SSD《一》-- 基础知识

本文详细介绍了SSD的工作原理,包括前端接口、FTL层和后端通信模块的功能。SSD的写和读操作涉及到数据缓存、逻辑地址到物理地址的映射以及FTL的管理。核心参数如容量、存储介质和性能指标(IOPS、吞吐量、时延)对SSD的性能有重要影响。此外,数据可靠性通过UBER、PBER和MTBF等指标进行评估。文章还讨论了闪存的不同类型(SLC、MLC、TLC)及其特性。

SSD工作原理

    从主机PC端开始,用户从操作系统应用层面对SSD发出请求,文件系统将读写请求经drive转化为相应的符合协议的命令,SSD收到命令执行相应操作,然后输出结果。
    对SSD来说,输入的是Command,输出是Data和Command Status。SSD前端(Front End)接受用户命令请求,经过内部处理,输出用户请求的数据或状态。
    SSD前端负责和主机直接进行通信,接受主机发来的命令和相关数据,命令经SSD处理后,最终交由前端返回命令状态数据给主机。
    SSD通过SATA、SAS、PCle等类型接口与主机相连,遵守相应的ATA、SCSI、NVMe协议。如下表所示:

接口类型 协议命令 主机控制器接口 标准组织 文档链接
SATA ATA/SATA Command Set AHCI(Advanced Host Controller Interface) ATA-IO SATA Spec
SAS SCSI Command Set SCSI T10 of INCITs SCSI Express
PCle NVMe Command Set NVMe PCle Express/NVM Express nvm Express

下面是SSD系统调用的一张简要示意图:
SSD系统调用
从图中可以看出,SSD主要有三大功能模块组成:

  • 前端接口和相关协议模块
  • 中间FTL层(Flash Translation Layer)模块
  • 后端和闪存通信模块
SSD的写和读操作

    主机通过接口发送写命令给SSD,SSD接收到命令后执行,并接受主机将要写入的数据。数据一般会先缓存在SSD内部的RAM中,FTL为每个逻辑数据块分配一个闪存地址,当数据凑到一定数量后,FTL发送写入闪存请求给后端,后端根据写请求,把缓存里的数据写到对应的NA

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