‘开运·kaiyun体育’闪存技术大餐架构/颗粒/接口/可靠性全面解析

存储器最显著特点就是稳定性能，较低时延和低随机IOPS。对于存储器，在评估性能时，我们一般主要注目90%IO落到规定的时延范围(性能是一个线性范围，而不是某一个点)。

数据保护等执着所有软件特性都基于Inline构建，如Inline轻稿、传输、Thin-Provisioning(特别是在是轻稿，一方面SSD价格还是偏高，轻稿传输可以节约投放成本；另一方面也增加了IO肘次数提升SSD寿命)。但对于存储器，我们所注目的特性和技术指标相比之下好比这些。

　　存储器架构　　存储器的Scaleout能力：纵向拓展能力是应付所发采访和提高性能容量的最基本特性，所以存储器是必需不具备的功能。目前XtremIO反对16触，solidfire早已反对但100个控制器节点。

　　控制器平面A/A能力：存储器的主要应用于场景如OLTP等，传统的A/P、ALUA阵列在主控制器故障转换时都必须时间转换，并造成IO一回合；并且在存储器阵列下，一般系统CPU是瓶颈，所以只有无归属于、性能平衡的A/A平面架构才能更佳应付。目前传统存储(如EMCVMAX/VNX，HP3PAR，HDSUSP/VSP)都早已反对，但是存储器阵列还没有看到宣传；好多存储器产品，如PureStorage还是A/P模式。　　元数据管理　　存储器的设计主要是考虑到如何充分发挥出有SSD的随机采访性能，不像HDD那样，必须通过预取、IO单体技术来提升肘的顺序性，增加对机械盘的操作者来提高性能。

所以存储器在设计上要考虑到如何优化元数据(系统元数据、轻稿传输指纹、FTL同构等)管理，IO调度策略，垃圾重复使用和磨损平衡等设计。　　两层元数据管理架构是构建元数据管理的趋势，其基本思想是元数据同构基于LBA-块ID-Block方位的Map形式，卷的数据LBA同构到块ID，而不是磁盘上的物理Block地址；数据变化后只需转变对应块ID同构关系，块ID就可以同构到新的物理空间，这样比起单层方式就修改轻稿传输构建和效率。

　　SolidFire使用两层元数据管理架构构建元数管理，元数据管理使用Key-Value方式；元数据同构基于LBA-块ID-方位的Map形式，卷的数据LBA对应块ID，而不是磁盘上的物理地址；所以数据变化后计算出来指纹只需转变对应块ID同构关系，天然就反对轻稿。在垃圾重复使用时，是使用块标记法构建对未用于块的清理。

　　GFTL功能　　GFTL称为GlobalFTL，存储器阵列可以因应SSD控制器(必须SSD对外开放内部模块给阵列)，通过阵列已完成一些如ROW写满条带下盘，全局阻抗平衡，整块偏移读取、垃圾重复使用等高级优化功能。另外，GFLT也可记录轻稿传输数据库，指纹元数据管理，构建RAID功能，展开IO单体，通过元数据记录构建RAID剩条带下盘，从而回避读书、改动、写出缩放操作者，解决问题Write-Hole问题等。　　SSD自身的FTL不能已完成数据LAB/轻稿后数据块、到现实颗粒块(block)的影射，不能构建非常简单的垃圾重复使用和ROW数据写出，内部把有所不同Block的组织在一起构成RAID。

很多电视剧集SSD磁盘的存储器厂商都还不反对GFTL技术，但是该技术是提升存储器效率和竞争力的有力武器。　　轻稿特性　　轻稿是存储器最基本特性之一，分成Inline和Postline，但对存储器Inline才能反映确实价值。轻稿一般分成HASH指纹算法(以SHA-1为事例解释，不存在撞击问题)和按字节对比法两种，稿子节对比可靠性低，但不会严重影响存储器性能，所以很少用于，只在数据一致性拒绝十分严苛的场景下用于。

　　SHA-1算法不会有Hash冲突的概率，Hash输入长度一般为160字节的数字，对有所不同数据块(大小可设置)其输入是随机的，在0-2^(160-1)间产于，有所不同数据产生完全相同Hash值的概率2^(-160)，只有数据量(相同数据块大小)多达这些数字能回应的值时，才不会再次发生Hash冲突，但到目前方位，所有产生的数据量总和都不至于产生Hash冲突。　　所以Hash方式在产品中尤为少见。

场见的强劲Hash算法有SHA-1，SHA-256等；少见的弱Hash算法有Murmur3，CRC，MD5等；强劲Hash发生冲突的概率较低。　　但是在某些场景，如在8K业务数据块大小的数据库场景下，Key值基本上是唯一的，如果轻稿粒度也是8K则显然起将近重删的效果，可以让客户自由选择重开该功能(XtremIO的Inline轻稿功能是无法重开的)，只打开传输。　　IO基本流程　　数据从主机印发到存储器阵列控制器，对于非A/A架构的存储器来说，首先盘辨别IO对应LUN的归属于，如果LUN归属于在在本地控制器，IO就写出到到对应Cache并镜像，否则转发给LUN归属于控制器处置。Cache到水位时再行重复块LBA为适当大小后，转交电子货币模块(如重稿传输模块)处置，计算出来出有指纹后，将指纹和数据(反复数据只保有指纹)转交归属于控制器来已完成下盘，涉及模块肘时分配分条，凑满条带后顺序载入磁盘，记录现实地址和指纹关系，留存指纹到指纹数据库。

　　Block磨损平衡　　Block磨损平衡是为了让数据均匀分布在SSD的所有Block中，从而能超过冻热点均匀分布提升SSD寿命的目的。存储器必需获取磨损平衡来构建，磨损平衡分成动态磨损平衡和静态磨损平衡；动态磨损平衡是由主机改版数据启动时的，通过主机读取保证数据的擦写平均值产于到所有的Block上，因为每种应用于都有冷数据，所以静态磨损平衡并无法确保冷度均匀分布。　　静态磨损平衡是由SSD内部机制构建，将冻Block上的数据展开移往(不同于垃圾重复使用)，擦写冻Block上面的数据来拒绝接受常常变化的热点数据，使冻Block有机会沦为热Block，从而使SSD中所有Block的冷度超过均衡。　　SSD掉电维护　　为了避免SSD磁盘中缓存数据由于掉电遗失，SSD还必须获取掉电维护功能。

一般SSD不会设计电压检测模块来动态检测电压值，当电压高于设置阈值时，SSD电压检测模块不会通报SSD控制器转入掉电数据刷写流程，此时不会有超级电容作为补电源供电，把磁盘缓存数据刷到Flash颗粒中，避免数据遗失。　　另一方面，存储器阵列也应当获取一种机制，当阵列主动下电或升级确保时，印发命令给SSD，让SSD转入掉电缓存数据创下流程，保证数据一致性。　　存储器(Flash)是相对于HDD而言的一种非易失性存储器，Flash分成NORFlash和NANDFlash，NORFlash可以当成内存用于必要执行程序，比起DDR、SDRAM或者RDRAM具备掉电数据不遗失等特点，所以在嵌入式设备(ARM/MIPS等体系架构)中，一般使用NORFlash存储BootLoader和OS程序。

但今天我们的重点是NANDFlash。

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