SSD с открытым каналом
Твердотельный накопитель с открытым каналом — это твердотельный накопитель , который не имеет встроенного слоя Flash Translation Layer , но вместо этого оставляет управление физическим твердотельным накопителем операционной системе компьютера . [1] [2] Ядро Linux 4.4 является примером ядра операционной системы , поддерживающего твердотельные накопители с открытым каналом, соответствующие спецификации NVM Express . Интерфейс, используемый операционной системой для доступа к твердотельным накопителям с открытым каналом, называется LightNVM . [3] [4] [5]
Характеристики флэш-памяти NAND
[ редактировать ]Поскольку твердотельные накопители используют для хранения данных флэш-память NAND , важно понимать характеристики этого носителя. Флэш-память NAND обеспечивает интерфейс чтения/записи/стирания. Пакет NAND организован в иерархию кристаллов , плоскостей, блоков и страниц. В одном физическом корпусе может быть один или несколько кристаллов. Кристалл позволяет одновременно выполнять одну команду ввода-вывода. Плоскость позволяет параллельно выполнять аналогичные флэш-команды внутри матрицы. К NAND применимы три фундаментальных ограничения программирования:
- команда записи всегда должна содержать достаточно данных для программирования одной (или нескольких) страниц полной флэш-памяти,
- записи должны быть последовательными внутри блока,
- стирание должно быть выполнено до того, как страница внутри блока может быть (пере)записана.
Количество циклов программирования/стирания (PE) ограничено. Из-за этих ограничений контроллеры SSD записывают данные во флэш-память NAND в порядке, отличном от порядка логических блоков. Это означает, что контроллер SSD должен поддерживать таблицу сопоставления адресов хоста (логического) и NAND (физического). Это сопоставление обычно называется таблицей L2P. Уровень, который выполняет преобразование логических адресов в физические, называется уровнем флэш-трансляции или FTL. [6]
Сравнение с традиционными твердотельными накопителями
[ редактировать ]Твердотельные накопители с открытым каналом обеспечивают большую гибкость в принятии решений о размещении данных, выделении избыточных ресурсов , планировании, сборе мусора и выравнивании износа . [7] Однако твердотельные накопители с открытым каналом нельзя считать единым классом устройств, поскольку критические характеристики устройства, такие как минимальная единица чтения и минимальная единица записи, варьируются от устройства к устройству. [8] Поэтому невозможно разработать FTL, который автоматически работает на всех твердотельных накопителях с открытым каналом.
Традиционные твердотельные накопители поддерживают таблицу L2P в DRAM на SSD и используют собственный процессор для обслуживания этой таблицы L2P. В твердотельных накопителях с открытым каналом таблица L2P хранится в памяти хоста, и центральный процессор поддерживает эту таблицу. Хотя подход SSD с открытым каналом более гибок, для управления L2P требуется значительный объем памяти хоста и циклов ЦП хоста. При среднем размере записи 4 КБ для SSD размером 1 ТБ требуется почти 3 ГБ ОЗУ. [9]
Файловые системы для твердотельных накопителей с открытым каналом При использовании твердотельных накопителей с открытым каналом сопоставление L2P можно напрямую интегрировать или объединить с управлением хранилищем в файловых системах. [10] Это позволяет избежать дублирования между системным программным обеспечением и прошивкой SSD и, таким образом, повышает производительность и долговечность. Кроме того, твердотельные накопители с открытым каналом обеспечивают более гибкое управление флэш-памятью. Внутренний параллелизм используется путем координации расположения данных, сбора мусора и планирования запросов как системного программного обеспечения, так и прошивки SSD для устранения конфликтов и, таким образом, улучшает и сглаживает производительность. [11]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Матиас Бьёрлинг (12 марта 2015 г.). «Твердотельные накопители с открытым каналом» (PDF) .
- ^ Лу, Юю; Шу, Цзиву; Чжэн, Вэйминь (2013). Продление срока службы флэш-хранилища за счет уменьшения интенсивности записи из файловых систем (PDF) . БЫСТРЫЙ.
- ^ Корбет, Джонатан (22 апреля 2015 г.). «Взять под контроль твердотельные накопители с помощью LightNVM» . Проверено 3 февраля 2019 г.
- ^ Майкл Ларабель (15 ноября 2015 г.). «Взгляд на новые возможности ядра Linux 4.4» . Фороникс.
- ^ Майкл Ларабель (3 ноября 2015 г.). «Поддержка LightNVM появится в Linux 4.4» . Фороникс.
- ^ Бьёрлинг, Матиас; Гонсалес, Хавьер; Бонне, Филипп (2017). LightNVM: Подсистема твердотельных накопителей с открытым каналом Linux (PDF) . УСЕНИКС ФАСТ. стр. 359–374.
- ^ Бьёрлинг, Матиас (12 марта 2015 г.). Открытые твердотельные накопители (PDF) . Сейф . Проверено 3 февраля 2019 г.
- ^ Пиколи, Иван Луис; Хедам, Никлас; Бонне, Филипп; Тезюн, Пынар (12 января 2020 г.). SSD с открытым каналом (для чего он нужен) (PDF) . ЦИДР . Проверено 4 марта 2020 г.
- ^ «Fusion ioMemory™ VSL® 3.2.15» (PDF) . SanDisk, западный цифровой бренд . Проверено 3 февраля 2019 г.
- ^ Лу, Юю; Шу, Цзиву; Чжэн, Вэйминь (2013). Продление срока службы флэш-хранилища за счет уменьшения интенсивности записи из файловых систем (PDF) . БЫСТРЫЙ.
- ^ Чжан, Цзячэн; Шу, Цзиву; Лу, Юю (2016). ParaFS: файловая система с журнальной структурой для использования внутреннего параллелизма флэш-устройств (PDF) . УСЕНИКС УВД.
