为什么在HDD / SSD基准测试中4k读取比写入慢？

有几种基准测试工具可用来测试PC驱动器的速度。

这是SATA SSD的基准示例：

• 顺序读取：718.498 MB / s
• 顺序写入：777.414 MB / s
• 随机读取512KB：160.541 MB / s
• 随机写入512KB：838.930 MB / s
• 随机读取 4KB（QD = 1）：26.985 MB / s [6588.1 IOPS]
• 随机写入 4KB（QD = 1）：135.603 MB / s [33106.2 IOPS]
• 随机读取4KB（QD = 32）：177.003 MB / s [43213.6 IOPS]
• 随机写入4KB（QD = 32）：178.397 MB / s [43554.0 IOPS]

m.2 SSD：

• 顺序读取（Q = 32，T = 1）：829.119 MB / s
• 顺序写入（Q = 32，T = 1）：677.645 MB / s
• 随机读取4KiB（Q = 32，T = 1）：744.328 MB / s [181720.7 IOPS]
• 随机写入4KiB（Q = 32，T = 1）：144.876 MB / s [35370.1 IOPS]
• 顺序读取（T = 1）：785.600 MB / s
• 顺序写入（T = 1）：789.973 MB / s
• 随机读取4KiB（Q = 1，T = 1）： 56.585 MB / s [13814.7 IOPS]
• 随机写入4KiB（Q = 1，T = 1）： 170.449 MB / s [41613.5 IOPS]

硬盘：

• 顺序读取：114.988 MB / s
• 顺序写入：111.043 MB / s
• 随机读取512KB：39.260 MB / s
• 随机写入512KB：57.409 MB / s
• 随机读取4KB（QD = 1）：0.546 MB / s [133.4 IOPS]
• 随机写入4KB（QD = 1）：0.757 MB / s [184.9 IOPS]
• 随机读取4KB（QD = 32）：1.582 MB / s [386.3 IOPS]
• 随机写入4KB（QD = 32）：0.700 MB / s [171.0 IOPS]

在每种情况下，“随机读取4KB Q1”都比写入慢，并且在大多数情况下，“ QD32”则相反。

在某些论坛上，人们说这是SSD芯片结构的局限性，但是像往常一样，硬盘驱动器表现出相同的行为，这似乎是另一个原因吗？

TL; DR：这是因为SSD对您说谎，并且说写操作要先完成。读同样的东西是不可能的。

答案的较长版本是写缓存。

让我们从QD1案例开始。SSD接收到数据并将其保存到驱动器本地的缓存后，但实际上尚未将其写入NAND之前，将向OS报告写入已完成。这有很大的不同，因为将数据实际写入NAND的速度相当慢。对于读取，它实际上必须先从NAND读取数据，然后才能将其发送回（除非它已较早读取并且仍将其保存在缓存中，但这对于随机读取来说是非常不可能的）。

不利的一面是，在突然断电的情况下，写入SSD的数据可能会丢失数据，但尚未写入NAND。一些企业级固态硬盘包括一个超级电容器，该超级电容器可以存储足够的功率，以防突然断电，从而将高速缓存中的数据写入NAND。

对于硬盘驱动器，您会看到相同的事情，因为它们也在进行写缓存。他们只是没有那么积极。为什么SSD如此激进？要回答这个问题，我们需要考虑QD32的情况，这种情况既复杂又有趣。

您所说的是，在QD32上，随机读取通常比随机写入更快，这是不对的。这很大程度上取决于您要查看哪些特定的SSD。

如果您在许多SATA SSD上查看4k QD1随机读取，它们似乎都以20-30 MB / s的速度运行。这是为什么？这是因为4k QD1随机读取主要是关于延迟而不是吞吐量。延迟来自三个部分：

1. SATA / AHCI的接口等待时间包括告诉驱动器做什么和发送数据。
2. 控制器本身必须弄清楚如何处理接收到的数据和指令。
3. 实际将数据读取或写入NAND芯片所需的时间。

1.或3.在很长时间内都没有太大变化，这就是为什么1k QD1随机读取也没有太大变化的原因。

SSD从SATA / AHCI到PCIe / NVMe的最近转移大大降低了1.的延迟，这就是为什么某些m.2和PCIe SSD最近在这里显示出显着改进的原因。

SSD控制器可以极大地帮助延迟的一件事是并行读取或写入多个NAND芯片，从而掩盖了大多数3的延迟。如果使用NCQ进行QD32 4k随机读取，则SSD可以为读取提供服务请求顺序混乱，并确保它正在并行读取尽可能多的NAND芯片。

对于QD32 4k随机写入，SSD执行称为写入合并的操作。当有大量较小的写入请求进入SSD控制器时，它们会在本地缓存它们，并且在建立足够大的写入缓冲区后，控制器会将其分割成大小合适的块，然后将这些块并行写入多个NAND裸片，以再次帮助屏蔽NAND延迟。写入合并的另一个优点是，当今大多数SSD的页面大小（可读取或写入的最小数量）都大于4k，并且合并写入直到达到页面大小为止有助于避免大量写入放大。正是为了做这些事情，SSD在写缓存方面如此积极。