Flash Drive閃存盤，作為代替使用了幾十年的機械硬盤，它與機械硬盤相比有著絕對的性能優(yōu)勢，架構(gòu)上也與機械硬盤有著很大的區(qū)別。本文以摘要的形式梳理了閃存盤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)Page、Block、Channel的作用以及使用閃存盤上的一些性能考慮和使用范圍。

閃存盤就像一個小型的存儲系統(tǒng)，它包括一下的組件：

•緩存區(qū)（Buffer）： 緩存里存著所有區(qū)域的索引信息，正在寫入的數(shù)據(jù)、并且使用專用的電容器（Power capacitors）在系統(tǒng)掉電的時候為緩存供電，然后把數(shù)據(jù)寫入到持久存儲NAND單元。

•頁面（Pages）：閃存盤內(nèi)部的芯片通過頁面為單位來尋址，73GB和200GB的閃存盤頁面大小為4KB，400GB的閃存盤頁面大小16KB。頁面內(nèi)容組成連續(xù)的尋址空間，就像存儲系統(tǒng)中的緩存一樣。寫入過程中，對于兩個2KB的IO在閃存頁面中必須寫入兩個連續(xù)的LBA（Logical Block Address），也就是占用兩個頁面。

•扇區(qū)（Blocks）：NAND類型的閃存盤的映射關(guān)系和文件系統(tǒng)類似，多個Pages組成為Block，但是區(qū)域中的頁面并不是連續(xù)的，這個block和SCSI以及文件系統(tǒng)中的block還是有所區(qū)別。NAND類型的閃存盤寫入都是在Block級別。Block的鏡像存儲在閃存盤的緩存中，知道一個區(qū)域?qū)憹M了，然后再寫入到閃存盤存儲單元的Block內(nèi)。

•通道（Channels）：閃存盤中芯片處理數(shù)據(jù)的通路，閃存盤擁有多個通道，保證存儲單元可以同時進行讀和寫的操作，對于大IO，會在多個通道上分段處理。

閃存盤中的頁面通過幾種狀態(tài)來管理數(shù)據(jù)狀態(tài)：

•Valid State：包含可用數(shù)據(jù)

•Invalid State: 包含過期數(shù)據(jù)

•Erased State：沒有被使用區(qū)域

頁面狀態(tài)會受到負載的影響，頁面狀態(tài)也會影響到可用的區(qū)域�？捎玫膮^(qū)域（已經(jīng)釋放的區(qū)域）會決定寫入的性能。由于隨機寫入頁面變得隨機分布，閃存盤使用元數(shù)據(jù)來定位Valid和Invalid的數(shù)據(jù)，比如一個占兩個Block文件更新寫入，第一個block寫入到緩存，那么它所對應(yīng)的NAND上的兩個block都會變成invalid。

閃存盤中還有一部預(yù)留空間，存儲通常意義上的元數(shù)據(jù)，預(yù)留空間會為寫入數(shù)據(jù)提供可用的block位置。

持續(xù)的數(shù)據(jù)寫入會使閃存盤飽和，然后閃存盤會在空閑的時間進行擦除（Erase）操作。在擦除之前，為了保證Block中的頁面必須都是invalid狀態(tài)，會將每個block中的valid頁面寫入到其他block，這個過程類似于硬盤碎片整理，主要分為幾個步驟：

•將Valid的頁面讀取到緩存中

•擦除NAND中舊的區(qū)域

•將Valid頁面寫入NAND的到其他Block中

使用閃存盤時的一些性能考慮與應(yīng)用場景:

是否閃存盤在使用久了以后會變慢？答案是，的確會有一些影響。閃存盤的剩余空間會是主要因素之一，因為剩余空間的減少會導(dǎo)致碎片的增加，影響到閃存盤對于持續(xù)寫入的相應(yīng)時間，較高的空間利用率會導(dǎo)致在每個block中有更多的valid頁面。隨著時間增加，這種valid頁面的分布會變得更加隨機分布而且空間利用率增加。如果block中包含比較高的比例的valid頁面，擦除的過程中就需要調(diào)整更多的頁面。閃存盤就需要更多的時間進行碎片整理。

閃存盤的大小是否影響性能？這里需要描述一個概念，叫做小IO和寫入頁面填充的概念，因為在閃存盤處理寫入IO的情況中，如果寫入的IO小于一個頁面的大小，則閃存盤需要進行Read-Modify-Write操作。因此對于閃存盤來說的負載加倍。所以就閃存盤性能來說，73GB和200GB使用的4KB頁面大小會好于400GB的16KB頁面大小。

最后還要簡要提一下閃存盤的應(yīng)用場景。其實處于成本效益的考慮，閃存盤的使用還是需要有的放矢。根據(jù)適合的應(yīng)用選擇，而且結(jié)合存儲陣列的情況進行綜合考慮，作者認為可以從以下幾個方面考慮：

•閃存盤通常還適用于高比例的隨機讀取和小IO的應(yīng)用。

•如果隨機寫入的比例大于20%，則是閃存盤最好發(fā)揮作用的情況。

•閃存盤和存儲陣列的緩存相結(jié)合。閃存盤很多情況下會加速存儲陣列的數(shù)據(jù)刷新效率，比較典型的就是高負債寫入的應(yīng)用，存儲陣列的緩存可以提供更短的前端響應(yīng)時間，減少從存儲陣列緩存中載入和寫入后端磁盤速度。但當(dāng)某些極大的數(shù)據(jù)庫情況下也有可能相反，存儲陣列緩存對于大量的寫入可能會響應(yīng)不及，而這種情況，根據(jù)使用存儲陣列實際情況，可以選擇性的跳過存儲陣列的寫緩存，而直接在后端使用大量（超過30個閃存盤）提供高帶寬，當(dāng)然也要考慮存儲陣列是否支持關(guān)閉寫緩存。

•對于數(shù)據(jù)庫應(yīng)用，閃存盤適用于存放索引、比較繁忙的表、臨時空間，而Redo Log和Archive log之類則不適合于存儲在閃存盤。

•對于消息系統(tǒng)（Exchange、Notes），閃存盤適用于存放用戶數(shù)據(jù)庫。

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