全闪存储系统揭秘：全闪存储系统如何直面随机写性能挑战

“随机写产生的内部碎片，会给存储系统的性能和寿命带来双重挑战。大多数的企业 IT 应用，常伴随多并发的随机写入任务。随机写，特别是 4KB 随机写，无疑成为衡量全闪存储系统性能最重要、最严苛的指标之一。”

上期文章我们谈到，数据写入的方式，会严重影响到 SSD 的性能和寿命。

那么，具体会带来哪些影响呢？

随机写 VS 顺序写

常见的写请求包括随机写、顺序写。对传统的 HDD 而言，随机写增加了磁盘的寻址时间，因此，顺序写的性能远远大于随机写。而 SSD 的闪存芯片支持随机寻址，没有寻道和旋转盘片的开销，从理论上讲，随机写和顺序写的性能差异不会太大。

然而，在实际的应用中，我们不难发现，SSD 的随机写性能往往低于顺序写。

一个主要的原因是相较于顺序写，随机写容易造成大量的内部碎片。

上期文章我们谈到，闪存转换层可以将逻辑地址映射到闪存的物理地址。FTL (Flash Translation Layer) 大多数采用基于日志块（Log-block Mapping）的映射机制。闪存的物理空间被划分为数据块和日志块，每个数据块均有一个与之相关联的日志块。数据块用于存储数据，日志块用来临时存放对数据块更新后的数据。当数据块上有数据需要更新时，新的重写操作会先顺序写入到日志块中。原有数据块上的数据页均将被标记为无效页。

随机写使得存放在数据块上的数据之间彼此随机独立，当数据被更新时，数据块上的无效页也将随机分布，形成内部碎片。随着系统随机写操作的增加，最终大量的数据块都会包含内部碎片，严重增加垃圾回收开销。

通过上期文章的讲解，我们知道 SSD 中的无效页只有被擦除后，才能重新被写入使用。假设有 1562 个块，每个块有 1344 个页，每个块只有一个无效页。为了得到干净的空白块，1562 个块需要被扫描，在这个过程中，总共会触发 2097766 个读操作，2097766 次写操作，1562 个块擦除。

虽然这种极端的情况在实际应用中发生的概率不高，但研究发现，即使是高端的 SSD，在系统持续存在大量小尺寸随机写操作（如 4KB 随机写）时，性能最多可以下降 93%。

大多数的企业 IT 应用，常伴随多并发的随机写入任务，全闪存储系统需要从底层出发，应对随机写带来的性能和寿命双重挑战。而随机写，特别是 4KB随机写，无疑成为衡量全闪存储系统性能最重要、最严苛的指标之一。

全闪存管理技术如何实现高性能随机写入？

作为川源国产自研全闪存阵列存储操作系统的核心，FlexiRemap® 闪存管理技术中的写入设计专利技术，实现动态地址转换，将随机写入数据的逻辑地址重新排列为连续的物理地址。应用发出的随机写操作请求，将会统一通过动态地址转换，顺序平均写入到存储系统所包含的 SSD 中的物理空间中，最大化释放闪存性能。

应用了川源写入设计专利技术后，随机写入性能最高可提升 6 倍。

在提升性能的同时，川源 FlexiRemap® 闪存管理技术采用优化后的全局均衡磨损算法，延长 SSD 的使用寿命。

我们向一组 SSD 持续写入数据，默认情况下，红框中的 SSD 需处理特别大量的数据，更容易造成坏盘。而采用川源全闪存管理技术，优化数据写入方式后，每块 SSD 处理相同数量的数据。在解决全局磨损不均衡问题的同时，最大化地提高每颗 SSD 的使用效率，延长 SSD 的使用寿命。

 无论是写入设计专利技术，还是全局均衡磨损算法，都只是川源全闪存管理技术浮出水面的“冰山一角”。冰山下面，还蕴含着哪些技术宝藏呢？后面的文章中，我们将继续揭秘全闪存管理技术的“精、准、巧”。

点击查看完整技术视频

上海川源信息科技 

扫一扫，查看完整视频