Снятие образа диска: тестируем скорости копирования NVMe

Современные твердотельные накопители NVMe требуют специальных подходов при их исследовании. С каждым годом скорость и объёмы таких устройств растут, что ставит ряд непростых задач, связанных как со скоростью, так и с надёжностью передачи больших объёмов данных. В новой статье мы рассмотрим результаты тестирования с использованием OSForensics и FTK Imager на быстром NVMe-диске Samsung 980Pro. В качестве бонуса мы протестировали наш прототип блокиратора записи для NVMe-накопителей; результат оказался интересным.

В чём проблема с быстрыми накопителями?

Казалось бы, снять образ с высокоскоростного накопителя проще и быстрее, чем с медленного, однако именно с быстрыми накопителями проявляется ряд проблем, которых не было при работе с более медленными дисками SATA. Вот лишь некоторые из них:

1. Пропускная способность распространённых портов USB3.2 Gen2 «зарежет» теоретически возможную скорость быстрого SSD в несколько раз. Даже использование более скоростного порта — не панацея, потому что…
2. Доступные 10-гигабитные адаптеры для подключения NVMe накопителей к порту USB работают в 4-7 раз медленнее, чем позволяет сам диск. Более скоростные адаптеры требуют и более скоростных портов USB, которые далеко не всегда доступны.
3. Недорогие адаптеры склонны к перегреву и сами по себе, но особенно — в условиях, когда диск подключается «временно», без организации адекватного охлаждения путём использования одноразовых силиконовых термопрокладок и металлических радиаторов. Перегрев приводит к тротлингу и, соответственно, резкому падению производительности.
4. Стабильность работы зависит от качества всех компонентов: порта USB, кабеля, адаптера; наконец, мы выявили зависимость стабильности работы от питания (внешнего или от батареи).
5. Даже в идеальных условиях на скорость снятия образа повлияет такая характеристика, как устойчивая скорость записи целевого накопителя — того, на который будут сохраняться данные. Не путайте пиковую скорость записи (ту, которую производители указывают в спецификациях) с устойчивой: последняя всегда в разы ниже, и будет быстро падать в зависимости от объёма записанных данных и оставшегося на целевом накопителе свободного места.

Таким образом, в реальных, а не лабораторных условиях добиться скорости снятия образа, хотя бы отдалённо приближающейся к паспортным характеристикам накопителя, практически невозможно. Результат, к которому следует стремиться — нижняя граница пропускной способности связки «порт USB + используемый адаптер», что, как правило, составляет 10 гигабит в секунду (с учётом накладных расходов протокола USB — теоретический предел составляет порядка 1 ГБ/с).

Какие бывают накопители?

Мы подробно описывали различные варианты и протоколы носителей информации. В статье Накопители с протоколом SATA: технический обзор мы рассказали о дисках с протоколом SATA, а накопители NVMe описали в статье Накопители с протоколом NVMe: технический обзор. Различия между накопителями, поддерживающими разные протоколы, можно обобщить в следующей таблице:

Вооружившись этим знанием, перейдём непосредственно к тестированию.

Тестовое окружение и подготовка

В этот раз мы испольховали немного другой ноутбук, а именно Tecno MEGABOOK S1 с процессором Intel Core i7-13700H, память 32 ГБ, SSD 1024 ГБ, порты USB 3.2 Gen2 и USB 4.

Внешний накопитель (с которого снимался образ) подключался к 10-гигабитному порту Type-C, а образ создавался на внутреннем NVMe-накопителе, подключённым непосредственно к шине PCI Express, т.е. с существенным запасом по скорости.

Копирование проводилось с питанием как от внешнего источничника, так и от аккумулятора; с данной моделью ноутбука не наблюдалось падение скорости при отключении внешнего питания (отметим, что мы пока не поняли, почему эффект замедления при использовании встроенного аккумулятора был на предыдущем тестовом стенде: оборудование очень близкое по конфигурации, а нынешний процессор даже немного слабее).

Программы, которые мы использовали (самые свежие версии) вам уже хорошо знакомы: OSForensics и FTK Imager.

На сей раз мы тестировали не диски с интерфейсом SATA (хотя для проверки оборудования сначала проверили и работу с ними, ожидаемо получив такие же результаты, как и на прошлых тестах), а NVMe, а именно Samsung 980Pro (256ГБ).

Результаты тестирования

Думаю, вы не будете сильно удивлены, узнав что OSForensics опять показал лучшие результаты. При подключении тестового NVMe-накопителя к порту USB 4.0 средняя скорость копирования превысила гигабайт в секунду (1007 МБ/с, если быть точным), а создание образа завершилось всего за 4 минуты. Подключив тот же диск к USB 3.2 Gen 2, мы получили примерно такую же скорость (всего на 1% меньше). Очевидно, ограничивающим фактором является скорость не порта USB, а адаптера, к которому подключался диск.

Для сравнения: FTK Imager справился с этой задачей лишь за 7 с половиной минут, и скорость была почти в два раза ниже (525 МБ/с).

Наконец, мы не могли не проверить и работу «инженерного» образца нашего блокиратора записи NVMe, который совсем скоро будет доступен для заказа. Результат приятно удивил даже нас самих: при подключении накопителя с полной защитой от записи скорость копирования составила 965 ГБ/с, или всего на 4% медленне чем при использовании обычного NVMe-адаптера.

Что дальше?

Носители с интерфейсами SATA и NVMe являются самыми распространёнными — если, конечно, не считать USB-диски и флешки, а также карты памяти, используемые в фото- и видеокамерах, видеорегистраторах и смартфонах. До них мы ещё обязательно доберёмся; кроме того, очень хочется протестировать и программные средства блокировки, автономные блокираторы, и выполнить приблизительно те же тесты на других программных платформах, в частноста — Linux (с macOS существенно сложнее).

Заключение

Мы уже писали о том, почему так важно стремиться к получению максимальных скоростей: вы сможете сэкономить огромное количество времени. Если, конечно, у вас есть подходящее оборудование: компьютеры, кабели, адаптеры, переходники и блокираторы записи, использование которых при исследовании любых носителей данных является просто необходимым условием, разумеется, кроме смартфонов.