SSD 背后的奥秘

过去很长一段时间里，我对 SSD 的了解仅限于其和 HDD 的区别和一个标签化的「速度快」认知，至于其什么时候快，为什么快却鲜有了解。直到最近开始研究数据库时，发现数据库设计和存储发展和特性紧密联系，不可分割，于是才开始回过头关注起 SSD 的结构和原理，猛然发现之前关于 SSD 有许多非常错误的认识。

SSD 的基本结构

在了解 SSD 性质前，简单回顾下 SSD 的基本结构组成，下面是两张 SSD 的架构图：

其中，SSD Controller 用以执行耗损平衡、垃圾回收、坏快映射、错误检查纠正、加密等功能。相比与 HDD，它的工作非常繁重，而这些工作极大地影响了 SSD 的性能表现，后文会详细谈到。SSD 内部的闪存（Flash）由一个个闪存单元组成，每个闪存单元都有一个寿命，超过寿命将导致坏块。常见有三种闪存单元类型：

• SLC：每个单元 1 比特
• MLC：每个单元 2 比特
• TLC：每个单元 3 比特

每种 NAND 类型有不同的性能和寿命表现，如下表：

闪存单元内部由一个个 Block 组成，每个 Block 由多个 Page 组成。

对于闪存的访问有以下限制：

• 读写数据只能以 Page 为单位
• 擦除数据只能以 Block 为单位

每个 Page 大小一般为 2 KB 到 16 KB，这意味着使用 SSD 时，哪怕读或写 1 Byte 的数据，SSD 依旧会访问整个 Page。

此外，SSD 并不允许覆盖的操作，当原本 Page 中已有数据时，只能先删除再写入，为了加快写入速度，一般 SSD 修改数据时，会先写入其他空闲页，再将原始页标记为 stale ，直到最终被垃圾回收擦除。