Windows dostane lepší výkon: Konečně má nativní podporu NVMe

Poněkud zvláštní zpráva přišla v minulém týdnu: Totiž že Microsoft nyní konečně po dlouhých letech přidává podporu NVMe SSD operačnímu systému Windows. A to nejprve serverové verzi (Windows Server 2025), ale týká se to i Windows 11. Jak je něco takového možné, když tato SSD jsou už deset let všudypřítomná a nejspíš sami právě nějaké používáte? Ve skutečnosti to není tak, že by doteď podpora chyběla. Nebyla však úplně optimální.

Microsoft v úterý vydal blog, ve kterém oznamuje, že do Windows 2025 míří novinka, která by mohla výrazně zlepšit výkon serverů při práci s daty na flashových úložištích. Systém totiž dostal novou nativní podporu pro SSD založená na technologii NVMe (NVME Express, protokol založený na bázi PCI Expressu), tedy technologii, která je dnes základem pro všechny novější moduly M.2 a na trhu je zhruba od roku 2014. Tato novinka přišla s poslední kumulativní aktualizací OS.

Nový subsystém pro SSD s nativní podporou NVMe

Není to tak, že by systém Windows do této chvíle neuměl s NVMe SSD pracovat. Microsoft ale jejich podporu nejprve napojil na existující infrastrukturu operačního systému sloužící pro podporu SCSI disků, na níž později byla napojena i podpora HDD a SSD s rozhraním SATA. Jak je asi jasné z toho, jakých výkonů NVMe SSD ve Windows dosahují v benchmarcích (a z toho, že toto řešení vydrželo v praxi tak dlouho), bylo to relativně vyhovující řešení. Ne však optimální.

Nyní přidávaná nativní podpora NVMe SSD je podle všeho větší inovací v jádru Windows, protože pro podporu těchto typů úložišť byl přidán zcela nový subsystém pro vstup a výstup. Ten je navržený pro maximální výkon a má dosazovat nižší latence zpracování požadavků na četní a zápis dat a také má spotřebovávat méně výkonu procesoru (operace mají mít menší režii na CPU).

Podle Microsoftu nový subsystém používá méně sdílených zámků a synchronizačních mechanismů, které jsou brzdou pro výkon v paralelní zátěži. Nový NVMe subsystém bude v tomto jednodušší a méně limitovaný. I/O operace mají být typicky obsloužené za kratší dobu a eliminace zámků by měla nejspíš umožnit lepší škálování na víc vláken.

Vedle toho, že se už nový subsystém nebude muset zdržovat převodem NVMe příkazů na SCSI, bude výhodou, že funkce dostupné operačnímu systému budou přímo odpovídat funkcím poskytovaným NVMe SSD. SCSI Subsystém byl omezený na jedinou frontu operací pracujících s úložištěm, která měla maximálně 32 položek.

Standard NVMe počítá s větším množstvím front (až 64 000) a každá také může mít hloubku až 64 000 položek. Toto může znatelně zlepšit výkon v komplikovaných těžkých zátěžích, které kladou paralelně na SSD velmi velké množství požadavků (v praxi asi SSD nebudou hned využívat maximálního počtu front a jejich maximální délky). Vedle toho také nová vrstva podporuje funkce jako Direct Submission, tedy přímý přístup k SSD z běžící aplikace.

Nová podpora je zatím ve výchozím stavu vypnutá, bude i ve Windows 11

Takto velká změna nejspíš byla rozsáhle testována, nicméně zatím ještě není nasazena na ostro pro běžící systémy. Windows Server 2025 zatím ve výchozím stavu pořád používá starší subsystém založený na SCSI a nový je možné zapnout volitelně (pomocí úpravy nastavení v registrech). Serveroví uživatelé tak budou mít čas si nejprve novou vrstvu otestovat a ověřit si, zda s ní jejich úlohy nebudou vykazovat nějaké problémy. Časem by se na toto nové řešení práce s SSD mělo stát tím používaným ve výchozím stavu.

Ačkoliv Microsoft teď oznámil přidání nativního NVMe subsystému pro Windows Server 2025, už bylo potvrzeno, že tato funkce je přítomná také ve Windows 11, kde už čeká na svou chvíli a lze ji také volitelně zapnout. V budoucnu se tedy touto cestou pravděpodobně zvýší „diskový“ výkon v desktopech a noteboocích. Zatím ale nevíme, kdy k této změně dojde.

Zapnutí této funkce může údajně změnit detekci disků v systému, které s novým stackem mohou mít jiné interní cesty a identifikátory. Také se může stát, že je kvůli tomu budou některé nástroje pro práci s hardware detekovat dvakrát, nebo se může rozbít takový software, který tuto změnu nečeká (běžné programy, které s daty pracují přes služby operačního systému, by snad neměly být ovlivněny, pokud se disk vyloženě neobjeví v systému pod novým „písmenem“). Pokud tedy chcete nativní podporu NVMe testovat, dělejte to opatrně s předchozí zálohou a ne na produkčním serveru.

Lze čekat zlepšený výkon

Microsoft uvádí, že nativní podpora NVMe díky pokročilejším frontám může masivně zvýšit IOPS, kterých SSD mohou dosahovat – nejvíce asi ve složitých zátěžích (Microsoft uvádí příklad, kdy naměřil zlepšení o 80 % – z 1 800 000 IOPS na 3 300 000 IOPS). Nějaký pokrok by ale mohl být i v jednodušších úlohách díky oné nižší latenci a nižší režii na CPU.

Tato změna by proto mohla eventuálně pomoci také herním počítačům, kterým teď Microsoft slibuje různá zlepšení přinášející vyšší herní výkon. Otázka je, zda toto zlepšení bude mít měřitelný dopad, nebo jenom zefektivní práci s diskem (či přesněji NVMe modulem), aniž by se to projevilo ve snímkové frekvenci.

• Tip: Microsoft chystá zlepšení výkonu Windows 11: Nejlepší herní OS?

Proč tak dlouho?

Vrstva starající se o správu, zápis a čtení dat má extrémní význam a je velmi důležité, aby u ní byla zajištěná maximální korektnost, stabilita a minimum chyb. Ty totiž mohou vést ke ztrátě dat. Velmi pomalé nasazování těchto změn dost možná má jako motivaci právě tuto opatrnost, nicméně nějakých deset let po příchodu NVMe SSD na trh je přece jen dlouhá doba.

Nenativní podpora NVMe SSD používající vrstvu pro SCSI disky zřejmě neměla tak špatný výkon, aby to kriticky vadilo (Microsoft ji nepochybně pro lepší fungování s moderními SSD různě upravoval a ladil), takže z pohledu Microsoftu patrně nebylo nezbytně nutné ji nahradit, hned jak se NVMe SSD začala prosazovat.

Zdroje: Microsoft, Heise, ComputerBase

Jan Olšan, redaktor Cnews.cz

⠀