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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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    • 我匿名了  2014-03-28 06:39

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      157#

    • 游客  2012-12-18 14:53

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    • 游客  2016-02-03 23:25

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    • Tech学前班 2016-01-23 11:12    |  加入黑名单

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    • Tech学前班 2016-01-23 11:06    |  加入黑名单

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    • 游客  2014-03-27 16:21

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    • 游客  2013-10-30 18:23

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    • ngcw1986大学生 2013-09-07 15:19    |  加入黑名单

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      154#

    • 游客  2013-08-31 21:21

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    • 游客  2013-08-15 18:08

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    • philip管理员 2013-08-08 16:41    |  加入黑名单

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    • lancon 2013-07-12 22:16    |  加入黑名单

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    • 游客  2013-06-21 20:00

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      149#

    • 游客  2013-05-04 17:32

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    • 游客  2013-04-19 00:51

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      147#

    • 游客  2013-04-18 15:28

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      146#

    • 游客  2013-02-18 14:55

      本评论正在审核中,马上就好……

      145#

    • 游客  2013-02-18 10:18

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      144#

    • 游客  2012-12-31 21:04

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    • 游客  2012-12-29 23:57

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      142#

    • 游客  2012-12-29 13:35

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    • 游客  2012-12-28 22:42

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      140#

    • 游客  2012-12-27 11:11

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      139#

    • kingterrors学前班 2012-12-18 14:57    |  加入黑名单

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      138#

    • 游客  2012-12-14 13:43

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      136#

    • 游客  2012-12-09 23:26

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    • 游客  2012-12-06 10:58

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    • 游客  2012-12-03 14:45

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      133#

    • 游客  2012-12-02 00:21

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      132#

    • 游客  2012-11-27 18:32

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