SSD領域涉及到較多的專業術語,為了更深入地了解SSD技術,本文對常用SSD術語進行簡要的說明和介紹。
Namespace
命名空間,是 NVMe 協議中一個基本的邏輯空間的概念。簡單地說,命名空間將 NVMe SSD 的用戶空間進行邏輯劃分,每個命名空間擁有自身的 NAND 顆粒,可以獨立地進行格式化和加密等操作。
OP
Over-provisioning,一般稱為預留空間,它是指 SSD 保留一部分閃存空間留作他用,這部分空間用戶不可操作,容量大小一般是由主控決定的,一般不建議用戶自行修改。OP 空間在垃圾回收(Garbage Collection, GC)、耗損平衡(Wear Leveling, WL)、減少寫入放大(Write Amplification, WA)等多個方面都有作用,具體如何應用要取決于 SSD 主控算法。OP 的使用情況對于磁盤的健康狀態是有影響的。
DWPD
Diskful Writes Per Day,每日整盤寫入次數,是指在預期壽命內可每日完整寫入 SSD 固態硬盤所有容量的次數。這個參數一般會作為參考 NMVe SSD 壽命和性能的重要評測數據。由于 SSD 的實現是基于電氣原理的,每個 NAND 顆粒的擦寫(P/E)次數是有限制的,一般廠家都會標定一個壽命期限。OP 所實現的 WL 對于維護磁盤的使用壽命具有很重要的意義。
MTBF
Mean Time Between Failures,平均無故障工作時間,或相鄰兩次故障之間的平均工作時間,是衡量一個產品的可靠性指標,單位為“小時”。MTBF主要通過實證法采用加速應力方式來證明產品長期可靠度,主要通過高溫加速測試計算評估,從測試深度、廣度、持久度三個方向進行測驗。
Protection Information,保護信息。完整的端到端數據保護支持由Host端生成PI,提供從Host直至SSD內部的完整端到端數據路徑保護。在數據生成時,通過對數據添加PI,并將其作為元數據始終伴隨用戶數據一同傳輸和校驗,借此降低靜默錯誤的發生;同時,借助ECC(如BCH、LDPC)、Die間RAID5等手段,對檢測到的錯誤數據加以修正,提升整個端到端數據傳輸過程中的可靠性。PI也可以通過SSD Controller生成,提供SSD盤內的數據保護,通常,后者稱為“數據路徑保護”技術。
PI與用戶數據通常是連續存放。這要求SSD在提供標準的用戶數據存儲空間(如512字節或4096字節)之外,額外提供PI作為元數據的存儲區域。
VSS
Viable Sector Size,可變Sector Size,也叫活性扇區大小。它允許SSD在保存用戶數據的同時,保存該數據的元數據,也就是對PI的存儲。它是全閃存陣列實現NVMe端到端數據保護,降低靜默錯誤發生的必要前提。在保證一致性能前提下,進一步保證存儲系統和分布式文件系統對數據可靠性的高要求。
DIF/DIX
PI 的具體實現包括 DIF 和 DIX 兩種方式,這兩種數據保護機制的主要區別是 PI 信息的位置不同。具體選擇哪種格式,要根據應用場景的需求。
Data Integrity Field (DIF),即元數據與用戶數據(LBA Data)連續存放。
Data Integrity Extension (DIX),元數據與用戶數據單獨存放。
SR-IOV
Single-Root I/O Virtualization,單根 I/O虛擬化。是一種基于硬件的虛擬化解決方案,通過利用PF和VF的屬性,將一個設備虛擬出多個PCIe設備,利于虛擬機操作,從而大大減輕宿主機的CPU負荷,提高性能和可伸縮性,幫助系統解決虛擬機SSD盤的QoS問題,可支持更多數量的虛擬機業務。VM可直接與VF通信,不需要Hypervisor接入IO處理,節約 vCPU資源,實現性能隔離。
SR-IOV可實現多個虛擬機共享物理資源,且bypass Hypervisor(或者VMM)軟件層,使得虛擬機可使用到NVMe SSD的高性能。
PRP
Physical Region Page,物理(內存)區域頁,主機側用于通知SSD數據所在的內存位置的一種方式。NVMe把Host的內存分為頁的集合,頁的大小在CC寄存器中配置,可以是4K、8K…128MB,PRP Entry是一個64位的內存物理地址指針,描述的是一段連續的物理內存的起始地址,PRP list中每個PRP Entry都描述一個物理頁。每個NVME 命令有兩個域,PRP1和PRP2,Host通過這兩個域告訴SSD數據在內存中的位置或數據需要寫入的地址。
SGL
Scatter Gather List,散列聚集列表,是另一種索引內存的數據結構。用以描述一段數據空間,該空間可以是數據源所在空間,也可以是數據目標空間,SGL由若干個SGL segment組成,每個segment又由若干個SGL descriptor組成。與PRP描述物理頁不同,SGL可以描述任意大小的內存空間,更為靈活。
Multi-stream write
多流寫,該技術可以使SSD根據主機端提供的Stream ID,將具有相同或相似生命周期的數據寫入到相同的擦除單元中去,大大提高GC時的效率,減少寫放大,使得SSD的性能和壽命都有較大的提升。
ZNS
Zoned Name Spaces,分區命名空間。ZNS將一個Namespace的邏輯地址空間切分成單個zone(一種固定大小的子區間),每個zone都有一段LBA(Logical Block Address, 邏輯地址空間)區間,這段區間只能順序寫,而且如果要覆蓋寫,則必須進行一次擦除操作。這樣,namespace就可以把NAND內部結構的邊界透露給外界。NVMe SSD也就能夠將地址映射表等內部管理工作交由host去處理,從而減少寫放大、選擇合適的GC時機。ZNS驅動器減少了用于過度配置的額外閃存,因為它們不希望頻繁寫入,因此成本更低。
Union Memory
通過了解這些術語,我們可以更好地理解SSD技術的原理和性能特點,并在選擇、使用和優化SSD時做出更明智的決策。
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原文標題:SSD入門必看|這些專業術語你知道多少?
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