儘管定位於讀取敏感型企業級固態硬碟，但對於廣大讀者朋友的影響依然深遠。 正所謂價格是影響消費者購買意欲的主要因素，但是消費者購買後卻總會糾結自己的消費品出現貶值。 尤其是消耗品，我們總會斟酌自己購買的產品是否物有所值。 今天我們就來分析下，大家購買SSD前一些最關心的問題。 RAM 有兩大類，一種稱為靜態RAM，SRAM速度非常快，是目前讀寫最快的存儲設備了，但是它也非常昂貴，所以只在要求很苛刻的地方使用，譬如CPU的一級緩衝，二級緩衝。
- 答案是在SSD掉電之前，它會把映射表寫入到Flash中去的，下次上電初始化時需要重新把映射表讀出來放在DRAM或SRAM中。
- 另外也因為資料冷熱是應用層的事，SSD 不會知道，改善 SSD 效能的一個方法便是冷熱分開在不同的 page裡，讓 GC 好做事。
- RocksDB由Facekbook開源，在社區廣泛使用，被作為分散式存儲或者資料庫的單節點存儲引擎。
- 這就是GC（Garbage Collection，垃圾回收），是FTL需要做的一件重要事情。
- 現在到處都會碰到GC，各種高級語言都在炫耀自己有GC，不像C++/C那樣要手動回收內存。
- SSD一般有兩種（Ware Leveling）算法：動態磨損平衡（Dynamic WL）和靜態磨損平衡（Static WL）。
LSM-Tree寫放大，可以說是其獨具優勢的數據結構所帶來的代價；另一方面，LSM-Tree又在各種存儲和資料庫中廣泛使用。 為了優化寫操作，它們被首先緩存起來，寫入硬碟；之後通過合併操作，才被放到最終的存儲位置。 「把部份FTL工作移到SSD之外，由上層系統執行」的概念，雖然已應用在部份全快閃儲存陣列產品上，但這些產品都是使用自身專屬的儲存系統平臺，搭配專門訂製的SSD硬體來實作這個架構，難以推廣與普及。 而Open-Channel SSD的出現，目的正是要把這個概念開放化與通用化，利用開放的標準，來普及這種新的SSD架構。 ftl ssd 也就是說，正是依靠FTL層，既有的檔案系統與應用程式才能直接使用SSD，FTL也決定了SSD的性能、可靠性與壽命，但FTL的功能與架構也相當複雜，不下於一套檔案系統。 存儲器是用來存儲程序代碼和數據的部件，有了存儲器計算機才具有記憶功能。
ftl ssd: 快閃記憶體晶片不能執行覆蓋寫操作——你知道嗎？
基於閃存的固態磁盤（SSD）由於其高性能，低能耗，抗衝擊性和緊湊的尺寸而在消費者和企業存儲市場中非常受歡迎。 但是，不斷增加的SSD容量給在頁面級閃存轉換層（FTL）中執行有效的邏輯到物理地址轉換帶來了巨大壓力。 現有方案通常採用內置的RAM高速緩存來存儲映射信息，稱爲映射高速緩存，以加快地址轉換的速度。 由於有限的緩存空間，僅一部分映射表可以被緩存，因此對於緩存管理和垃圾回收，需要對閃存進行大量額外的操作，從而降低了SSD的性能和使用壽命。 在本文中，我們首先應用分析模型來研究導致額外操作的關鍵因素。 然後，我們提出了一個有效的頁面級FTL，稱爲TPFTL，它使用兩級LRU列表來組織緩存的映射條目，以最大程度地減少額外的操作。
全部整理完以後，就又有很多Block可以Erase了，那可以用的Block的數量就會漸漸恢復。 FTL是介於SSD前端和後端之間的一個轉換層，前端指的是和Host用Protocol溝通的那邊，後端是真正儲存資料的實體的Nand ftl ssd Flash這邊。 以前傳統的Hard Disk可以直接從Host指定把資料存在硬碟裡的任何區域，為什麼SSD還要中間多一層FTL呢? 這就是傳統硬碟和固態硬碟不同之處，和固態硬碟使用的Nand Flash特性有關。 每擦除一次閃存塊，都會對閃存塊有磨損，因此閃存塊都是有壽命的，用PE（Program/Erase Count）數衡量。
ftl ssd: 文章訪問統計
還有好多特性，像TLC有很多奇奇怪怪的事情會發生，太久沒讀資料會不見之類的，就不繼續寫下去了，因為我也不是專業研究Nand Flash的。 SSD的存儲介質除了Flash，還有RAM，還有3D XPoint等新型存儲介質。 如無特別說明，後面說的SSD存儲介質都是指NAND Flash，翻譯爲“閃存”。 上面的 page vs black 的戰爭就是空間換取時間之間的取捨。
依照 HDD 的慣例，檔案系統刪除資料時不一定要真的下抹除指令到硬碟去（真的要刪的時候只要直接複寫過去就好了）。 造成可能有檔案系統回報硬碟是空的、裡面塞滿實質 stale 的資料但 controller 不知情的情況。 這會造成 controller 沒法有效 GC，到了發現要複寫了才開始清出空間，最後導致效能低落。 地址映射，也可以叫做mapping，負責邏輯地址和物理地址之間的映射，多技術模塊都以該機制爲核心進行。 衆所周知，Nand Flash具有寫時擦除的特性，因此寫入數據時不得不異地更新。
ftl ssd: 2 不同層級的平行機制
NOR有點像內存，支持隨機訪問，這使它也具有支持XIP（eXecute In Place）的特性，可以像普通ROM一樣執行程序。 現在幾乎所有的BIOS和一些機頂盒上都是使用NOR Flash，它的大小一般在1MB到32MB之間，價格昂貴。 本人萌新一個，下面是自己在學習途中看到的和感悟到的一些東西，如有錯誤之處或描述不恰當之處，歡迎指出，小生在此謝過各位前輩。
ftl ssd: 存儲器分類匯總，DRAM/EPROM/NAND FLASH這些行業名詞你真的知道嗎？
RocksDB由Facekbook開源，在社區廣泛使用，被作為分散式存儲或者資料庫的單節點存儲引擎。 它基於LevelDB開發，增加了眾多功能和性能改進，也為SSD做了許多優化。 在Open-Channel SSD架構問世之前，前述「把部份FTL工作移到上層系統」概念，其實很早就被應用在部份全快閃儲存陣列產品，以及SSD裝置上。 爲了存放這個映射表，SSD一般有兩種設計方案：DRAM(帶DRAM的)和DRAM-less(不帶DRAM的)。
ftl ssd: 這個纔是導致SSD壽命減短的真正原因
對於SSD的使用壽命，我們經常會聽到一種說法：寫入放大是SSD壽命的真正殺手。 快閃記憶體完全擦寫一次叫做1次P/E，因此快閃記憶體的壽命就以P/E作為單位。 ftl ssd 不知道大家還記不記得TLC快閃記憶體剛出來那會兒，只有500PE的寫入壽命讓不少人把固態硬碟供起來用。 RAM緩存甚至是RAMOS都搞出來，盼不得不寫一丁點數據進去。
ftl ssd: ftl ssd
這種方法會導致寫完全是隨機化的，對磁碟無法適用；而SSD能夠高性能地支持隨機讀寫。 另一方面，基於內容定址自動實現了數據去重（Data deduplication），因為相同的數據會得到相同的哈希值，被存儲在同一處。 相比以往，數據去重是存儲系統中實現起來難度很大的一塊功能，需要全局的指紋（例如SHA1）緩存和比對、以及複雜的元數據管理；在大部分開源存儲系統中甚至沒有去重功能。
ftl ssd: 文章被以下專欄收錄
1.2背景 1.2.1 頁映射機制 在採用頁級別的FTL機制中，請求的邏輯頁面可以被映射到閃存空間中的任何物理頁面，因此，這種機制非常靈活，而且具有很高的閃存頁面利用率。 圖[FTL-page-mapping]給出了頁級別映射示意圖，爲了簡化問題描述，這裏省略了塊號，實際上，當每個塊中所包含的頁數確定以後，可以很容易根據頁號計算出塊號，比如，如… 第二個問題的解決方法，就是大家可能常常聽到的Garbage ftl ssd Collection ftl ssd 。 既然一堆Block都是invalid了，那我們就來整理，全部都是invalid page的Block就直接Erase掉拿來使用呀，酒矸倘賣無。 阿，那如果Host故意每個Block都留一個valid的資料，那要怎麼辦。 所以我們要在還有可以用的Block的時候，把那些invalid比較多的Block的資料搬到空的Block上，也就是內部自己再重寫一次資料，再把原本的page設成invalid。
ftl ssd: 儲存月報第20期：SSD架構大翻轉—Open-Channel SSD
另外一個問題是，controller 快樂的把那些 controller 應該知道要刪除的資料搬來搬去做 wear leveling，但是這些都是做白工，而且幹擾了 foreground 的讀寫工作。 作者對於瞭解或是逆向工程 mapping schema 的實作對提升應用層程式的效能保持保留態度。 畢竟市面上的 controller 廠商大多沒有開放實作細節，就算針對某個 policy 去調整程式設定更甚至你拿到原始碼，這套系統在其他 schema 或是其他廠牌下也不一定有更好的結果。 唯一的例外可能是你在開發嵌入式系統，已經確定會用某廠商的晶片。 作者不確定是哪幾間公司喫下這個市場，但他以 Pareto（80/20） 法則猜應該是其中的兩三家，所以從除了自有品牌的 SSD，用同一個 controller 大概行為都會差不多。
如今，全閃存儲成爲未來存儲的主流趨勢，焱融追光 F8000X 全閃文件存儲作爲國內全閃分佈式文件存儲性能旗艦產品，在高性能文件存儲賽道上，一直跑在最前面。 爲了更清晰地理解全閃的前沿應用，我們將不定期分享全閃系列科普，本期我們先聊聊固態存儲核心技術 SSD。 正常掉電，SSD會把緩存中的數據刷新到閃存，重新加載保存的數據即可。 如果是異常掉電，因爲某些人爲或自然外力的原因導致數據沒有成功寫入到Nand中，掉電恢復要恢復到掉電前的安全狀態，比如恢復RAM中的數據和Address Translation中的映射表。
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其實這是錯誤的，影響SSD跑分以及使用體驗的主要是三者—主控，快閃記憶體，算法，這三者可以說是SSD木桶三塊最重要的木板。 垃圾回收（GC，Garbage Collection）機制定期回收這些廢塊, 和Java，GO等語言的GC機制類似，應用不需要像C/C++那樣關注內存釋放，GC定期掃描，回收釋放內存。 有了這層映射關係，我們需要修改時就不需要改動原來的物理塊，只需要標記原塊為廢塊，同時找一個沒用的新物理塊對應到原來的邏輯塊上就好了。 相信大家對美光C400/M4的最新固件提升性能，對於SandForce不同固件之間性能差距的表現還歷歷在目，一個固件更新竟然可以改變那麼大？ 這些對性能提升或者限制的根本原因主要是對SSD內部的FTL層做了改動，那麼啥是FTL層呢？ 這是SSD的性能表現最關鍵的一個層面，裏面包含了無數開發技術人員的心血。
ftl ssd: 均衡之選，英睿達 MX200 固態硬碟體驗
Host Based ftl ssd SSD一般的模式是把閃存的讀寫接口直接開放給驅動程序，這樣驅動程序就能自行管理閃存內部資源。 控制器大都採用可編程邏輯器件FPGA，功能比較簡單，主要實現ECC糾錯和閃存時序控制。 作者也建議 “非常熱” 的資料可以先 cache 起來再寫到硬碟。 以及當有資料不再被需要、或是需要刪除的時候可以批次進行，這讓 GC 可以一次得到比較多的空間操作，降低空間碎片化。
ftl ssd: ftl ssd 文章標籤
雖然其速度較以往的機械硬碟有了較大幅度的提升，但縱觀整個計算架構，快閃記憶體仍舊是計算系統中比較慢的部分。 東芝推出全球首款注148層3D堆疊式結構快閃記憶體注2，該快閃記憶體容量達到256Gb（32GB），同時採用了行業領先的三階存儲單元（TLC）技術。 這款全新快閃記憶體適用於各種產品應用，包括消費級固態硬碟、智慧型手機、平板電腦和內存卡以及面向數據中心的企業級SSD。 作者對這現象的解釋是如果 SSD controller 始終保持在忙碌狀態，就會找不到適當實際進行 GC，清出 free state 的 block，直到 free block 用完了纔不得不做。 在這時候 FTL 已經無法像先前那樣有效率的完成 foreground 讀寫操作，必須等 GC 清出空間才能做，這導致嚴重的效能下降。