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Was macht eMMC-Flash-Speicher in mobilen Geräten, aber nicht in PCs lebensfähig?


Es wurde davon abgeraten, mit Flash-Speicher ein Desktop-System wie Windows zu betreiben. Aber was machte es zu einer wünschenswerten und realisierbaren Option für mobile Geräte? Der heutige SuperUser Q & A Post hat die Antwort auf die Frage eines neugierigen Lesers.

Die heutige Question & Answer Session kommt uns dank SuperUser - einer Unterteilung von Stack Exchange, einer Community-gesteuerten Gruppierung von Q & A-Websites -

Die Frage

SuperUser-Reader RockPaperLizard möchte wissen, was eMMC-Flash-Speicher in mobilen Geräten, aber nicht in PCs macht:

Seit die USB-Sticks erfunden wurden, haben sich die Leute gefragt, ob sie ihre Betriebssysteme darauf ausführen können. Die Antwort war immer "nein", weil die Anzahl der Schreiboperationen, die ein Betriebssystem benötigt, sie schnell verschleißen würde.

Da SSDs populärer geworden sind, hat sich die Wear-Leveling-Technologie verbessert, damit Betriebssysteme darauf laufen können. Verschiedene Tablets, Netbooks und andere schlanke Computer verwenden anstelle einer Festplatte oder SSD Flash-Speicher, auf dem das Betriebssystem gespeichert ist.

Wie ist das plötzlich praktisch geworden? Implementieren sie typischerweise Wear-Leveling-Technologien, zum Beispiel?

Was macht eMMC-Flash-Speicher in mobilen Geräten, aber nicht in PCs möglich?

Die Antworten von

SuperUser Speeddymon und Journeyman Geek haben die Antwort für uns. Zunächst Speedydon:

Alle Flash-Speichergeräte, von Tablets bis zu Mobiltelefonen, Smartwatches, SSDs, SD-Karten in Kameras und USB-Sticks, verwenden die NVRAM-Technologie. Der Unterschied liegt in der NVRAM-Architektur und darin, wie das Betriebssystem das Dateisystem auf dem Speichermedium einbindet, auf dem es sich befindet.

Bei Android-Tablets und Mobiltelefonen basiert die NVRAM-Technologie auf eMMC. Die Daten, die ich über diese Technologie finden kann, sprechen für Schreibzyklen zwischen 3k und 10k. Leider ist nichts von dem, was ich bisher gefunden habe, definitiv, da Wikipedia die Schreibzyklen dieser Technologie nicht kennt. Alle anderen Orte, die ich angeschaut habe, waren verschiedene Foren, also kaum das, was ich eine zuverlässige Quelle nennen würde.

Zum Vergleich: Die Schreibzyklen anderer NVRAM-Technologien wie SSDs, die NAND- oder NOR-Technologie verwenden, liegen zwischen 10k und 30k.

Nun zur Betriebssystem-Auswahl, wie das Dateisystem zu mounten ist. Ich kann nicht darüber sprechen, wie Apple es macht, aber für Android ist der Chip wie eine Festplatte aufgeteilt. Je nach Gerätehersteller gibt es eine Betriebssystempartition, eine Datenpartition und mehrere andere proprietäre Partitionen.

Die echte Root-Partition lebt im Bootloader, der als komprimierte Datei (jffs2, cramfs usw.) gebündelt ist mit dem Kernel, so dass, wenn der Bootvorgang der Stufe 1 abgeschlossen ist (normalerweise der Logo-Bildschirm des Herstellers), der Kernel bootet und die Root-Partition gleichzeitig als RAM-Disk geladen wird.

Beim Booten des Betriebssystems wird es geladen das Dateisystem der primären Partition (/ system, das ist jffs2 auf Geräten vor Android 4.0, ext2 / 3/4 auf Geräten seit Android 4.0, und xfs auf den neuesten Geräten) als schreibgeschützt, so dass keine Daten darauf geschrieben werden können. Dies kann natürlich durch sogenanntes "Rooten" Ihres Geräts, das Ihnen Zugriff als Super-Benutzer gewährt und Ihnen ermöglicht, die Partition als Lese- / Schreibzugriff neu zu mounten, umgehen. Ihre "Benutzer" -Daten werden auf eine andere Partition auf dem Chip geschrieben (/ data, die der gleichen Konvention wie oben auf Basis der Android-Version folgt).

Wenn immer mehr Mobiltelefone SD-Karten-Steckplätze verlieren, könnten Sie das denken Sie werden den Schreibzyklus schneller beenden, da alle Ihre Daten jetzt im eMMC-Speicher statt auf einer SD-Karte gespeichert werden. Glücklicherweise erkennen die meisten Dateisysteme ein fehlgeschlagenes Schreiben in einen bestimmten Speicherbereich. Wenn ein Schreibvorgang fehlschlägt, werden die Daten automatisch in einem neuen Speicherbereich gespeichert, und der fehlerhafte Bereich (der als fehlerhafter Block bezeichnet wird) wird vom Dateisystemtreiber gesperrt, sodass in Zukunft keine Daten mehr dort gespeichert werden. Wenn ein Lesevorgang fehlschlägt, werden die Daten als beschädigt markiert, und entweder wird der Benutzer aufgefordert, eine Dateisystemprüfung durchzuführen (oder die Festplatte zu überprüfen), oder das Gerät überprüft das Dateisystem beim nächsten Start automatisch.

Tatsächlich hat Google ein Patent zum automatischen Erkennen und Behandeln von fehlerhaften Blöcken: Verwalten schlechter Blöcke im Flash-Speicher für elektronische Daten-Flash-Karten

Um mehr auf den Punkt zu kommen, ist Ihre Frage, wie dies plötzlich praktisch wurde, nicht die richtige Frage zu stellen. Es war überhaupt nie unpraktisch. Es wurde dringend davon abgeraten, ein Betriebssystem (Windows) auf einer SSD zu installieren (vermutlich), weil es Schreibzugriffe auf eine Festplatte hat.

Beispielsweise erhält die Registry buchstäblich Hunderte von Lese- und Schreibvorgängen pro Sekunde mit dem Microsoft-SysInternals-Regmon-Tool gesehen werden.

Die Installation von Windows wurde von SSDs der ersten Generation abgeraten, weil die Daten, die jede Sekunde (wahrscheinlich) in die Registry geschrieben wurden, schließlich die Early Adopters eingeholt haben nicht bootfähige Systeme aufgrund einer Beschädigung der Registry.

Bei Tablets, Mobiltelefonen und so ziemlich jedem anderen Embedded-Gerät gibt es keine Registry (Windows Embedded-Geräte sind natürlich Ausnahmen) und somit gibt es keine Sorge, dass Daten ständig geschrieben werden zu den gleichen Teilen des Flash-Mediums.

Für Windows Embedded-Geräte, wie viele der Kioske an öffentlichen Orten (wie Walmart, Kroger, etc.), wo Sie von Zeit zu Zeit eine zufällige BSOD sehen können, gibt es nicht viel Es gibt viele Konfigurationsmöglichkeiten, da sie mit Konfigurationen vorkonfiguriert sind, die niemals geändert werden sollen. Die einzigen Zeitänderungen finden statt, bevor der Chip in den meisten Fällen geschrieben wird. Alles, was gespeichert werden muss, wie zB Ihre Zahlung an den Lebensmittelhändler, erfolgt über das Netzwerk an die Datenbanken des Geschäfts auf einem Server.

Gefolgt von der Antwort von Journeyman Geek:

Die Antwort war immer "nein" weil die Anzahl der Schreibvorgänge, die von einem Betriebssystem benötigt werden, sie schnell verschleißen würde.

Sie wurden schließlich kosteneffektiv für den Mainstream-Einsatz. Dieser "Verschleiß" ist die einzige Sorge, ein bisschen eine Annahme. Es gab Systeme, die für eine beträchtliche Zeitperiode von einem Festkörperspeicher abgingen. Viele Leute, die Auto-Putter bauten, starteten von CF-Karten (die mit PATA elektrisch kompatibel und im Vergleich zu PATA-Festplatten trivial zu installieren waren), und industrielle Computer hatten kleine, robuste flash-basierte Speicher.

Das sagte, gab es nicht viele Optionen für die durchschnittliche Person. Sie könnten eine teuere CF-Karte und einen Adapter für einen Laptop kaufen oder eine winzige, sehr teuere industrielle Festplatte auf einer Moduleinheit für einen Desktop finden. Sie waren nicht sehr groß im Vergleich zu heutigen Festplatten (moderne IDE-DOMs sind bei 8GB oder 16GB, denke ich). Ich bin mir ziemlich sicher, dass Sie Solid-State-Systemlaufwerke einrichten konnten, bevor Standard-SSDs üblich wurden.

Soweit ich weiß, gab es wirklich keine universellen / magischen Verbesserungen im Wear-Leveling. Es gab inkrementelle Verbesserungen, während wir uns von der preiswerten SLC zu MLC, TLC und sogar zu QLC zusammen mit kleineren Prozessgrößen (die alle niedrigere Kosten mit einem höheren Abnutzungsrisiko aufweisen) bewegten. Flash ist viel billiger geworden.

Es gab auch ein paar Alternativen, bei denen es keine Verschleißprobleme gab. Zum Beispiel, das gesamte System von einem ROM (die wohl Solid-State-Speicher ist) und batteriegestützten RAM, die viele frühe SSDs und tragbare Geräte wie der Palm Pilot verwendet. Keines davon ist heute üblich. Festplatten rotierten im Vergleich zu sagen, batteriegepuffertem RAM (zu teuer), frühen Solid-State-Geräten (etwas teuer) oder Bauern mit Flaggen (nie wegen der schrecklichen Datendichte gefangen). Sogar moderner Flashspeicher ist ein Nachkomme von schnell löschenden Eeproms und Eeproms wurden in elektronischen Geräten für die Speicherung von Dingen wie Firmware seit Ewigkeiten verwendet.

Festplatten waren einfach an einem schönen Schnittpunkt von hoher Lautstärke (was wichtig ist), niedrig Kosten und relativ ausreichend Speicherplatz.

Der Grund, warum Sie eMMCs in modernen Low-End-Computern finden, sind die Komponenten, die relativ billig sind, groß genug (für Desktop-Betriebssysteme) und damit Gemeinsamkeiten mit Mobiltelefonkomponenten aufweisen werden in großen Mengen mit einer Standardschnittstelle hergestellt. Sie geben auch eine große Speicherdichte für ihr Volumen. Wenn man bedenkt, dass viele dieser Geräte ein dürftiges 32-GB- oder 64-GB-Laufwerk haben, das mit Festplatten aus dem größten Teil eines Jahrzehnts vergleichbar ist, sind sie in dieser Rolle eine sinnvolle Option.

Wir erreichen endlich den Punkt, an dem Sie auf eMMCs und Flash eine vernünftige Menge an Speicher kostengünstig und mit vernünftigen Geschwindigkeiten speichern können, weshalb die Leute nach ihnen greifen.


Haben Sie etwas zur Erklärung hinzuzufügen? Ton in den Kommentaren ab. Möchten Sie mehr Antworten von anderen technisch versierten Stack Exchange Benutzern lesen? Schauen Sie sich den vollständigen Diskussionsfaden hier an.

Bildquelle: Martin Voltri (Flickr)


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