RAM -диск (также называемый RAM-диском ) — это блок оперативной памяти ( первичное хранилище или энергозависимая память ), который программное обеспечение компьютера обрабатывает так, как если бы память была дисковым накопителем ( вторичное хранилище ). RAM-диски обеспечивают высокопроизводительное временное хранилище для ресурсоемких задач и защищают энергонезависимые устройства хранения от износа, поскольку RAM не подвержена износу при записи, в отличие от энергонезависимой флэш-памяти . В некотором смысле они являются противоположностью виртуальной памяти : RAM-диск использует энергозависимую быструю память так, как если бы это была энергонезависимая медленная память. Виртуальная память — это противоположность.
Иногда его называют виртуальным RAM-диском или программным RAM-диском, чтобы отличать его от аппаратного RAM-диска, который использует отдельное оборудование, содержащее RAM, представляющее собой тип твердотельного накопителя с батарейным питанием .
Исторически основные запоминающие устройства на основе запоминающих устройств были задуманы для преодоления разрыва в производительности между внутренней памятью и вторичными запоминающими устройствами. С появлением твердотельных устройств это преимущество утратило большую часть своей привлекательности. Однако твердотельные устройства страдают от износа из-за частой записи. Записи в первичную память не так или имеют гораздо меньший эффект. Поэтому устройства RAM действительно предлагают преимущество для хранения часто меняющихся данных, таких как временная или кэшированная информация.
Производительность RAM-накопителя, как правило, на несколько порядков выше, чем у других форм цифрового хранения данных, таких как SSD , ленточные накопители , оптические накопители , жесткие диски и дисководы . [1] Этот прирост производительности обусловлен несколькими факторами, включая время доступа, максимальную пропускную способность и характеристики файловой системы .
Время доступа к файлу значительно сокращается, поскольку RAM-диск является твердотельным (без движущихся частей). Физический жесткий диск, оптический (например, CD-ROM , DVD и Blu-ray ) или другой носитель (например, магнитный пузырь , акустическое хранилище , магнитная лента ) должны переместить информацию в определенное положение, прежде чем может произойти чтение или запись. RAM-диски могут получать доступ к данным, используя только адрес, что устраняет эту задержку .
Во-вторых, максимальная пропускная способность RAM-диска ограничена скоростью RAM, шины данных и процессора компьютера. Другие формы носителей данных дополнительно ограничены скоростью шины хранения, например IDE (PATA), SATA , USB или FireWire . Это ограничение усугубляется скоростью фактической механики приводных двигателей, головок или глаз.
В-третьих, используемая файловая система , например NTFS , HFS , UFS , ext2 и т. д., использует дополнительные доступы, операции чтения и записи на диск, которые, хотя и невелики, могут быстро накапливаться, особенно в случае большого количества небольших файлов по сравнению с небольшим количеством крупных файлов (временные папки Интернета, веб-кэши и т. д.).
Поскольку хранилище находится в оперативной памяти, оно является энергозависимой памятью , что означает, что оно будет потеряно в случае отключения питания, будь то преднамеренное (перезагрузка или выключение компьютера) или случайное (сбой питания или сбой системы). Это, как правило, является недостатком (данные необходимо периодически резервировать на носителе постоянного хранения, чтобы избежать потери), но иногда это желательно: например, при работе с расшифрованной копией зашифрованного файла или при использовании оперативной памяти для хранения временных файлов системы .
Во многих случаях данные, хранящиеся на RAM-диске, создаются из данных, постоянно хранящихся в другом месте, для более быстрого доступа и воссоздаются на RAM-диске при перезагрузке системы.
Помимо риска потери данных, основным ограничением RAM-дисков является емкость, которая ограничена объемом установленной RAM. Многотерабайтные SSD-накопители стали обычным явлением, но RAM по-прежнему измеряется в гигабайтах.
Диски RAM используют обычную системную память, как если бы это был раздел на физическом жестком диске, а не обращаются к шине данных, обычно используемой для вторичного хранения. Хотя диски RAM часто могут поддерживаться непосредственно в операционной системе с помощью специальных механизмов в ядре ОС , обычно проще получить доступ к диску RAM через драйвер виртуального устройства . Это делает недисковую природу дисков RAM невидимой как для ОС, так и для приложений.
Обычно резервная батарея не требуется из-за временного характера информации, хранящейся на RAM-диске, но источник бесперебойного питания может поддерживать работу системы во время кратковременного отключения электроэнергии.
Некоторые RAM-диски используют сжатую файловую систему, такую как cramfs , чтобы обеспечить доступ к сжатым данным на лету, без их предварительной распаковки. Это удобно, поскольку RAM-диски часто имеют небольшой размер из-за более высокой цены за байт, чем обычные жесткие диски.
Первый программный RAM-диск для микрокомпьютеров был изобретен и написан Джерри Карлином в Великобритании в 1979/80 годах. Программное обеспечение, известное как Silicon Disk System , было в дальнейшем доработано до коммерческого продукта и продано компанией JK Systems Research, которая стала Microcosm Research Ltd, когда к компании присоединился Питер Чизрайт из Microcosm Ltd. Идея заключалась в том, чтобы позволить ранним микрокомпьютерам использовать больше RAM, чем мог напрямую адресовать ЦП. Заставить RAM с переключением банков вести себя как дисковый накопитель было намного быстрее, чем дисковые накопители. особенно до того, как жесткие диски стали легкодоступными на таких машинах. Silicon Disk был выпущен в 1980 году, первоначально для операционной системы CP/M , а затем для MS-DOS .
Atari 130XE 128kB (с DOS 2.5) и Commodore 128 изначально поддерживают RAM-диски, как и ProDOS для Apple II . В системах с 128kB или более RAM ProDOS автоматически создает RAM-диск с именем /RAM .
IBM добавила RAM-диск под названием VDISK.SYS в PC DOS (версия 3.0) в августе 1984 года, что стало первым компонентом DOS, использующим расширенную память . VDISK.SYS не был доступен в MS-DOS от Microsoft , поскольку он, в отличие от большинства компонентов ранних версий PC DOS, был написан IBM. Microsoft включила похожую программу RAMDRIVE.SYS в MS-DOS 3.2 (выпущенную в 1986 году), которая также могла использовать расширенную память . [2] Она была прекращена в Windows 7. DR-DOS и семейство многопользовательских операционных систем DR также поставлялись с RAM-диском под названием VDISK.SYS. В Multiuser DOS RAM-диск по умолчанию имеет букву диска M: (для диска памяти). AmigaOS имеет встроенный RAM-диск с момента выпуска версии 1.1 в 1985 году и до сих пор имеет его в AmigaOS 4.1 (2010). Компания Apple Computer добавила эту функциональность в Apple Macintosh с панелью управления памятью System 7 в 1991 году и сохранила эту функцию на протяжении всего периода существования Mac OS 9. Пользователи Mac OS X могут использовать утилиты hdid, newfs (или newfs hfs) и mount для создания, форматирования и монтирования RAM-диска.
Инновация в области RAM-дисков, представленная в 1986 году, но ставшая общедоступной в 1987 году [3] [4] Перри Киволовицем для AmigaOS , заключалась в способности RAM-диска выдерживать большинство сбоев и перезагрузок. Названное ASDG Recoverable Ram Disk, устройство выдерживало перезагрузки, динамически выделяя память в обратном порядке выделения памяти по умолчанию (функция, поддерживаемая базовой ОС), чтобы уменьшить фрагментацию памяти. «Суперблок» был записан с уникальной подписью, которая могла быть обнаружена в памяти при перезагрузке. Суперблок и все другие «блоки» RRD-диска поддерживали контрольные суммы, чтобы сделать диск недействительным в случае обнаружения повреждения. Сначала ASDG RRD был привязан к платам памяти ASDG и использовался в качестве функции продажи. Позже ASDG RRD стал доступен как shareware с рекомендуемым пожертвованием в размере 10 долларов. Условно-бесплатная версия появилась на дисках Fred Fish Disks 58 [5] и 241. [6] Сама AmigaOS получила восстанавливаемый RAM-диск (называемый «RAD») в версии 1.3. [7]
Многие Unix и Unix-подобные системы предоставляют некоторую форму функциональности RAM-диска, например /dev/ram в Linux или md(4) [8] в FreeBSD . RAM-диски особенно полезны в высокопроизводительных, низкоресурсных приложениях, для которых иногда настраиваются Unix-подобные операционные системы. Существует также несколько специализированных «сверхлегких» дистрибутивов Linux, которые предназначены для загрузки со съемных носителей и хранятся в RAM-диске в течение всего сеанса.
Были RAM-диски, которые использовали память DRAM, которая была специально выделена для работы в качестве устройства хранения с чрезвычайно низкой задержкой. Эта память изолирована от процессора и недоступна напрямую, как обычная системная память. Некоторые из первых выделенных RAM-дисков были выпущены в 1983-1985 годах. [9] [10]
Ранний пример аппаратного RAM-диска был представлен Assimilation Process в 1986 году для Macintosh. Названный «Excalibur», он представлял собой внешний RAM-диск объемом 2 МБ и продавался по цене от 599 до 699 долларов США. С объемом RAM, расширяемым с шагом в 1 МБ, его внутренняя батарея, как говорили, была эффективна в течение 6-8 часов, и, что было необычно для того времени, он подключался через порт для дискет Macintosh. [11] [12]
В 2002 году Cenatek выпустила Rocket Drive , макс. 4 ГБ, который имел четыре слота DIMM для памяти PC133, с максимальным объемом хранения до четырех гигабайт . В то время обычные настольные компьютеры использовали от 64 до 128 мегабайт памяти PC100 или PC133. Модули PC133 объемом один гигабайт (самые большие из доступных на тот момент) стоили примерно 1300 долларов (что эквивалентно 2202 долларам в 2023 году). Полностью укомплектованный Rocket Drive с четырьмя ГБ памяти стоил бы 5600 долларов (что эквивалентно 9486 долларам в 2023 году). [13]
В 2005 году Gigabyte Technology выпустила i-RAM , максимальный объём которой составлял 4 ГБ, которая функционировала по сути идентично Rocket Drive, за исключением модернизации для использования более новой технологии памяти DDR, хотя также была ограничена максимальной ёмкостью в 4 ГБ. [14]
Для обоих этих устройств динамическая оперативная память требует постоянного питания для сохранения данных; при отключении питания данные исчезают. Для Rocket Drive был разъем для внешнего источника питания отдельно от компьютера, а также возможность использования внешней батареи для сохранения данных при отключении питания. i-RAM включала небольшую батарею непосредственно на плате расширения для 10-16 часов защиты.
Оба устройства использовали интерфейс SATA 1.0 для передачи данных с выделенного RAM-диска в систему. Интерфейс SATA был медленным узким местом, которое ограничивало максимальную производительность обоих RAM-дисков, но эти диски по-прежнему обеспечивали исключительно низкую задержку доступа к данным и высокую постоянную скорость передачи по сравнению с механическими жесткими дисками.
В 2006 году Gigabyte Technology выпустила GC-RAMDISK, max 8GB, который был вторым поколением творения для i-RAM. Он имел максимальную емкость 8 ГБ, вдвое больше, чем i-RAM. Он использовал порт SATA-II, снова вдвое больше, чем i-RAM. Одним из его самых продаваемых преимуществ является то, что его можно использовать в качестве загрузочного устройства. [15]
В 2007 году компания ACard Technology выпустила ANS-9010 Serial ATA RAM disk, макс. 64 ГБ. Цитата из технического отчета: ANS-9010 «имеет восемь слотов DDR2 DIMM и поддерживает до 8 ГБ памяти на слот. ANS-9010 также имеет пару портов Serial ATA, что позволяет ему функционировать как один диск или маскироваться под пару дисков, которые можно легко разделить на еще более быстрый массив RAID 0». [16]
В 2009 году компания Acard Technology выпустила ACARD ANS-9010BA 5.25 Dynamic SSD SATA-II RAM Disk, max 64GB. Он использует один порт SATA-II.
Оба варианта оснащены одним или несколькими интерфейсами карт CompactFlash, расположенными на передней панели, что позволяет копировать энергонезависимые данные, хранящиеся на RAM-диске, на карту CompactFlash в случае сбоя питания и низкого заряда резервной батареи. Две кнопки, расположенные на передней панели, позволяют пользователю вручную выполнять резервное копирование/восстановление данных на RAM-диске. Сама карта CompactFlash недоступна пользователю обычными способами, поскольку карта CF предназначена исключительно для резервного копирования и восстановления RAM. Емкость карты CF должна соответствовать/превышать общую емкость модуля RAM, чтобы эффективно работать в качестве надежной резервной копии.
В 2009 году компания DDRdrive, LLC выпустила DDRDrive X1, который, как утверждается, является самым быстрым твердотельным накопителем в мире. Накопитель представляет собой основной выделенный RAM-накопитель DDR объемом 4 ГБ для обычного использования, который может создавать резервные копии и извлекать данные с 4-гигабайтного диска SLC NAND. Предполагаемый рынок — хранение и запись файлов журналов . В случае отключения питания данные можно сохранить на внутреннем твердотельном накопителе объемом 4 ГБ за 60 секунд с помощью резервного аккумулятора. После этого данные можно восстановить обратно в ОЗУ после восстановления питания. Отключение питания хоста запускает резервное копирование энергозависимых данных на встроенное энергонезависимое хранилище DDRdrive X1. [17] [18]
