SSD-Optimierung unter Windows

Dass Flash-Speicher sowohl Schnelligkeit als auch Robustheit zu ihren positiven Eigenschaften zählen, ist längst klar. Bedauerlicherweise können falsche Windows-Settings diese Vorteile schnell zunichte machen und im Extremfall die SSD sogar lynchen. Wir zeigen, wie Ihr Speicher eine längere Lebensdauer erhält.

Normalerweise hieß es immer: Schneller Prozesser = schneller Computer. Das trifft nur noch ansatzweise zu – zwar bringen neue CPUs mit mehreren Prozessorkernen extrem viel Leistung mit, aber die herkömmliche (mechanische) Festplatte wird, hinsichtlich der Performance, schnell zum Flaschenhals des ganzen Systems. Daher heißt es heute: Schnelle Festplatte = schneller Computer. Trotz relativ hoher Preise macht diese einfach Gleichung den Griff zur SSD nahezu unausweichlich. Neben sensationellen Zugriffszeiten und den vielfach genannten weiteren Vorteilen wäre damit doch alles bestens, oder doch nicht? Jein, muss man wohl antworten. Die Feinabstimmung auf das jeweilige Betriebssystem ist vonnöten – wobei Windows 7 hier kein Problem darstellt. Ältere Windows-Versionen wie XP oder Vista, die natürlich auch noch im Umlauf sind, bedürfen einiges an Änderungen – beide Systeme behandeln die SSD wie eine herkömmliche HDD, was die Leistung schon mal enorm bremst. Nachfolgend soll erklärt werden, wie man dieses Problem umschiffen kann – aber zunächst eine kurze Einführung in die allgemeine Problematik – warum hat Windows überhaupt solche Probleme mit Flash-Zellen?

Die kleinste Einheit auf einer SSD ist eine Zelle, in der eine elektrische Ladung gespeichert wird. Von diesen gibt es zwei Typen: Single Level Cells (SLC) und Multi Level Cells (MLC). SLCs können zwei verschiedene Ladungen enthalten, die binär repräsentiert werden – also mittels 0 oder 1, was einem Bit entspricht. MLCs stellen zwei Bits dar, weil Sie vier verschiedene Ladungen aufnehmen – es kann darüber hinaus die doppelte Menge an Daten auf dem gleichen Platz gespeichert werden.

Vergleich SLC-MLC

Doch das hat nicht nur Vorteile. Verglichen mit einer SLC dauert dafür das Beschreiben einer MLC um etwas das dreifache länger an. Außerdem verkürzt sich die Lebensdauer der Flash-Zelle enorm. Eine SLC erreicht etwa 100.000 Schreibzyklen, wobei eine MLC lediglich ein Zehntel aufweisen kann. Klingt immer noch viel, aber bei 10.000 Zyklen wäre die SSD nach einige Monaten im Eimer, da Windows extrem viele Schreibvorgänge automatisiert durchführt. Um eine Gleichverteilung der Beschreibung der SSD-Zellen zu erreichen, sorgt der Controller mittels „Wear Leveling“ – dies erhöht die Lebensdauer schlagartig um mehrere Jahre. Problem: Löscht  man Daten, so altert die SSD automatisch. Eine Speicherzelle hält lediglich eine begrenzte Zahl an Löschvorgängen aus, denn jedes Mal, wenn der Controller eine schon benutze Zelle beschreiben möchte, muss sie vorher gelöscht werden. SSDs sind also nicht in der Lage, Daten direkt zu überschreiben, wie dies bei HDDs der Fall ist.

Wear Leveling: Gleichmäßiges Nutzen von Flash-Zellen

Um die angesprochene Gleichverteilung der Speicherzellen zu erreichen, bedient sich der Controller zweier Tabellen. Die Dateitabelle enthält dabei die Umrechung der logischen Speicherorte in die physischen. Dazu kommt eine Löschtabelle, welche für jeden Block einzeln angibt, wie oft er bisher überschrieben wurde. Wenn also nun eine bestimmte Datei auf der SSD abgelegt werden soll, muss der Controller in der Löschtabelle nach den am wenigsten genutzten Blöcken suchen. Das allein ist nicht alles. Installiert man unter Windows eine Standard-Anwendung wie Photoshop, bleiben die Programm-Dateien immer auf denselben Blöcken. Jedoch diejenigen Blöcke, unter denen Sie Ihre Bilder abspeichern, werden regelmäßiger im Einsatz sein und somit schneller altern. Nach einiger Zeit tauscht der Controller die Inhalte der weniger benutzten Blöcke mit denen der häufig verwendeten aus. Ohne die Verwendung beider Methoden wird die SSD ungleichmäßig altern. Wear Leveling setzt also voraus, dass der SSD-Controller die Daten selbst organisiert. Das Betriebssystem an sich hat nämlich im Gegensatz zu magnetischen Festplatten bei einer SSD nicht unter Kontrolle, wo genau die Daten (physisch) liegen.

Die Systembremse

Wie bereits erwähnt, kann eine SSD also neue Daten nur in diejenigen Flash-Zellen schreiben, deren Inhalt zuvor gelöscht wurde. Direktes Überschreiben funktioniert nicht. Um dies Vorgänge besser nachvollziehen zu können, muss zunächst die Organisationsstruktur der SSD beleuchtet werden. Innerhalb der Flash-Zellen werden einzelne Bits zu Pages zusammengefasst – ja nach SSD macht das 2 bis 4 KByte aus. Pages sind Teile von Blöcken, welche zwischen 128 und 512 KByte groß sind. SSDs können einzelne (kleine) Pages zwar beschreiben, aber gelöscht werden können nur gesamte (große) Blöcke. Die Dateien, die gelöscht werden, sind allerdings im Dateisystem beim Entfernen nur als gelöscht markiert. Das heißt, dass Windows denkt, der Platz wäre verfügbar, was er aber letztlich nicht ist, denn die Daten auf der SSD belegen nach wie vor die Pages. Die Daten der Blöcke werden erst dann komplett gelöscht, wenn der SSD-Controller in die betreffenden Pages neue Daten schreiben will. Beim Schreibvorgang werden die zu beschreibenden Blöcke ermittelt und diejenigen Pages verschoben, die nicht gelöscht werden dürfen. Die Festplattensteuerung packt diese Daten der Pages in den Zwischenspeicher, leert die Flash-Zellen der Blöcke und erst dann werden die leer gewordenen Pages mit neuen Daten plus den alten Daten (aus dem Zwischenspeicher) beschrieben. Durch dieses Prozedere wird die Schreibgeschwindigkeit selbst bei guten SSDs um etwa 40% reduziert. Nur bei komplett neuen Flash-Platten, bei denen noch alle Pages unbenutzt sind, kann man keine Performance-Verluste erkennen. Allerdings werden die Zellen durch den Gleichverteilungsmechanismus von Wear Leveling rasch vollgeschrieben.

Um dieses Problem zu beheben, wird (durch die Hersteller)  zusätzlich Speicher auf die Platte gepackt – was letztlich nur leeren Pages entspricht, von denen Windows aber nichts weiß. Der Verlust der Schreibperformance lässt sich damit nur hinauszögern. Abhilfe schafft da der Trim-Befehl, als Teil der SSD-Spezifikation. Dabei handelt es sich um einen Löschbefehl, der dem Betriebssystem der Platte zu verstehen gibt, welche Blöcke es gelöscht hat. Der Controller kann die Blöcke dann bereits vor dem folgenden Schreibvorgang leeren. Für alle User von Windows 7, welches Trim beherrscht, also kein Problem! XP und Vista sind da aber ahnungslos. Selten bis nie ist er derzeit auch in Firmware von SSD-Speichern zu finden. Intel hat allerdings bereits verlauten lassen, dass mit Windows 7 ein Firmware-Update für seine neuen SSDs bereitstehen wird, das TRIM unterstützt. Für XP und Vista will Intel ein extra-Tool anbieten.

Korrektes Alignment: Partitionen optimieren

Ein derartiges Tool ist auch notwendig, denn XP und Vista bremsen eher die Performance von SSDs, im Vergleich zu Windows 7. Ein Beispiel: Die Systempartition auf Windows XP beginnt in Sektor 126. Sehr ungünstig, da XP bei vielen Dateien lediglich halbe Pages beschreibt. In der Folge kommen unnötige Lese- und Schreiboperationen zustande. Microsoft gibt an zu wissen, dass damit die Schnelligkeit der SSD mit bis zu 50% sinkt. Der Trick: Der Startsektor der Systempartition von XP muss derart verschoben werden, dass die 4 KByte großen NTFS-Cluster mit den SSD-Pages übereinstimmen. Dieses sogenannte Alignment kommt noch vor dem Formatieren zustande, daher eignete es sich nur für gänzlich neue SSDs, da alle vorhandenen Daten unlesbar werden. Unter Vista stimmen die Partitionsgrenzen mit denen der Pages überein – d.h. wenn Sie die Platte für XP in einem Vista-Betriebssystem partitionieren, ist das Problem gelöst. Wenn Sie allerdings nur XP haben, so benötigen sie das Command-Tool „Diskpart“ von Microsoft. Schließen Sie dann Ihre SSD als zweite Platte an, starten Sie „Diskpart“ (Start à Ausführen –> Diskpart) und geben Sie folgendes ein:

• list disk

Das Tool zeigt alle angeschlossenen Datenträger – normalerweise ist die SSD dabei „Disk 1“ – in diesem Fall geben Sie ein:

• select disk 1

Wenn das Tool den Datenträger gemeldet hat, bewegen Sie sich auf die Partitionsebene:

• list partition

Normalweise zeigt Diskpart nun an, dass es keine Partitionen finden kann. Erzeugen Sie nun eine neue  Partition mit korrektem Alignment auf Sektor 128. Verschieben Sie den Startsektor der Systempartition so, dass die 4 KByte großen NTFS-Cluster mit den SSD-Pages übereinstimmen.

• create partition primary align=64

Diskpart erzeugt eine optimierte primäre Partition. Die muss allerdings noch auf

• active

gestellt werden, denn nur dann wird die SSD auch die Startpartition. Es sind nun lediglich noch einige Einstellungen nötig, damit Windows Ihrer SSD mehr nützt als schadet. Dazu muss zunächst die Windows-Defragmentierung deaktiviert werden, denn die löst nur unnötige Schreiboperationen aus und bringt keine Performance.

Gehen Sie im Startmenü zu “Alle Programme”–> Zubehör –> Systemprogramme”. Klicken Sie dann auf „Defragmentierung“ und aktivieren Sie „Volumes auswählen“. Hier nun alle Häkchen vor den Partitionen Ihrer SSD entfernen.

Superfetch: Den Vista-Dienst können Sie bei schnellen SSD-Platten deaktivieren.

Auch Prefetching macht beim Lesetempo einer SSD keinen Sinn. Damit speichern XP und Vista häufig benutzte Programme so, dass sie schneller in den Arbeitsspeicher geladen werden können. Prefetching beenden Sie über die Registry: Gehen Sie auf Start –> Ausführen und öffnen Sie „regedit“. Navigieren Sie zum Reiter „HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\Session Manager\MemoryManagement\PrefetchParameters“ und ändern Sie dort „Enable Prefetcher“ auf den DWORD-Wert »0«.

Prefetch: Der Stand-By von häufig verwendeten Programmen lässt sich in der Registry ausschalten

Vista bietet noch zwei weitere Starthilfen, welche unnötige Systemaktivität mit sich bringen. Superfetch und Readyboost. Diese beiden können sie über die „Computerverwaltung –> Dienste“ deaktivieren. Klicken Sie mit rechter Maustaste auf den entsprechenden Dienst und stellen Sie den jeweiligen Starttyp bei Eigenschaften auf deaktiviert.

Software: Unnötiges abschalten

Weitere Windows-Optimierungen können den Schreibprozess stark reduzieren. Es bleibt allerdings zu erwähnen, dass diese Tipps sowohl Sicherheit und Komfort beeinträchtigen. Bitte Legen Sie auch immer in regelmäßigen Abständen Backups Ihrer Daten auf einem externen Datenträger ab, dann können Sie die Windows-Systemwiederherstellung auch abschalten. Unter Vista-Ultimate sollten auch die Aktivitäten der Volume Shadow Copy Services eingestellt werden. Dabei sichert Windows systemrelevante Daten, installiert Programme und Dateien. Durch deren Abschaltung wird verhindert, dass die SSD schneller voll läuft und sich die Schreibgeschwindigkeit reduziert. Auch Standardbrowser wir der Internet Explorer oder Firefox schreiben automatisch Daten. Beim IE 8 lässt sich das via „Sicherheit –> InPrivate Browsen“ abschalten. In Firefox läuft es über „Extras –> Privaten Modus starten“. Rein technisch macht es ebenfalls Sinn, auf die Auslagerungsdatei zu verzichen. Ab 4 GByte RAM können Sie versuchen, die „Swap“ in der Systemsteuerung abzuschalten.

Auslagerungsdatei: Ab 4 GByte RAM können Sie versuchen, die Swap zu deaktivieren

Sollte eine Software nicht mehr starten, machen Sie den Schritt einfach rückgängig.
Richtig gute SSDs laufen auch ohne Feintuning wesentlich besser als HDDs. Die Tricks machen also nur Sinn, wenn die Funktionalität des Systems – und damit der Spaß daran – nicht in Mitleidenschaft gezogen wird.

Zuletzt sollten Sie auf folgende Programme bei der Verwendung von SSDs gänzlich verzichten:

• Defragmentierung: macht auf SSDs gar keinen Sinn – richtet mehr Schaden an durch unnötige Schreiboperationen.

• Datenvernichtung: es kann nicht garantiert werden, dass eine Date auf der SSD überschrieben wird – um Daten wirklich zu löschen, muss die komplette SSD gelöscht werden.

• Echtzeit-Backup: siehe Defragmentierung – Diese Tools schreiben in Echtzeit Daten auf die Platte.

• Festplatten-Benchmark: unnötig, da diese Tools nur Schreiboperationen ausführen, damit man weiß, wie schnell die SSD wirklich ist – allerdings weiß man das auch so. Außerdem ist es unerheblich für den subjektiven Eindruck, wie schnell die SSD letztlich (technisch) ist.