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    3.4 为啥越用越慢?NAND闪存的读写过程


      SSD与传统HDD有着不同的架构和原理,读写数据的过程也是不一样的,这种原理上的不同带给SSD优异的性能,但是也决定了SSD固有的一些缺点。

      HDD磁盘有扇区、柱面之分,SSD的基本组成也有Page(页面)、Block(区块)、Plane(平面)之分,page是最基本的组成,大小一般是4KB,,每个block通常包含64个page,容量是256KB,也有128个page的,容量就是512KB,不过目前主流的25nm工艺闪存普遍都是8KB page容量,128个page配置。

      多个block再组成plane,而plane就是就是闪存中的一颗核心(die)了,而我们看到的闪存片其实是多颗die封装在一起的,一般是2-8颗,而整个SSD上则会由多片闪存组成。

      实际上,如果SSD内部是以die颗粒的RAID 0模式组建的,那么block层级之上还有一个band之分,它是RAID 0模式中所有芯片的同一块block区块的总和。

      简单的描述就是这样:page→block→band→plane-die→闪存片→SSD。

      数据读写的主要过程就在page、block以及band三个层面上。

      在系统中,数据写入是以page为单位的,SSD写入新数据擦除原有的数据,但是擦除过程只能以block为单位,要清除就得擦除整个block单元,哪怕只写入了一个page的文件。

      在一篇国外博文中找到一个非常简单形象的SSD写数据的描述,我们来看看SSD到底是怎么写入数据的。

      这里为了简化说明,假设每个block只有12个page,每个page大小1Byte。


    无数据的情况就是这样的,SSD性能最好的状态


    打开笔记本程序


    输入1234并保存


    这个文件的大小正好是4Byte


    写入到SSD就是占用了block A的4个page


    改变原来的文档内容,变成56781234


    现在文档大小变成了8B


    保存时SSD不能直接覆盖原有文件,需要重新占用8个page文件


    现在就是这个样子了

      Block A实际上已经写“脏”了,要恢复性能就需要删除整个block区块,此时需要把有用的数据拷贝到另一个空白blokc中然后再清除Block A。


    数据写入到空白的block B中

      实际过程中数据显然不是只有这么简单,略微复杂一点的情况就如上图所示,1234.txt文档占用了8个page,xyz.dll也是占用8个page,但是分别在两个block区块中,word.doc文件也是占用了两个block,其中占满一个,另一个占用了8个page。

      此时如果用户删除了xyz.dll文件,那么数据就要重新洗牌,Block B中的1234.txt重新拷贝到block A中,dock文件中的4B也要写入block A中,还有多余的4个page要再占用block D的4个page空间,而block E中的数据是满的,不需要移动,此时的排列就如上图所示,腾出来的block B和block C也就可以清除数据以恢复性能了。

      上述过程还只是非常简单的例子,如果是真实的应用环境情况会更复杂,SSD需要不断地在各个block之间进行写入-转移-清空操作,而且SSD的写入速度与擦除速度相差很大,这也会影响SSD的性能发挥。

      总之,SSD的特性决定了它的写入方式,不能直接覆写数据使得SSD多了擦除的操作,而写入单位与擦除单位的不统一又让SSD不停地在各个Block区块之间折腾,而写入数据的延迟约为0.2ms,但擦除操作需要2ms左右,SSD用久了需要擦除的区块就会越多,性能自然也会变慢。

      这些问题都是SSD必须处理的,影响可大可小,也让很多人开始对SSD的可靠性不放心,下一个关注点自然就是SSD的使用寿命了。


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    • 这些评论亮了
    • 游客 2014-03-28 06:39

      能不能做一个新版SSD的测评?

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      157#

    • 游客 2012-12-18 14:53

      这篇文章简直是神作,要多少人费多少时间才能写出来啊,辛苦了,再次表示尊敬...By whidy blog.

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      137#

    • 游客 2016-02-03 23:25

      建兴睿速T9 就是Marvell 88SS9187主控!怎么市面上没有呢?我都在用了!

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      160#

    • Tech学前班 2016-01-23 11:12

      而且我认为 存储设备哪有什么默认的 OP空间 一说,完全就是单位转化造成的数值的差异,U盘、机械硬盘、SSD、TF卡、SD卡 等等 要是都有人为的OP空间,想想一下 这个世界上所有的OP空间加起来是多么巨大的浪费?对于把利益放在第一位的厂商来说,这完全就是不可能发生的事情!

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      159#

    • Tech学前班 2016-01-23 11:06

      3.6.1中 OP空间 那段我觉得有错 “256GB容量SSD的宣称字节数是256,000,000,000,而闪存的真实容量是256x1024x1024x1024=274,877,906,944字节,如果按厂商的方式换算就是275GB左右了” 这句话中 256乘以1024 应该就错了吧。
      3.6.2中 SSD可用容量 这句话 “也就人是说从晶圆厂的1024转到SSD厂商的1000,然后再从这个1000的比列转回到操作系统的1024,容量还会再减少一次。”我觉得是错的。现在的储存设备不论是厂商还是晶圆厂都是 按照 1kb=1000字节 来计算的吧。
      拿例子中 256GB 硬盘来计算 实际可用容量是 256,000,000,000/1024/1024/1024=238.42GB
      OP=(256-238.42)/238.42=7.37% 这样才对啊

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      158#

    • 游客 2014-03-27 16:21

      孔压下

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      156#

    • 游客 2013-10-30 18:23

      使用免费的分区助手的“分区对齐”功能也能实现对没有4KB对齐的分区进行对齐。

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      155#

    • ngcw1986大学生 2013-09-07 15:19

      为啥点了收藏却什么也没发生呢?

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      154#

    • 游客 2013-08-31 21:21

      这个小编实在是太太太太厉害了!!!

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      153#

    • 游客 2013-08-15 18:08

      之前在其它资料上面看到TRIM GC 等性能,就是一知半解的,这篇文章里面讲解的,我居然看懂了!感谢分享!

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      152#

    • philip管理员 2013-08-08 16:41

      网友 [lancon] 的原贴:1楼
      教科书般的评测,让人又长知识,又长见识!不用再去无头绪的乱找,无系统地学习SSD的相关知识,尽在这个评测中!看了这篇文章,我就马上注册了超能网,并将网址托托地放到了收藏夹里!~~ 再次感谢作者的辛劳和付出!
      要常来!

      支持(11)  |   反对(0)  |   举报  |   回复

      151#

    • lancon 2013-07-12 22:16

      教科书般的评测,让人又长知识,又长见识!不用再去无头绪的乱找,无系统地学习SSD的相关知识,尽在这个评测中!看了这篇文章,我就马上注册了超能网,并将网址托托地放到了收藏夹里!~~ 再次感谢作者的辛劳和付出!

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      150#

    • 游客 2013-06-21 20:00

      Goooooooooood Job!

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      149#

    • 游客 2013-05-04 17:32

      这小编是有多蛋疼啊!可以出书了!怒赞……

      支持(9)  |   反对(0)  |   举报  |   回复

      148#

    • 游客 2013-04-19 00:51

      很牛B的文章啊,我看了几个小时的散文,最后才看到这一本固态全书

      支持(5)  |   反对(1)  |   举报  |   回复

      147#

    • 游客 2013-04-18 15:28

      小编是塞博坦星球来的吧

      支持(3)  |   反对(1)  |   举报  |   回复

      146#

    • 游客 2013-02-18 14:55

      该评论因举报过多,自动进入审核状态。

      145#

    • 游客 2013-02-18 10:18

      评测很有用处 感谢小编 很详细

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      144#

    • 游客 2012-12-31 21:04

      网友 [Guest] 的原贴:1楼
      能否把三星840和840Pro加入?
      有空的话我会考虑的,顺便把新测试的数据也导入去

      支持(4)  |   反对(0)  |   举报  |   回复

      143#

    • 游客 2012-12-29 23:57

      能否把三星840和840Pro加入?

      支持(1)  |   反对(0)  |   举报  |   回复

      142#

    • 游客 2012-12-29 13:35

      SSD果然威力很猛!

      支持(1)  |   反对(0)  |   举报  |   回复

      141#

    • 游客 2012-12-28 22:42

      确实太吊了,相当专业,涉及到IO机制,一般人看不懂

      支持(2)  |   反对(0)  |   举报  |   回复

      140#

    • 游客 2012-12-27 11:11

      这篇文章屌爆了……

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      139#

    • kingterrors学前班 2012-12-18 14:57

      网友 [Guest] 的原贴:1楼
      这篇文章简直是神作,要多少人费多少时间才能写出来啊,辛苦了,再次表示尊敬...By whidy blog.
      是啊,这要费多大劲才能写完啊,

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      138#

    • 游客 2012-12-14 13:43

      网友 [Guest] 的原贴:1楼
      今天看到新闻,帝都两个80后通过SSD优化打造世界最快的固态硬盘,传输速度每秒1.5GB,仅需3秒就能传输一张DVD光盘的数据。什么时候超能的SSD评测也加入这块SSD,肯定更有效果。
      那玩意需要一个PCI接口

      支持(2)  |   反对(0)  |   举报  |   回复

      136#

    • 游客 2012-12-09 23:26

      很详细的评测!要是能持续更新就更好了!

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      135#

    • 游客 2012-12-06 10:58

      今天看到新闻,帝都两个80后通过SSD优化打造世界最快的固态硬盘,传输速度每秒1.5GB,仅需3秒就能传输一张DVD光盘的数据。什么时候超能的SSD评测也加入这块SSD,肯定更有效果。

      支持(21)  |   反对(6)  |   举报  |   回复

      134#

    • 游客 2012-12-03 14:45

      看到这文章,超能网就被我放到了收藏夹里!

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      133#

    • 游客 2012-12-02 00:21

      支持这篇SSD评测,原理部分讲的很透彻!

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      132#

    • 游客 2012-11-27 18:32

      以后的SSD评测可以让用户来做,统一软件,尽量统一测试环境,软件都用AS SSD就足够,生成4组数据里比拼。SSD横向评测要的就是数量庞大,这样拥有一定的用户基数,做出来的测试一定很好玩,哈哈。 如果这种SSD横评要做,要给每个提供数据的会员充20元电话费,刚好也是一次互动,超能的小编们不妨试试看,效果应该不错。

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      131#

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