详解固态硬盘的有趣知识及其底层原理

发布网友发布时间：2024-10-03 23:02

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热心网友时间：2024-11-16 19:58

在处理随机IO时，固态硬盘（SSD）因其2~3个数量级的加速，与传统HDD相比，已成为众多业务首选的存储介质。TiDB等KV系统对SSD的依赖尤为明显。尽管更换SSD已成为运维人员的常见需求，但深入理解其底层原理却鲜有人问津。以下，我们将探索SSD的一些有趣特性及其工作原理。

首先，了解几个关键术语。SSD的构成包括NVMe盘、SAS盘与CPU的连接关系，以及闪存这一核心元件。闪存通过源极、漏极和栅极的电场控制来存储数据，擦除和编程是其基本操作。内部结构上，闪存颗粒由成千上万的存储块组成，每个块又分页，页大小通常是4KB或8KB。

SSD的构造中，除了闪存，还包括控制器和内存，它们协同工作以实现多并发和低时延，使IOPS远超HDD。为了提高数据可靠性，SSD采取了容量冗余、磨损均衡和坏块管理策略。例如，企业级存储产品会使用28%以上的冗余比来确保数据安全。

数据冗余保护是另一重要措施，通过冗余检查方法，SSD能抵抗位翻转和数据丢失。至于寿命，SSD的写入量直接影响其寿命，而垃圾回收机制则在后台监控，以擦除无用数据，减少写放大效应。

尽管SSD在性能上表现出色，但在实际应用中，尽量采用顺序IO而非随机IO，能有效降低写放大，延长硬盘寿命。最后，尽管存储层在日常开发中往往被忽略，但其背后涉及到众多软件算法和硬件接口，如接口协议规范和闪存擦写接口，这些在存储阵列的高级功能中扮演重要角色。