напрямую, как обычная системная память. Некоторые из первых специализированных RAM-накопителей были выпущены в 1983–1985 годах. [9] [10]
Ранний пример аппаратного RAM-накопителя был представлен компанией Assimilation Process в 1986 году для Macintosh. Названный «Excalibur», это был внешний RAM-накопитель емкостью 2 МБ, который продавался по цене от 599 до 699 долларов США. Сообщается, что благодаря возможности расширения оперативной памяти с шагом 1 МБ его внутренняя батарея работала от 6 до 8 часов, и, что необычно для того времени, она подключалась через порт для гибких дисков Macintosh. [11] [12]
В 2002 году Cenatek выпустила Rocket Drive емкостью до 4 ГБ с четырьмя слотами DIMM для памяти PC133 и максимальным объемом до четырех гигабайт памяти . В то время обычные настольные компьютеры использовали от 64 до 128 мегабайт памяти PC100 или PC133. Модули PC133 емкостью один гигабайт (самые крупные из доступных на тот момент) стоят примерно 1300 долларов (что эквивалентно 2202 долларам в 2023 году). Полностью оборудованный Rocket Drive с четырьмя ГБ памяти стоил бы 5600 долларов (что эквивалентно 9486 долларам в 2023 году). [13]
В 2005 году компания Gigabyte Technology выпустила i-RAM объемом до 4 ГБ, который функционировал по сути идентично Rocket Drive, за исключением того, что был модернизирован для использования более новой технологии памяти DDR, хотя и ограничен максимальной емкостью 4 ГБ. [14]
Для обоих этих устройств динамическое ОЗУ требует постоянного питания для сохранения данных; при отключении питания данные исчезают. Для Rocket Drive был разъем для внешнего источника питания, отдельный от компьютера, а также возможность использования внешней батареи для сохранения данных во время сбоя питания. В комплект i-RAM входит небольшая батарейка прямо на плате расширения, обеспечивающая 10-16 часов защиты.
Оба устройства использовали интерфейс SATA 1.0 для передачи данных с выделенного RAM-накопителя в систему. Интерфейс SATA был медленным узким местом, которое ограничивало максимальную производительность обоих RAM-дисков, но эти диски по-прежнему обеспечивали исключительно низкую задержку доступа к данным и высокую устойчивую скорость передачи по сравнению с механическими жесткими дисками.
В 2006 году компания Gigabyte Technology выпустила GC-RAMDISK емкостью до 8 ГБ, который стал творением второго поколения i-RAM. Его максимальная емкость составляет 8 ГБ, что вдвое больше, чем у i-RAM. Он использовал порт SATA-II, что опять же вдвое больше, чем у i-RAM. Одним из его преимуществ является то, что его можно использовать в качестве загрузочного устройства. [15]
В 2007 году компания ACard Technology выпустила RAM-диск Serial ATA ANS-9010 емкостью до 64 ГБ. Цитата из технического отчета: ANS-9010 имеет восемь слотов DDR2 DIMM и поддерживает до 8 ГБ памяти на каждый слот. ANS-9010 также оснащен парой портов Serial ATA, что позволяет ему работать как один диск. или замаскироваться под пару дисков, которые можно легко разделить на еще более быстрый массив RAID 0». [16]
В 2009 году компания Acard Technology выпустила динамический SSD-диск ACARD ANS-9010BA 5,25 SATA-II RAM емкостью до 64 ГБ. Он использует один порт SATA-II.
Оба варианта оснащены одним или несколькими интерфейсами для карт CompactFlash, расположенными на передней панели, что позволяет копировать энергонезависимые данные, хранящиеся на RAM-накопителе, на карту CompactFlash в случае сбоя питания и низкого заряда резервной батареи. Две кнопки, расположенные на передней панели, позволяют пользователю вручную выполнять резервное копирование/восстановление данных на RAM-накопителе. Сама карта CompactFlash недоступна пользователю обычными способами, поскольку карта CF предназначена исключительно для резервного копирования и восстановления оперативной памяти. Емкость CF-карты должна соответствовать или превосходить общую емкость модуля RAM, чтобы эффективно работать в качестве надежного резервного копирования.
В 2009 году компания DDRdrive, LLC выпустила DDRDrive X1, который претендует на звание самого быстрого твердотельного накопителя в мире. Этот диск представляет собой основной выделенный накопитель RAM объемом 4 ГБ DDR для регулярного использования, который может выполнять резервное копирование и вызов с диска SLC NAND емкостью 4 ГБ. Предполагаемый рынок предназначен для хранения и записи файлов журналов . В случае сбоя питания данные можно сохранить на внутренний твердотельный накопитель емкостью 4 ГБ за 60 секунд с помощью резервного аккумулятора. После этого данные можно будет восстановить обратно в ОЗУ после восстановления питания. При потере питания хоста DDRdrive X1 выполняет резервное копирование энергозависимых данных во встроенное энергонезависимое хранилище. [17] [18]
См. также
[ редактировать ]- Кэш (вычисления) — область для хранения временных копий данных, записываемых или многократно считываемых с более медленного устройства.
- Список программного обеспечения RAM-накопителя
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Добрый, Тобиас. «Тестирование RAMDISK» (PDF) . Калифорнийский университет . Проверено 21 марта 2019 г.
- ^ Збиковски, Марк ; Аллен, Пол ; Балмер, Стив ; Борман, Рубен; Борман, Роб; Батлер, Джон; Кэрролл, Чак; Чемберлен, Марк; Челл, Дэвид; Коули, Майк; Кортни, Майк; Драйфус, Майк; Дункан, Рэйчел; Экхардт, Курт; Эванс, Эрик; Фермер, Рик; Гейтс, Билл ; Гири, Майкл; Гриффин, Боб; Хогарт, Дуг; Джонсон, Джеймс В.; Кермаани, Каамель; Король, Адриан; Кох, Рид; Ландовски, Джеймс; Ларсон, Крис; Леннон, Томас; Липки, Дэн; Макдональд, Марк ; МакКинни, Брюс; Мартин, Паскаль; Мазерс, Эстель; Мэтьюз, Боб; Мелин, Дэвид; Мергентайм, Чарльз; Невин, Рэнди; Ньюэлл, Дэн; Ньюэлл, Тани; Норрис, Дэвид; О'Лири, Майк; О'Рир, Боб ; Олссон, Майк; Остерман, Ларри; Остлинг, Ридж; Пай, Сунил; Патерсон, Тим ; Перес, Гэри; Питерс, Крис; Петцольд, Чарльз ; Поллок, Джон; Рейнольдс, Аарон ; Рубин, Дэррил; Райан, Ральф; Шульмейстерс, Карл; Шах, Раджен; Шоу, Барри; Коротко, Энтони; Сливка, Бен; Смирл, Джон; Стиллмейкер, Бетти; Стоддард, Джон; Тиллман, Деннис; Уиттен, Грег; Йонт, Натали; Зек, Стив (1988). «Технические консультанты». Энциклопедия MS-DOS: версии с 1.0 по 3.2 . Дункан, Рэй; Боствик, Стив; Бургойн, Кейт; Байерс, Роберт А.; Хоган, Том; Кайл, Джим; Летвин, Гордон ; Петцольд, Чарльз ; Рабиновиц, Чип; Томлин, Джим; Уилтон, Ричард; Вулвертон, Ван; Вонг, Уильям; Вудкок, Джоанн (Полностью переработанное издание). Редмонд, Вашингтон, США: Microsoft Press . стр. 907–909, 948–951. ISBN 1-55615-049-0 . LCCN 87-21452 . OCLC 16581341 . (xix+1570 страниц; 26 см) (Примечание. Это издание было опубликовано в 1988 году после обширной переработки отозванного первого издания 1986 года другой группой авторов. [1] Архивировано 14 октября 2018 г. в Wayback Machine )
- ^ Перри С. Киволовиц (26 января 1987 г.). «Накладные расходы и замечания по реализации ASDG RRD» . Группа новостей : comp.sys.amiga . Архивировано из оригинала 3 декабря 2013 года.
- ^ Перри С. Киволовиц (21 января 1987 г.). «Новости о восстанавливаемом Ram-диске ASDG» . Группа новостей : comp.sys.amiga . Архивировано из оригинала 22 января 2011 года . Проверено 23 сентября 2014 г.
- ^ «README для диска 58» .
- ^ «README для диска 241» .
- ^ «Ностальгия по Workbench: история графического пользовательского интерфейса (GUI) AmigaOS: выпуск 1.3» . Архивировано из оригинала 24 октября 2014 г. Проверено 30 сентября 2014 г.
- ^ – FreeBSD по интерфейсам ядра Руководство
- ^ Предприятие, IDG (15 августа 1983 г.). «Компьютерный мир» . IDG Enterprise – через Google Книги.
- ^ Inc, Зифф Дэвис (12 ноября 1985 г.). «ПК Маг» . Ziff Davis, Inc. – через Google Книги.
{{cite web}}:|last=имеет общее имя ( справка ) - ^ Грот, Нэнси (27 января 1986 г.). «Представлены товары, совместимые с Apple» . Инфомир . 8 (4):56 . Проверено 19 августа 2020 г.
- ^ «Что нового: Excalibur добавляет Mac скорости и памяти» (PDF) . Журнал Байт . 11 (5): 38 мая 1986 г. Проверено 19 августа 2020 г.
- ^ Майк Чин (13 ноября 2002 г.). «Взлетайте на ракетном приводе Сенатека» . Обзор бесшумного ПК . Архивировано из оригинала 3 февраля 2018 г. Проверено 3 февраля 2018 г.
- ^ Джефф Гасиор (25 января 2006 г.). «RAM-диск без суеты» . Технический отчет . Архивировано из оригинала 05 октября 2018 г. Проверено 05 октября 2018 г.
- ^ Джефф Гасиор (6 июня 2006 г.). «Gigabyte увеличивает скорость i-RAM» . Технический отчет . Архивировано из оригинала 05 октября 2018 г. Проверено 05 октября 2018 г.
- ^ Джефф Гасиор (20 января 2009 г.). «Твердотельный накопитель с другого ракурса» . Технический отчет . Архивировано из оригинала 05 октября 2018 г. Проверено 05 октября 2018 г.
- ^ «DDRdrive X1: новое определение твердотельного хранилища» . ООО «ДДРдрайв» . 2014. Архивировано из оригинала 17 августа 2018 г. Проверено 05 октября 2018 г.
- ^ Джефф Гасиор (4 марта 2009 г.). «DDRdrive сразу берется за дело» . Перспектива ПК . Архивировано из оригинала 05 октября 2018 г. Проверено 05 октября 2018 г.