蘋果Fusion Drive混合磁盤方案深度解析

用128KB的文件塊在HDD和SSD之間移動數(shù)據(jù)，蘋果可以在寫入SSD的時候進行部分碎片整理。盡管Fusion Drive 的所有寫入首選目的地都是SSD(可以包括小于128KB的文件塊，隨機和偽隨機寫入)，任何從HDD到SSD的遷移卻都是大塊順序寫入的，如果驅動器中有大量碎片，這就會觸發(fā)垃圾塊回收過程。SSD的性能肯定會隨著時間的推移降低，但是這個過程有助于保持它的性能，因為SSD幾乎一直都是在充滿的狀況下運行的，而且它會接收各種不相關的寫入。我前面提到過，我希望蘋果把更多的PM830 NAND空間預留為備用區(qū)。我懷疑蘋果沒有預留更大的備用區(qū)是出于成本方面的考慮。

應用體驗

在現(xiàn)實使用中，Fusion Drive能給我們帶來怎樣的體驗呢?簡單說來，它的效果出乎意料的好。我之前使用過的SSD緩存方案全部都更像是HDD而不是SSD，不過蘋果公司的Fusion Drive體驗則是幾乎處于HDD和SSD的正中間。

它在安裝幾乎所有程序時，都是先用SSD，因此Fusion Drive感覺真的像SSD。不僅是在安裝應用程序的時候，復制任何東西時，一般也是先去SSD。似乎到了4GB之后，它才開始用HDD。不過稍加努力，你可以讓Fusion Drive僅在1 到 2GB之后就開始寫入到HDD。我用Iometer創(chuàng)建了一個順序測試文件，監(jiān)測Fusion Drive什么時候停止將文件寫入到SSD，在這時停止這個進程，重新命名這個文件，并再次開始創(chuàng)建文件。結果如下圖：

可以看到，如果你的速度夠快，你可以在低于2GB的時候就讓HDD接管寫操作。我不知道這是不是SSD上的可用空間量，但很有可能就是這樣，因為顯示121GB的SSD又不充分使用它實在說不通。

在大多數(shù)時候，當你不那么積極地寫入SSD時，F(xiàn)usion Drive可以保持至少4GB的SSD可用空間。需要注意的是：當你第一次使用它時，F(xiàn)usion Drive大部分都是空的，你寫入的幾乎任何東西，無論大小，都會直接進入SSD。然而，當容量承受一定壓力時，蘋果就會改變方法：讓任何文件最多寫入4GB到SSD，其余部分則放到HDD上。

通過安裝蘋果的OS X開發(fā)者工具以及Xcode本身，我證實了這一點。后者接近于4GB大，但默認狀況下，它的很大部分都到了SSD上。

應用程序生成的數(shù)據(jù)也是如此。我用Xcode創(chuàng)建Adium，一個682MB的項目，整個編譯過程都發(fā)生在SSD ——機械硬盤一直都沒有活動。我試圖創(chuàng)建一個更大的項目，近2GB的Firefox。這時出現(xiàn)了短暫的HDD活動，但絕大多數(shù)活動都是在SSD上。

我復制了一個很大的視頻文件(>10GB)到這臺iMac上，現(xiàn)在我把它復制到一個新的位置上，并密切注意Fusion Drive的動向。最初的2GB是從SSD傳輸?shù)絊SD，接下來的2GB是從HDD讀取，寫入SSD。大約4GB被復制之后，源驅動器和目標驅動器都變成了HDD。在我看來，正確的做法應該是默認情況下把所有的大文件都放入HDD ，除非它們被頻繁訪問。蘋果的做法似乎是一個合理的妥協(xié)，但它把文件塊放入SSD的方式比我以為的更加積極。

我重復了這個測試，用另一個我從來沒有訪問過的視頻文件，得到的結果完全不同。整個文件都存在HDD 上。我又重復一次這個測試，用我訪問了好幾次的iPhoto圖庫，令我驚訝的是，這個iPhoto圖庫的大部分都在HDD上，但也有一些少許讀取來自SSD。但在這兩種情況下，復制的目標驅動器當然都是SSD。

我Anandtech文件夾的大小超過32GB，含有文字、照片、演示文稿、基準測試結果，以及我做過的幾乎所有評測。雖然這個文件夾非常重要，但它其中大部分都沒有經(jīng)常被訪問。我在復制這個文件夾時，發(fā)現(xiàn)幾乎全在HDD上。38GB的“我的文檔”文件夾也是如此，這個文件夾中的大部分也是未讀過的。

另一方面，應用程序幾乎總是放在SSD上。

之前我經(jīng)常手動把操作系統(tǒng)和應用程序放在SSD，大的媒體文件放在HDD上，F(xiàn)usion Drive把這個過程自動化了，而且效果還相當不錯。我手動整理資料和Fusion Drive自動化之間唯一的區(qū)別就是，我把“我的文檔”和Anandtech文件夾默認放在SSD。這樣做不只存在性能方面的考慮，也是為了可靠性，因為硬盤比SSD更容易出毛病。

Fusion Drive的性能

對Fusion Drive進行基準測試有點困難，因為它總是寫入到SSD。如果你不把Fusion Drive填滿，你寫入的大量數(shù)據(jù)可能全部會到SSD上。如果你確實填滿了它，但測試的數(shù)據(jù)集4GB，那你測量的仍然是SSD性能。

我想出了一個相對簡單的用例，可以涵蓋兩個驅動器?，F(xiàn)在我的Fusion Drive已經(jīng)填充了70%，這意味著SSD的容量快要到頂了(除了其4GB的緩沖)。我把含有703張照片的iPhoto圖庫導出為TIFF格式的照片。生成的文件相當大，當達到297張照片時，4GB的SSD寫入緩沖區(qū)已經(jīng)滿了，所有后續(xù)導出的照片都到了HDD 。我給這個過程計時，然后把它跟iMac上的一個HDD分區(qū)做對比，也跟通過USB 3.0連接的一個三星PM830 SSD對比。結果有點偏向于純HDD 配置，因為這個寫操作基本上是順序的：

上圖準確地總結了我的Fusion Drive 體驗：它差不多處于HDD 和SSD的正中間。在這個測試中，速度提升不是很大，但這主要是因為我們使用了相對低的隊列深度順序傳輸。對于比較隨機的工作負載，F(xiàn)usion Drive和HDD差距將拉大?？上У氖?，我無法找到好的應用程序用例來生成4GB +的偽隨機數(shù)據(jù)，使其可重復性高到可以進行基準比較的程度。

如果我一直對Fusion Drive進行非常大的順序寫操作(一個文件就高達260GB)，最后它會傻掉，不再遷移數(shù)據(jù)到SSD了，除非你重新啟動機器。我懷疑這個bug不是由正常的自動測試觸發(fā)的，但它確實提供了一個有趣的狀況，我可以利用它來開展測試。

啟動我頻繁使用的iMac預裝應用程序，它們仍在SSD上，但一些后來安裝的程序卻不是這樣。特別是Photoshop CS6，它部分在SSD上，部分在HDD上。對于工作負載太大，SSD無法單獨處理時的Fusion Drive 偽隨機讀取性能，這是一個很好的基準測試。我測試Photoshop在Fusion Drive上的啟動時間，跟在純HDD 分區(qū)上，以及通過USB 3.0連接的PM830上的情況相比較。比較結果再次反映了我的體驗：