13 493
правки
Изменения
Нет описания правки
Особенность NAND флеш-памяти заключается в том, что пишется она мелкими блоками, а стирается большими. Актуальное соотношение для Micron 3D NAND — страница (page) 16 КБ, блок стирания (block) — 16 или 24 МБ (1024 или 1536 страниц, MLC/TLC соответственно). Случайное чтение страницы быстрое. Запись тоже, но писать можно только в предварительно стёртую область — а стирание медленное, да ещё и число стираний каждого блока ограничено — после нескольких тысяч (типичное значение для MLC) блок физически выходит из строя. В более дешёвых и плотных (MLC, TLC, QLC — 2-4 бита на ячейку) чипах лимит стираний меньше, в более дорогих и менее плотных (SLC, один бит на ячейку) — больше. Соответственно, при «тупом» подходе — если при записи каждого блока его просто стирать и перезаписывать — случайная запись во флеш-память, во-первых, будет очень медленной, а во-вторых, она будет быстро выводить её из строя.
Но почему тогда SSD быстрые? А потому, что внутри SSD на самом деле есть очень мощный и умный контроллер (1-2 гигагерца, типично 4 ядра или больше, примерно как процессоры мобильников), и на нём выполняется нечто, называемое Flash Translation Layer — прошивка, которая переназначает каждый мелкий логический сектор в произвольное место диска. FTL всё время поддерживает некоторое количество свободных стёртых блоков и направляет каждую мелкую случайную запись в новое место диска, в заранее стёртую область. Поэтому запись быстрая. Одновременно FTL делает дефрагментацию свободного места и Wear Leveling (распределение износа), направляя запись и перемещая данные так, чтобы все блоки диска стирались примерно одинаковое количество раз. Кроме того, во всех SSD некоторый % реального места зарезервирован под Wear Leveling и не виден пользователю («overprovision»), а в хороших серверных SSD этот процент весьма большой — например, в Micron 5100 Max это +60 % ёмкости (в Micron 5100 Eco — всего лишь +7.5 %, 1.92 ТБ SSD содержит 10 чипов NAND по 1.5 терабита и 2 по 768 гигабит).
Именно из наличия FTL вытекает и проблема с энергонезависимостью и «power loss protection»-ом. Карты отображения секторов — это метаданные, которые при сбросе кэша тоже нужно сбрасывать в постоянную память, и именно этот сброс и вносит торможение в работу настольных SSD с fsync.
