本節(jié)書摘來異步社區(qū)《信息存儲與管理（第二版）：數(shù)字信息的存儲、管理和保護》一書中的第2章，第2.12節(jié)，作者：【新加坡】G.Somasundaram ,【美】Alok Shrivastava，更多章節(jié)內(nèi)容可以訪問云棲社區(qū)“異步社區(qū)”公眾號查看。

2.12　閃存盤簡介

信息存儲與管理（第二版）：數(shù)字信息的存儲、管理和保護
隨著信息的增長，存儲用戶的業(yè)務應用對于性能的需求越來越高。傳統(tǒng)上使用增加磁盤數(shù)量的方式滿足較高的I/O需求。企業(yè)級閃存盤（enterprise class flash drives，EFD）的出現(xiàn)改變了這種狀況。

閃存盤也被稱為固態(tài)硬盤（solid state drives，SSD），是新一代的磁盤。它擁有極高的性能，能滿足性能敏感型應用的需求。閃存盤使用基于半導體的固態(tài)存儲（閃存）來存取數(shù)據(jù)。與傳統(tǒng)的機械磁盤相比，閃存盤不含移動部件，因此也沒有尋道時間和旋轉(zhuǎn)延遲。另外，因為是基于半導體的設(shè)備，閃存盤比機械磁盤更省電。閃存盤特別適合那些文件塊較小（small block size），隨機讀取工作較多，且要求響應時間持續(xù)保持較低水平的應用。那些需要快速處理大量數(shù)據(jù)（如貨幣兌換，電子交易系統(tǒng)）或者實時數(shù)據(jù)處理的應用在使用閃存盤后能大幅提高性能。

企業(yè)級閃存盤的吞吐量是傳統(tǒng)機械磁盤的30倍，而響應時間不到機械磁盤的10分之1（分別是小于1ms和6～10ms）。此外，每存儲1 TB數(shù)據(jù)，使用閃存盤與使用機械磁盤相比，最多可節(jié)省38%的電能。換算成單個I/O消耗的電能，閃存盤比機械磁盤節(jié)省98%。

綜合來說，雖然單GB容量的成本更高，閃存盤依然提供了更低的整體擁有成本（total cost of ownership）。應用閃存盤后，企業(yè)達到應用的性能需求所需的磁盤數(shù)量更少（大約只需機械磁盤數(shù)量的20～30分之一）。不但節(jié)省了磁盤的成本，還節(jié)省了電能、制冷的花費，占用空間也更小。磁盤數(shù)量減少，還可以降低存儲管理的成本。

2.12.1　閃存盤的組件和架構(gòu)

為了保證兼容性，閃存盤采用了和機械磁盤相同的外形和連接器。這樣存儲機柜中的一個機械磁盤壞掉時，可以直接用一個閃存盤替代。閃存盤的關(guān)鍵組件包括控制器、I/O接口、大容量存儲（存儲芯片的集合）和緩存。控制器控制閃存盤的運行。I/O接口提供電力和數(shù)據(jù)訪問。大容量存儲由一組用于存儲數(shù)據(jù)的非易失性NAND閃存芯片組成。緩存是進行數(shù)據(jù)處理或操作的臨時空間或緩沖池。

一個閃存盤上有多個用于數(shù)據(jù)訪問的并行I/O通道（控制器和閃存芯片）。一般來說，閃存芯片和通道的數(shù)量越多，閃存盤的內(nèi)部帶寬越大，其性能越高。閃存盤一般有8到24個通道。

閃存中的存儲芯片是以塊和頁為邏輯單位組織的。頁（page）是閃存盤上能被讀寫的最小對象（object）。頁組合成塊（block）（此處的塊與機械磁盤扇區(qū)512字節(jié)的塊不同）。每個塊可以有32、64或者128個頁。頁的大小沒有唯一標準，常見的大小有4 KB, 8 KB和16 KB。閃存盤模擬物理磁盤的邏輯塊地址（LBAs）,每頁占據(jù)一系列連續(xù)的物理塊。舉例來說，一個大小為4 KB的頁占據(jù)8個連續(xù)的512字節(jié)數(shù)據(jù)塊。閃存盤的讀操作發(fā)生在頁層級，而寫操作則發(fā)生在塊層級。

2.12.2　企業(yè)級閃存盤的特性

企業(yè)級閃存盤的主要特性如下：

NAND閃存技術(shù)：NAND閃存技術(shù)非常適合讀取隨機數(shù)據(jù)。NAND設(shè)備采用不良塊追蹤（bad block tracking）技術(shù)和校驗碼（error-correcting code，ECC），以保證數(shù)據(jù)一致性，實現(xiàn)最快的寫入速度。
基于單級單元（Single-Level Cell，SLC）的閃存：NAND技術(shù)有兩種單元設(shè)計方式。多層單元(Multi-Level Cell, MLC) 可以記錄多個狀態(tài)，所以每個單元可以存儲多位數(shù)據(jù)。而單層單元的每個單元只存儲一位數(shù)據(jù)。單層單元有性能好和壽命長的優(yōu)勢，是適合企業(yè)數(shù)據(jù)應用的較優(yōu)方案。單層單元的讀取速度是多層單元的兩倍，而寫入速度可達多層單元的四倍多。單層單元的寫入擦除周期（write erase cycle）是多層單元的10倍多。另外，單層單元每個單元只存儲一位數(shù)據(jù)，出錯的幾率大大減小，所以其可靠性也好于多層單元。
寫入平衡技術(shù)（write leveling technique）：最大化磁盤壽命的一個重要方面是保證存儲單元的使用較平均。這意味著經(jīng)常更新的數(shù)據(jù)要寫入不同的位置，避免對同一單元的使用過于頻繁。企業(yè)級閃存盤在設(shè)計時就考慮到這一點，新的寫入操作會使用最新（即最少使用）的塊。

總結(jié)

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