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    3.5.1 SSD不可靠?写入放大带来的难题

      NAND闪存的写入(P/E循环)次数有限,SLC的量级是1万-10万次,而MLC普遍只有3000-5000次,因此围绕SSD可靠性的争议和研究就没停止过,随便搜索有过SSD的资料见的最多的就是讨论SSD可靠性(reliability)的文章。

      当然,也有一种说法称即便只有3000次写入寿命,60GB SSD的写入数据寿命也有3000*60GB=180TB,120GB也有360TB,其他更高容量的SSD写入量就更大了,日常使用中谁有这么多的写入操作,操作系统大都是读取操作而已,因此SSD寿命问题不足为虑。

      这种解释有其合理性,但是了解过SSD实际写入操作之后就应该明白写入数据寿命的计算方式是基于一种理想状态---需要写入多少数据就实际写入多少数据,但是SSD中这两个数据并不是相等的。

      还是看前面的例子,1234.txt从4B大小增加到8B大小名义上只多了4B的写入量,这是本机写入的数据量,HDD上直接覆写就可以了,但是SSD的写入是这样的:重新写入8B数据、清空block时把这8B数据又拷贝、写入了一次,实际写入量是16B,期间有两次写入、一次读取以及一次擦除操作。

      在SSD写入过程中,SSD实际需要写入的数据量跟本机写入的数据量是不一致的,说得专业一点就是SSD写入过程中数据被无谓增加了的,这就是SSD的写入放大(Write Amplification)问题,二者存在一个比值叫做写入放大率(Write Amplification Factor,简称WAF)

    WAF=SSD实际写入的数据量/本机写入的数据

      WA=1的情况就是上面计算SSD写入寿命的理想状态,但是现实跟理想是有差距的,而且上面的例子将page和block都简化了,只是有助于理解SSD的写入特性,如果以实际的4KB page、256KB block(64个page)来算,并且其中63个page已经写入了数据,真正的写入放大是这样的:

      
    Wiki上有关写入放大的解释

      当前block有63个page写入了数据,还留下4KB空间,此时如果写入4KB数据,理论上正好填满整个block,但是SSD不能直接覆盖写入数据,其他63个page的数据必须先复制到内存中,然后将整个blokc清空,要写入的这个4KB数据会在内存中与前面的63个page中的数据混合到的一起,然后再重新写入到一个block中。

      在这个过程中,本机写入的数据是4KB,但是SSD实际写入的则是256KB,是前者的64倍,WAF写入放大率就是64,这还是一个block的情况,如果SSD是内部多颗die组建了RAID 0模式,那么实际擦除和写入的数据就不再以block为单位,而是以band为单位进行擦除和写入,假如是20颗die,那么要擦除和写入的数据量也会是原来的20倍,写入放大会更严重。

      写入放大不仅无谓地提高了NAND闪存的写入次数,还会影响性能,因为另外的63个page还多出了一次读取数据的过程,SSD的IOPS通常都是数千到数万级的,我们以1000来算,即便只是复制了252KB的数据,写数据的同时读取速度也会有252MB/s,这个多余(但对SSD来说是必须的)的过程消耗了大量带宽,SSD的性能自然会下降。

      也有人会说一句:“小编,你傻啊,那个4KB数据为什么非得写在有数据的地方,写在空白的block区域不就没事了,WAF就是1啊”,不错,这个问题也是解决或者说减少WAF的因素,在空盘上连续写入的情况下是不存在写入放大情况的,SSD空白block越多写入放大就越少,再往下引申就是TRIM指令生效越多,写入放大也越少;OP预留空间越多写入放大也越少(但是这又会影响用户的可用空间),GC垃圾回收实际上也是在重写数据,也会增加写入放大,但是GC又不可或缺。

      减少写入放大是提高SSD可靠性的必要工作,在这方面Intel的SSD是做的比较好的,因为写入放大的概念就是Intel提出的,他们的研究也更深入。

      以上图为例,Intel宣称其SSD的WAF只有1.1,WLF(耗损均衡指数)为1.1,以40TB的本机写入量、32GB容量来算Intel的SSD写入次数只有1500次,低于闪存通常3000-5000次的写入寿命,而传统技术的SSD写入循环是7万5千次,已经大大超出MLC的写入次数,即便是SLC也难以承受。

      上面只是一个例子,降低写入放大率可以延长SSD的使用寿命,提升产品可靠性。至于如何降低WAF就要靠厂商的主控、OP空间、TRIM、GC等技术的处理能力了,通常情况下如果写入数据是不可压缩的,那么WAF不可能小于1,但是SandForce主控支持数据压缩,其WAF通常只有0.5,最新的SF-2281甚至只有0.14,当然这又涉及另一个问题了,数据压缩也不是万能的,如果能像Intel那样做到1.1的放大率就非常好了。


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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  加入黑名单

      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  加入黑名单

      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  加入黑名单

      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  加入黑名单

      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!

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      151#

    • lancon 2013-07-12 22:16  加入黑名单

      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(10)  |   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!

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      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(3)  |   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  加入黑名单

      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!

      支持(1)  |   反对(2)  |   举报  |   回复

      133#

    • 游客 2012-12-02 00:21

      支持这篇SSD评测,原理部分讲的很透彻!

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

      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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