ssd原理简介

﹏ヽ暗。殇╰゛Y 2022-05-21 09:04 230阅读 0赞

author：skate  
time：2012/10/18

**ssd原理简介**

SSD硬盘之所以需要特别优化系统配置，主要是由其特性决定的：

写入方式  
向SSD硬盘写入数据时，不能像写入普通硬盘那样直接覆盖，而是要先擦除、再写入。不幸的是，由于设计的原因，  
虽然写入操作可以以页（page，常为 4KB）为单位，擦除操作的最小单位一般是块（block，常为512KB）。\[1\]如果  
想保留块中的其它数据，需要在擦除前要先读出该块的数据，并在修改后写回。所以每一次写操作实际写到硬盘上  
的数据很可能原来计划比要写的数据多，这就是所谓的 Write amplification效应。这是SSD的读取比写入快得多的原  
因之一。

存储单元损耗 (Wearing)  
SSD的每一个存储单元被擦除、写入的次数是有限的。市面上常见的使用 MLC (Multi-Level Cell) 技术的SSD，单个存储单元只能被擦除、重写几千次，而采用相对昂贵的 SLC (Single-Level Cell) 的SSD也有几万到几十万次的擦除寿命\[2\]。这是很多人对 SSD 硬盘不放心的因素之一，但实际上得益于耗损平均技术，该问题对普通用户的影响并不显著。  
   
耗损平均技术 (Wear Leveling)  
虽然每个存储单元的寿命有限，但每个物理存储单元对应的逻辑地址没必要是一成不变的。通过将要写入的数据动态地映射到不同的物理存储单元，SSD的寿命可以得到明显的提升\[3\]。如一个 64GB 的 SSD 设备，如果每个单元可被擦除、重写3000次，而某桌面用户每天写入 10GB 的数据，该设备出现有存储单元报废需要约 64 \* 3000 / 10 / 365 = 52年 。 由于一般来讲桌面应用的写入并没有这么多，所以因为擦除、写入次数过多而导致SSD丢失数据的顾虑是没有什么必要的。

**针对以上特性，在软件方面优化SSD的性能应主要集中在以下几个方面：**

提高物理写入的效率，减缓Write amplification。  
充分利用SSD随机访问快的特性。  
减少不必要的硬盘写操作。

与此相关的，涉及到如下两个术语：

分区对齐 (Partition Alignment)  
由于SSD向一个块写入数据前要先擦除整个块，如果要写入的一个逻辑块分布在两个物理块中，那么涉及到的两个物理块都要被擦除重写。而如果将分区表和文件系统向物理块对齐，就可以减少这种情况，延长硬盘的寿命。一般SSD的块大小都能整除 512KiB \[6\]，所以将分区的启始逻辑位置设为 512KiB 或 1MiB 的整数倍通常是比较合理的。

TRIM  
TRIM 本身是一个 SATA 指令。在删除文件时，文件系统一般只做必要的标记而不真正抹去存储介质上的数据。对于普通磁盘，这就足够了，被标记的部分以后在需要时会被覆盖。而对于 SSD 硬盘，告知硬盘有些块不再被需要是很有意义的，硬盘可以据此优化其垃圾回收过程，加快以后写入数据的速度。\[1\]。

**ssd优化**  
1.分区对齐  
使用多数现代分区工具分区的硬盘，一般是已经对齐的。如在较新的GParted中，新建分区的默认对齐方式就是 MiB

\[root@detaildb01 ~\]\# fdisk -l

Disk /dev/sda: 299.4 GB, 299439751168 bytes  
255 heads, 63 sectors/track, 36404 cylinders  
Units = cylinders of 16065 \* 512 = 8225280 bytes

Device Boot      Start         End      Blocks   Id  System  
/dev/sda1   \*           1          13      104391   83  Linux  
/dev/sda2              14        5112    40957717+  82  Linux swap / Solaris  
/dev/sda3            5113       36404   251352990   83  Linux

Disk /dev/sdb: 598.3 GB, 598342631424 bytes  
255 heads, 63 sectors/track, 72744 cylinders  
Units = cylinders of 16065 \* 512 = 8225280 bytes

Device Boot      Start         End      Blocks   Id  System  
/dev/sdb1               1       72744   584316148+  83  Linux

2.挂载选项

在很多教程中出现的选项是-o discard，该选项可用于 ext4 和 btrfs 文件系统，作用是在删除文件时实时发出 TRIM 指令，以期加快以后写数据的速度。值得注意的是，该指令的效果是受到严重怀疑的。2011年中旬的数据表明， discard 选项非但没有提升SSD的效率，反而使其变慢了。Btrfs的-o ssd选项也不会启用discard。相比之下，定时发送 TRIM 指令可能是更好的选择。

定时 TRIM  
虽然实时TRIM选项-o discard效果并不好，但定期对已删除的文件做TRIM还是有意义的\[12\]，如：

\# 告知硬盘分区"/"中的哪些块已不再被使用  
fstrim -v /

noatime（或relatime）, nodiratime是另外两个可以考虑的挂载选项，它们防止在读文件时更改文件的“最近访问”时间戳，  
减少写入硬盘的次数。采用noatime选项后，在编译Linux内核的过程中，硬盘写入量比没使用时少了约13% 。请依照数据自  
行权衡利弊。

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