【初識SSD】SSD的基本知識
前言
《深圳男子圖鑑》 繼續搬磚ing，今天(4天前)看到某面向SSD的專案，趕緊學習了一下SSD的基礎知識。
主要是從儲存系統、DB開發的角度來看SSD，並非專業搞硬體的，完全初學者。
正文
SSD的壽命
首先是我對SSD最初瞭解的一點，SSD是有壽命的。由於SSD的物理性質，導致了它是有一定使用壽命的，當每個單元被讀寫一定次數之後就將不可用。
而主要有3種材質的
SLC MLC TLC
這三種材質最大的區別就是單元儲存的bit數不同 SLC1個 TLC3個，
隨著儲存的bit多，效能（讀取、寫入延時）越來越高，壽命越來越短，當然成本也越來越低。
損耗均衡
正因為有壽命的影響，所以我們希望整塊SSD最好可以達到一個損耗均衡的效果（一個512G的SSD，每天IO數目相同，總壽命有5年，那麼我肯定不希望2。5年時只有256G可用。。），所以會有一定的策略來保證損耗均衡。
具體引數可見下圖（出自coding for ssd–Part 2）
| SLC | MLC | TLC | HDD | RAM | L1 cache | L2 cache | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| P/E cycles | 100k | 10k | 5k | * | * | * | * |
| Bits per cell | 1 | 2 | 3 | * | * | * | * |
| Seek latency (μs) | * | * | * | 9000 | * | * | * |
| Read latency (μs) | 25 | 50 | 100 | 2000-7000 | 0.04-0.1 | 0.001 | 0.004 |
| Write latency (μs) | 250 | 900 | 1500 | 2000-7000 | 0.04-0.1 | 0.001 | 0.004 |
| Erase latency (μs) | 1500 | 3000 | 5000 | * | * | * | * |
| Notes | * metric is not applicable for that type of memory | ||||||
對於機械硬碟來說，由於需要尋道，旋轉，所以隨機讀寫的效率很低。但是順序讀寫的效率相對高。
而對於SSD來說，不需要尋道旋轉，因此隨機讀的效率強於HDD。順序 寫的效率也是相對高於隨機寫的
與HDD不同的寫入
SSD和我們普通HDD很不同的一點是寫入。我對於硬碟之前的印象都是直接寫入，也就是說像一個本子，寫完一頁後，如果這頁的內容不需要了，就打個標記，下次，繼續寫這頁。或者說和記憶體一樣，刪除並不是擦除，只是打標記。
但SSD不是這樣，SSD的操作只有program（寫）erase（擦除）read（讀），也就是說必須要在寫之前擦乾淨。（具體必然是跟物理性質有關啦，這裡不深入）。
所以這就導致了一些問題。
1.我們的檔案系統對於刪除操作，就類似於記憶體這樣只是靠標記來區分空閒儲存，但是對於SSD來說，它並不知道這個標記的存在，只有當下次寫入時，SSD才能“意識”到這塊是不需要的，才開始執行擦除，或者叫垃圾回收操作，大大降低了寫的效率。
2.前面提到的損耗均衡在這裡依然有效，對於一塊被標記為空但是SSD不知道的頁，SSD的損耗均衡機制會讓它去進行無意義的資料移動，這依然是一種寫放大，降低了效能。
Trim命令
那麼針對這種問題，關鍵在於SSD需要知道哪些被標記了。就誕生了這樣一個命令Trim，通過這個命令就可以讓SSD知道了。但是這個命令需要OS，FS，SSD三方共同支援才可以。
但是對於寫，存在
SSD的寫放大效應
寫放大（write amp）效應。什麼放大？我大CD了。。。。xx放大不止存在於SSD這裡，是一個很尋常的概念，例如，有一棵BST，那麼我的一個讀/查詢操作實際上是要讀取好幾次葉子節點中的值，只希望讀取一次的操作實際上讀了好幾次，那麼可以說這個讀被放大了。寫操作同理。
SSD的寫放大，也是它的特點之一。為什麼SSD存在寫放大呢？SSD的組織形式是頁（page）–塊（block）–片（plane）。讀寫都是頁對齊，擦除是塊對齊，因此加入我們只想寫小於一頁的資料時，卻實際要寫入一頁的資料，這就是我們說的寫放大。頁往往是KB這個數量級的，所以對於效率的損失是需要好好考量的。
其次，我們知道SSD必須在寫入前擦除，那麼可想而知，上面的寫入，需要先讀出（之前的在同一頁資料），快取起來，再擦除，再整體寫入一頁，做了非常多的無用操作。