RAM-Laufwerk - RAM drive

In diesem Artikel geht es um virtuelle Laufwerke, die mit Software emuliert werden. Informationen zu Hardwarespeichergeräten, die RAM verwenden, finden Sie unter Solid-State-Laufwerk . Für Dateisysteme ohne Laufwerksemulation siehe tmpfs .

Ein RAM-Laufwerk (auch RAM-Disk genannt ) ist ein Block von Arbeitsspeicher ( Primärspeicher oder flüchtiger Speicher ), den die Software eines Computers so behandelt, als ob der Speicher ein Festplattenlaufwerk ( Sekundärspeicher ) wäre. Es wird manchmal als virtuelles RAM-Laufwerk oder Software-RAM-Laufwerk bezeichnet , um es von einem Hardware-RAM-Laufwerk zu unterscheiden, das separate Hardware mit RAM verwendet, bei der es sich um eine Art batteriegepuffertes Solid-State-Laufwerk handelt .

Leistung

Die Leistung eines RAM-Laufwerks ist im Allgemeinen um Größenordnungen schneller als die anderer Formen digitaler Speicher, wie SSD- , Band- , optische , Festplatten- und Diskettenlaufwerke . Dieser Leistungsgewinn ist auf mehrere Faktoren zurückzuführen, darunter Zugriffszeit, maximaler Durchsatz und Dateisystemeigenschaften .

Die Dateizugriffszeit wird stark reduziert, da ein RAM-Laufwerk ein Solid State (keine beweglichen Teile) ist. Eine physische Festplatte, optische (zB CD-ROM , DVD und Blu-ray ) oder andere Medien (zB Magnetblase , akustischer Speicher , Magnetband ) müssen die Informationen an eine bestimmte Position bringen, bevor sie gelesen oder geschrieben werden können. RAM-Laufwerke können nur mit der Adresse auf Daten zugreifen, wodurch diese Latenz vermieden wird .

Zweitens wird der maximale Durchsatz eines RAM-Laufwerks durch die Geschwindigkeit des RAM, des Datenbusses und der CPU des Computers begrenzt. Andere Formen von Speichermedien werden durch die Geschwindigkeit des Speicherbusses weiter eingeschränkt, wie z. B. IDE (PATA), SATA , USB oder FireWire . Verstärkt wird diese Einschränkung durch die Geschwindigkeit der eigentlichen Mechanik der Antriebsmotoren, Köpfe oder Augen.

Drittens verwendet das verwendete Dateisystem wie NTFS , HFS , UFS , ext2 usw. zusätzliche Zugriffe, liest und schreibt auf das Laufwerk, das zwar klein ist, sich aber schnell summieren kann, insbesondere bei vielen kleinen Dateien vs . einige größere Dateien (temporäre Internetordner, Webcaches usw.).

Da sich der Speicher im RAM befindet, handelt es sich um flüchtigen Speicher , was bedeutet, dass er bei Stromausfall verloren geht, sei es absichtlich (Neustart oder Herunterfahren des Computers) oder versehentlich (Stromausfall oder Systemabsturz). Dies ist im Allgemeinen eine Schwachstelle (die Daten müssen regelmäßig auf einem persistenten Speichermedium gesichert werden, um Verlust zu vermeiden), ist jedoch manchmal wünschenswert: zum Beispiel beim Arbeiten mit einer entschlüsselten Kopie einer verschlüsselten Datei oder bei der Verwendung des Arbeitsspeichers Laufwerk, um die temporären Dateien des Systems zu speichern .

In vielen Fällen werden die auf dem RAM-Laufwerk gespeicherten Daten für einen schnelleren Zugriff aus dauerhaft an anderer Stelle gespeicherten Daten erstellt und beim Neustart des Systems auf dem RAM-Laufwerk neu erstellt.

Abgesehen von dem Risiko von Datenverlust ist die Haupteinschränkung von RAM-Laufwerken die Kapazität, die durch die Menge des installierten RAMs begrenzt wird. SSD-Speicher mit mehreren Terabyte sind üblich, aber RAM wird immer noch in Gigabyte gemessen.

RAM-Laufwerke verwenden normalen Systemspeicher, als ob es eine Partition auf einer physischen Festplatte wäre, anstatt auf den Datenbus zuzugreifen, der normalerweise für sekundären Speicher verwendet wird. Obwohl RAM-Laufwerke oft direkt im Betriebssystem über spezielle Mechanismen im Betriebssystem- Kernel unterstützt werden können , ist es in der Regel einfacher, über einen virtuellen Gerätetreiber auf ein RAM-Laufwerk zuzugreifen . Dies macht die Nicht-Festplatten-Natur von RAM-Laufwerken sowohl für das Betriebssystem als auch für die Anwendungen unsichtbar.

Normalerweise ist aufgrund der temporären Natur der im RAM-Laufwerk gespeicherten Informationen kein Batterie-Backup erforderlich, aber eine unterbrechungsfreie Stromversorgung kann das System während eines kurzen Stromausfalls am Laufen halten.

Einige RAM-Laufwerke verwenden ein komprimiertes Dateisystem wie cramfs , um einen schnellen Zugriff auf komprimierte Daten zu ermöglichen, ohne sie vorher zu dekomprimieren. Dies ist praktisch, da RAM-Laufwerke aufgrund des höheren Preises pro Byte als herkömmlicher Festplattenspeicher oft klein sind.

Historie und Besonderheiten des Betriebssystems

Das erste Software-RAM-Laufwerk für Mikrocomputer wurde 1979/80 von Jerry Karlin in Großbritannien erfunden und geschrieben. Die Software, bekannt als das Silicon Disk System wurde weiter in ein kommerzielles Produkt entwickelt und vertrieben von JK Systems Research , die Microcosm Research Ltd wurde , als das Unternehmen von Peter Cheese gefügter wurde Microcosm Ltd . Die Idee war, den frühen Mikrocomputern zu ermöglichen, mehr RAM zu verwenden, als die CPU direkt adressieren konnte. Es war viel schneller, Bank-Switched RAM wie ein Diskettenlaufwerk zu verhalten, als die Diskettenlaufwerke - besonders in den Tagen, bevor Festplatten auf solchen Maschinen ohne weiteres verfügbar waren.

Die Silicon Disk wurde 1980 zunächst für das CP/M- Betriebssystem und später für MS-DOS auf den Markt gebracht . Aufgrund der Einschränkungen bei der Speicheradressierung auf Atari 8-Bit- , Apple II- und Commodore- Computern war ein RAM-Laufwerk auch eine beliebte Anwendung auf den Atari 130XE- , Commodore 64- und Commodore 128- Systemen mit RAM-Erweiterungseinheiten und auf Computern der Apple II-Serie mit mehr als 64kB RAM. Apple Computer unterstützte nativ ein Software-RAM-Laufwerk in ProDOS : Auf Systemen mit 128 kB oder mehr RAM ordnete ProDOS automatisch ein RAM-Laufwerk namens /RAM zu .

IBM hat ein RAM - Laufwerk namens VDISK.SYS auf PC - DOS (Version 3.0) im August 1984, die erste DOS - Komponente zu verwenden war erweiterten Speicher . VDISK.SYS war nicht verfügbar Microsoft ‚s MS-DOS , da es im Gegensatz zu den meisten Komponenten von frühen Versionen von PC - DOS von IBM geschrieben wurde. Microsoft hat das ähnliche Programm RAMDRIVE.SYS in MS-DOS 3.2 (veröffentlicht 1986) eingebaut , das auch Expansionsspeicher verwenden konnte . Es wurde in Windows 7 eingestellt. DR-DOS und die DR-Familie von Mehrbenutzer-Betriebssystemen wurden auch mit einer RAM-Disk namens VDISK.SYS geliefert. In Multiuser-DOS hat die RAM-Disk standardmäßig den Laufwerksbuchstaben M: (für Speicherlaufwerk). AmigaOS hat seit der Veröffentlichung der Version 1.1 im Jahr 1985 ein eingebautes RAM-Laufwerk und hat es immer noch in AmigaOS 4.1 (2010). Apple Computer fügte die Funktionalität dem Apple Macintosh mit dem Memory Control Panel von System 7 im Jahr 1991 hinzu und behielt diese Funktion während der gesamten Lebensdauer von Mac OS 9 bei . Benutzer von Mac OS X können die Dienstprogramme hdid , newfs (oder newfs hfs ) und mount verwenden , um ein RAM-Laufwerk zu erstellen, zu formatieren und zu mounten.

Eine RAM-Laufwerk-Innovation, die 1986 eingeführt, aber 1987 von Perry Kivolowitz für AmigaOS allgemein verfügbar gemacht wurde, war die Fähigkeit des RAM-Laufwerks, die meisten Abstürze und Neustarts zu überstehen. Das als ASDG Recoverable Ram Disk bezeichnete Gerät überlebte Neustarts, indem es Speicher dynamisch in umgekehrter Reihenfolge der Standardspeicherzuweisung zuordnete (eine Funktion, die vom zugrunde liegenden Betriebssystem unterstützt wird), um die Speicherfragmentierung zu reduzieren. Ein "Superblock" wurde mit einer eindeutigen Signatur geschrieben, die beim Neustart im Speicher lokalisiert werden konnte. Der Superblock und alle anderen RRD-Platten-"Blöcke" verwalteten Prüfsummen, um die Ungültigkeitserklärung der Platte zu ermöglichen, wenn eine Beschädigung festgestellt wurde. Zunächst war das ASDG RRD an ASDG-Speicherkarten gebunden und wurde als Verkaufsmerkmal verwendet. Später wurde das ASDG RRD als Shareware mit einer vorgeschlagenen Spende von 10 Dollar zur Verfügung gestellt. Die Shareware-Version erschien auf Fred Fish Disks 58 und 241. AmigaOS selbst würde in Version 1.3 eine wiederherstellbare Ram-Disk (genannt "RAD") erhalten.

Viele Unix- und Unix-ähnliche Systeme bieten irgendeine Form von RAM-Laufwerk-Funktionalität, wie /dev/ram unter Linux oder md(4) unter FreeBSD . RAM-Laufwerke sind besonders nützlich in Hochleistungsanwendungen mit geringen Ressourcen, für die manchmal Unix-ähnliche Betriebssysteme konfiguriert sind. Es gibt auch einige spezialisierte "ultraleichte" Linux-Distributionen, die darauf ausgelegt sind, von Wechselmedien zu booten und für die gesamte Sitzung auf einer Ramdisk gespeichert werden.

Dedizierte Hardware-RAM-Laufwerke

Es gab RAM-Laufwerke, die DRAM-Speicher verwenden, der ausschließlich dazu bestimmt ist, als Speichergerät mit extrem niedriger Latenz zu fungieren. Dieser Speicher ist vom Prozessor isoliert und nicht auf die gleiche Weise wie normaler Systemspeicher direkt zugänglich.

Ein frühes Beispiel für ein Hardware-RAM-Laufwerk wurde 1986 von Assimilation Process, Inc. für den Macintosh eingeführt. Als "Excalibur" bezeichnet, war es ein externes 2 MB RAM-Laufwerk und kostete zwischen 599 und 699 US-Dollar. Mit der in 1-MB-Schritten erweiterbaren RAM-Kapazität soll die interne Batterie zwischen 6 und 8 Stunden lang funktionieren, und sie wurde, ungewöhnlich für die Zeit, über den Macintosh-Diskettenanschluss angeschlossen.

Im Jahr 2002 produzierte Cenatek das Rocket Drive , max 4 GB, das über vier DIMM-Steckplätze für PC133-Speicher verfügte, mit bis zu maximal vier Gigabyte Speicher. Damals verwendeten gängige Desktop-Computer 64 bis 128 Megabyte PC100- oder PC133-Speicher. Die 1-Gigabyte-PC133-Module (die größten zu dieser Zeit erhältlichen) kosten etwa 1.300 US-Dollar (entspricht 1.871 US-Dollar im Jahr 2020). Ein komplett ausgestattetes Rocket Drive mit vier GB Speicher hätte 5.600 US-Dollar gekostet (entspricht 8.058 US-Dollar im Jahr 2020).

Im Jahr 2005 produzierte Gigabyte Technology den i-RAM , max 4 GB, der im Wesentlichen identisch mit dem Rocket Drive funktionierte, außer dass er auf die neuere DDR-Speichertechnologie aufgerüstet wurde, jedoch ebenfalls auf maximal 4 GB begrenzt ist.

Bei diesen beiden Geräten benötigt der dynamische RAM kontinuierliche Energie, um Daten zu speichern; Wenn die Stromversorgung unterbrochen wird, verschwinden die Daten. Für das Rocket Drive gab es einen Anschluss für eine vom Computer getrennte externe Stromversorgung und die Option für einen externen Akku , um bei Stromausfall Daten zu speichern. Der i-RAM enthält eine kleine Batterie direkt auf der Erweiterungsplatine für 10-16 Stunden Schutz.

Beide Geräte nutzten die SATA 1.0-Schnittstelle, um Daten vom dedizierten RAM-Laufwerk zum System zu übertragen. Die SATA-Schnittstelle war ein langsamer Engpass, der die maximale Leistung beider RAM-Laufwerke begrenzte, aber diese Laufwerke boten im Vergleich zu mechanischen Festplatten immer noch eine außergewöhnlich niedrige Datenzugriffslatenz und hohe anhaltende Übertragungsgeschwindigkeiten.

Im Jahr 2006 produzierte Gigabyte Technology die GC-RAMDISK , max 8 GB, die die zweite Generation des i-RAM war. Es hat maximal 8 GB Kapazität, doppelt so viel wie der i-RAM. Es nutzte den SATA-II-Port, wieder das Doppelte des i-RAM. Eines der besten Verkaufsargumente ist, dass es als Boot-Gerät verwendet werden kann.

Im Jahr 2007 produzierte ACard Technology die ANS-9010 Serial ATA RAM-Disk, max. 64 GB. Zitat aus dem technischen Bericht: Der ANS-9010 "mit acht DDR2-DIMM-Steckplätzen und Unterstützung für bis zu 8 GB Speicher pro Steckplatz. Der ANS-9010 verfügt außerdem über ein Paar Serial ATA-Anschlüsse, die es ermöglichen, als einzelnes Laufwerk zu fungieren oder sich als Laufwerkspaar tarnen, das leicht in ein noch schnelleres RAID 0-Array aufgeteilt werden kann."

Im Jahr 2009 produzierte Acard Technology die ACARD ANS-9010BA 5.25 Dynamic SSD SATA-II RAM Disk, max. 64 GB. Es verwendet einen einzelnen SATA-II-Port.

Beide Varianten sind mit einer in der Frontplatte befindlichen CompactFlash- Card-Schnittstelle ausgestattet, die es ermöglicht, bei Stromausfall und schwacher Pufferbatterie nichtflüchtige Daten, die auf dem RAM-Drive gespeichert sind, auf die CompactFlash-Card zu kopieren. Zwei Drucktasten an der Vorderseite ermöglichen dem Benutzer, Daten auf dem RAM-Laufwerk manuell zu sichern / wiederherzustellen. Die CompactFlash-Karte selbst ist für den Benutzer mit normalen Mitteln nicht zugänglich, da die CF-Karte ausschließlich zur RAM-Sicherung und -Wiederherstellung bestimmt ist. Beachten Sie, dass die Kapazität der CF-Karte die Gesamtkapazität des RAM-Moduls erreichen/übersteigen muss, um effektiv als zuverlässiges Backup zu arbeiten.

Im Jahr 2009 produzierte DDRdrive, LLC das DDRDrive X1, das angeblich das schnellste Solid State Drive der Welt ist. Das Laufwerk ist ein primäres 4 GB DDR-dediziertes RAM-Laufwerk für den regelmäßigen Gebrauch, das auf ein 4 GB SLC-NAND-Laufwerk sichern und von diesem abrufen kann. Der vorgesehene Markt ist das Führen und Aufzeichnen von Protokolldateien . Bei einem Stromausfall können die Daten über ein Batterie-Backup in 60 Sekunden auf einer internen 4 GB SSD gespeichert werden. Danach können die Daten wieder im RAM gespeichert werden, sobald die Stromversorgung wiederhergestellt ist. Ein Stromausfall des Hosts veranlasst das DDRdrive X1, flüchtige Daten auf dem integrierten nichtflüchtigen Speicher zu sichern.

Siehe auch

Verweise

Externe Links