摘要： KV組件的寫平衡（磨損平衡）特性就是通過異地更新、垃圾回收等策略來平衡flash介質(zhì)各個(gè)存儲區(qū)塊的磨損程度，以避免某些“特定”存儲區(qū)塊因過度使用而形成壞區(qū)，從而延長flash的使用壽命。

前言

KV組件是AliOS Things中一個(gè)以Key-Value方式進(jìn)行持久化存儲的輕量級組件，主要為基于nor flash的小型MCU設(shè)備（Micro Control Unit）提供通用的Key-Value持久化存儲接口。KV組件支持寫平衡（磨損平衡）、掉電保護(hù)特性，且具有相當(dāng)?shù)偷膄ootprint。這里主要介紹KV組件在設(shè)計(jì)寫平衡特性時(shí)的一些考量。
What – KV組件的寫平衡特性是什么

對于flash介質(zhì)而言，它是有一定的擦寫次數(shù)限制的。如果針對介質(zhì)上一個(gè)固定地址進(jìn)行重復(fù)的擦除、寫入，將會導(dǎo)致該區(qū)域的使用壽命降低，甚至出現(xiàn)介質(zhì)損壞的情況。KV組件的寫平衡（磨損平衡）特性就是通過異地更新、垃圾回收等策略來平衡flash介質(zhì)各個(gè)存儲區(qū)塊的磨損程度，以避免某些“特定”存儲區(qū)塊因過度使用而形成壞區(qū)，從而延長flash的使用壽命。
Why – KV組件為何需要寫平衡特性
KV組件的設(shè)計(jì)初衷是為了給基于nor flash的小型MCU設(shè)備提供一個(gè)可以存儲配置信息的模塊。對于單個(gè)配置信息而言，一般所需存儲的字節(jié)數(shù)大多在十幾個(gè)字節(jié)~幾百個(gè)字節(jié)量級，而一般nor flash的最小擦除單位（sector）都在4K字節(jié)以上，且根據(jù)flash介質(zhì)需先擦再寫的特點(diǎn)，如果沒有寫平衡特性，每次新寫入或更新配置信息都會帶來一次flash介質(zhì)擦除操作，這將大大影響flash介質(zhì)的使用壽命（一般nor flash的擦除次數(shù)限制大約10萬次左右）。

下表是flash介質(zhì)在有無寫平衡特性下重復(fù)寫入使用壽命的理論計(jì)算對比：
（限制條件：flash擦除sector大小為4k， 擦除次數(shù)限制為10W次，每日寫入次數(shù)5000次）

根據(jù)上表的對比，KV組件的寫平衡特性在幾百個(gè)字節(jié)量級的寫入情況下起碼可以延長flash 8倍以上的使用壽命。

How – KV組件寫平衡特性的實(shí)現(xiàn)考量
由于小型物聯(lián)網(wǎng)嵌入式設(shè)備的硬件資源較為匱乏，對code size以及RAM的占用size比較敏感。所以基于資源消耗的考量，寫平衡特性在KV組件中的實(shí)現(xiàn)遵循make it simple原則，主要依賴以下兩個(gè)策略來實(shí)現(xiàn)：

異地更新策略：
Key-Value鍵值對采用順序?qū)懭搿惖馗碌姆绞?#xff0c;即不再在原存儲位置擦除重寫，而是在其余空閑位置寫入新鍵值并將原鍵值標(biāo)記無效等待回收。這樣既可以減少flash的擦除操作次數(shù)，又可以提高flash的空間利用率，也避免了對“特定”存儲區(qū)塊過度使用的問題。
示意圖如下：

垃圾回收策略：
當(dāng)flash存儲區(qū)塊的剩余可用空間達(dá)到閾值時(shí)，會觸發(fā)垃圾回收機(jī)制。垃圾回收機(jī)制采用基礎(chǔ)的SGC算法進(jìn)行資源回收釋放，即當(dāng)系統(tǒng)觸發(fā)垃圾回收時(shí)，從當(dāng)前寫入塊的下一個(gè)存儲塊開始依次檢查存儲塊的管理狀態(tài)，若存儲塊的管理狀態(tài)為Dirty狀態(tài)，則將該存儲塊中的有效數(shù)據(jù)依次挪向垃圾回收預(yù)留的空閑存儲塊，當(dāng)數(shù)據(jù)遷移完成后，會擦除Dirty存儲塊并標(biāo)記可用空閑狀態(tài)。
示意圖如下：

小結(jié)
KV組件的寫平衡特性，在兼顧footprint需求的同時(shí)，也能有效的提升flash的使用壽命。不過也是由于footprint的要求，寫平衡特性在算法的實(shí)現(xiàn)相對較為簡單，在資源更豐富的場景下，可以采用更復(fù)雜高效一些的平衡算法。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的AliOS Things KV组件的写平衡特性的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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