🥇 Verwendung von NVME-SSDs als Systemlaufwerk auf Computern mit altem BIOS und Linux OS

Bei entsprechender Konfiguration kann man selbst auf älteren Systemen von einem NVME SSD-Laufwerk booten. Es wird vorausgesetzt, dass das Betriebssystem (OS) mit NVME SSDs kompatibel ist. Ich betrachte hier speziell das Booten des OS, da NVME SSDs mit den vorhandenen Treibern im OS nach dem Booten angezeigt werden und verwendet werden können. Zusätzliche Software (SW) für Linux ist nicht erforderlich. Für Betriebssysteme der BSD-Familie und andere Unix-Varianten wird die Methode wahrscheinlich auch funktionieren.

Um von einem Speichermedium zu booten, müssen in der Initialisierungssoftware (BIOS oder EFI (UEFI)) Treiber für das betreffende Gerät vorhanden sein. NVME SSD-Laufwerke sind im Vergleich zu BIOS relativ neu, und in der Initialisierungssoftware älterer Motherboards gibt es solche Treiber nicht. In EFI kann man ohne Unterstützung für NVME SSDs entsprechenden Code hinzufügen, wodurch ein vollständiger Betrieb mit diesem Gerät möglich wird — man kann das Betriebssystem installieren und davon booten. Bei älteren Systemen mit dem sogenannten "Legacy BIOS" wird es jedoch wahrscheinlich nicht möglich sein, das OS so zu booten. Es gibt jedoch Möglichkeiten, dies zu umgehen.

So geht's

Ich habe openSUSE Leap 15.1 verwendet. Die Schritte sind für andere Linux-Distributionen ähnlich.

1. Bereiten Sie den Computer für die Installation des Betriebssystems vor.
Ein PC oder Server mit einem freien PCI-E 4x-Steckplatz oder länger, egal welcher Version, reicht aus; PCI-E 1.0 ist ausreichend. Natürlich wird die Geschwindigkeit bei neueren PCI-E-Versionen höher sein. Und natürlich benötigen wir ein NVME SSD mit einem M.2 — PCI-E 4x-Adapter.
Zudem ist ein Speichermedium mit einer Kapazität von mindestens 300 MB erforderlich, das im BIOS erkannt wird und von dem man das OS booten kann. Dies kann eine HDD mit IDE-, SATA-, SCSI- oder SAS-Anschluss sein. Oder ein USB-Stick oder eine Speicherkarten. Auf eine Diskette passt es nicht. Eine CD-ROM eignet sich nicht, da man eine Neuschreibung benötigt. DVD-RAM — keine Ahnung. Nennen wir dieses Medium der Einfachheit halber "Legacy-BIOS-Speicher".

2. Laden Sie Linux zur Installation (von einer optischen Disc oder einem bootfähigen USB-Stick usw.).

3. Bei der Partitionierung der Festplatte verteilen wir das OS auf die vorhandenen Speichergeräte:
3.1. Wir erstellen eine Partition für den GRUB-Bootloader am Anfang des "Legacy BIOS-Laufwerks" mit einer Größe von 8 MB. Ich möchte darauf hinweisen, dass hier eine Besonderheit von openSUSE verwendet wird – GRUB auf einer separaten Partition. Für openSUSE wird standardmäßig das Dateisystem (FS) BTRFS verwendet. Wenn GRUB auf einer Partition mit dem FS BTRFS platziert wird, wird das System nicht booten. Daher wird eine separate Partition verwendet. Sie können GRUB an einem anderen Ort platzieren, solange es bootet.
3.2. Nach der GRUB-Partition erstellen wir eine Partition mit einem Teil des Systemordners ("Root"), nämlich mit "\/boot\", mit einer Größe von 300 MB.
3.3. Der verbleibende Speicher – der Rest des Systemordners, eine Swap-Partition, der Benutzerordner "\/home\/" (falls Sie einen erstellen möchten) kann auf einer NVME SSD platziert werden.

Nach der Installation bootet das System GRUB, der die Dateien aus \/boot\/ lädt, danach wird die NVME SSD zugänglich, gefolgt vom Systemboot von der NVME SSD.
In der Praxis habe ich eine deutliche Beschleunigung festgestellt.

Kapazitätsanforderungen für das "Legacy BIOS-Laufwerk": 8 MB für die GRUB-Partition – dies ist standardmäßig und etwa 200 MB für \/boot\. 300 MB habe ich als Sicherheit eingeplant. Bei einer Kernelaktualisierung (und bei der Installation neuer Kernel) wird Linux die Partition \/boot\/ mit neuen Dateien füllen.

Geschwindigkeits- und Kostenschätzung

Die Kosten für eine 128 GB NVME SSD betragen etwa 2000 r.
Die Kosten für einen M.2-Adapter – PCI-E 4x – betragen etwa 500 r.
Es gibt auch M.2-Adapter – PCI-E 16x für vier NVME SSDs im Verkauf, deren Preis bei etwa 3000 r. liegt – falls das jemand braucht.

Maximalgeschwindigkeiten:
PCI-E 3.0 4x etwa 3900 MB/s
PCI-E 2.0 4x 2000 MB/s
PCI-E 1.0 4x 1000 MB/s
Speichermedien mit PCI-E 3.0 4x erreichen in der Praxis Geschwindigkeiten von etwa 3500 MB/s.
Man kann annehmen, dass die erreichbare Geschwindigkeit wie folgt sein wird:
PCI-E 3.0 4x etwa 3500 MB/s
PCI-E 2.0 4x etwa 1800 MB/s
PCI-E 1.0 4x etwa 900 MB/s

Was schneller ist als SATA 600 MB/s. Die erreichbare Geschwindigkeit für SATA 600 MB/s liegt bei etwa 550 MB/s.
Auf älteren Mainboards kann die SATA-Geschwindigkeit des onboard Controllers nicht 600 MB/s betragen, sondern 300 MB/s oder 150 MB/s. Hier ist der onboard Controller = der SATA-Controller, der im Chipsatz Southbridge integriert ist.

Ich möchte darauf hinweisen, dass für NVME SSDs NCQ funktionieren wird, während ältere onboard Controller dies möglicherweise nicht unterstützen.

Ich habe Berechnungen für PCI-E 4x durchgeführt, jedoch haben einige Speichermedien einen PCI-E 2x-Bus. Dies reicht für PCI-E 3.0, aber für ältere PCI-E-Standards – 2.0 und 1.0 – sollten solche NVME SSDs besser nicht verwendet werden. Außerdem wird ein Speichergerät mit einem Speicherchip-Puffer schneller sein als eines ohne.

Für diejenigen, die vollständig auf den Onboard-SATA-Controller verzichten möchten, empfehle ich den Asmedia ASM 106x (1061 und andere), der zwei SATA 600 Ports (intern oder extern) bereitstellt. Er funktioniert sehr gut (nach einem Firmware-Update) und unterstützt im AHCI-Modus NCQ. Er wird über den PCI-E 2.0 1x-Bus angeschlossen.

Seine maximale Geschwindigkeit:
PCI-E 2.0 1x 500 MB/s
PCI-E 1.0 1x 250 MB/s
Die erreichbare Geschwindigkeit wird sein:
PCI-E 2.0 1x 460 MB/s
PCI-E 1.0 1x 280 MB/s

Das reicht für ein SATA-SSD oder zwei HDDs.

Festgestellte Mängel

1. SMART-Daten werden nicht gelesen von NVME-SSDs, es gibt nur allgemeine Daten zum Hersteller, zur Seriennummer usw. Möglicherweise liegt es an zu alten Mainboards (MB). Für meine herzlosen Experimente habe ich das älteste MB verwendet, das ich finden konnte, mit einem nForce4-Chipsatz. 2. TRIM sollte funktionieren, aber das muss überprüft werden.

Es gibt noch andere Möglichkeiten: einen SAS-Controller mit einem PCI-E 4x oder 8x Anschluss zu kaufen (gibt es auch 16x oder 32x?). Wenn sie billig sind, unterstützen sie SAS 600, aber SATA 300, während teure schneller und teurer sein werden als die oben angebotene Methode.