问题描述

SSD 的内存和硬盘是完全不同的，但我们使用 SSD 的主要目的是替换传统硬盘的某些功能，所以理解两者间的差异性是非常必要的；

解决方案

NAND Flash，一种存储设备，比硬盘驱动器更好。在 SSD 中，数据都存储在 NAND Flash 中；

结构概览

换算关系

1 * Package = 2 * Die
1 * Die = 2 * Plane
1 * Plane = 2048 Block
1 * Block = 256 Page
1 * Page = 4 K（最小的存储单位）

补充说明：该换算关系仅用作展示 Die Plane Block Page 间的关系，具体的换算关系取决于产品；

补充说明：该图示并未包含 Package（拆开固态硬盘，板上用于存储的黑色芯片就是 Package，也就是 NAND Flash）

特性特征

读取、写入，擦拭

HDD 仅存在读取与写入两种操作，即便擦除也只是写入 0 或特殊数据；

但在 SSD 的内存中，有读取、写入、擦拭三种操作：读取，对于 SSD 来说并不难，也不会影响其寿命，因此我们通常不在意；写入、擦拭，则和
SSD 的性能及寿命有巨大的关系；

在写入前，要先擦拭

针对 SSD 的写入，必须写入空白单位：
1）空白或未标注的单位，能够直接写入。全新 SSD 的所有单位均为空白；
2）未擦拭的单位，是无法写入的，所以要先擦拭后才能写入；

当 SSD 第一次使用时（全新），因为每个 NAND 都已经被标为干净，因此可以直接以 Page 为单位写入，速度也快。当幵始使用之后，每一次写入都必须先经过擦拭的动作，因此速度会越来越慢。鉴于每次写入 Page 前必须擦除 Page，所以 SSD 性能就会降低，SSD 颗粒厂家都在致力解决这个问题；

而写入和擦拭间还要完成其他动作，这也是影响 SSD 性能的一个参数；

补充说明：写前擦除，是指“在更新数据时，要先对旧数据进行擦除，然后再写入新数据”。现在 SSD 为了提高性能，一般会把数据写在空白块中，然后标记原块，擦除动作将单独进行；

写入，以页表为单位；擦拭，以块为单位；

在 SSD 中：

1）通常以 Page 为单位进行写入，为 4K 大小；

2）在单个 Block 中有 128 – 256 个 Page，数据要以 Block 为单位进行擦除。为了保护 Block 中包含有效数据的 Page，需要先将这些 Page 复制出来，然后再进行 Block 擦除（道理如此，但实现并非如此）；

Q：擦除 Block 时，是如何保护 Block 中包含有效数据的 Page？或着说 Block 擦除时，是如何进行 Page 复制的？
A：操作系统是通过逻辑地址来访问存储的。逻辑地址（LBA）就是操作系统表顶的地址，物理地址（PBA）则是 NAND Flash 内存上数据具体存在的地址。而 LBA 及 PBA 非固定绑定关系，而是主控制器使用 LBA 和 PBA 的映像表来管理内存。当与入新数据盖掉旧数据时，SSD 控制器会把新数据写到空白 Page 上，并将该空白 Page 标记为“已擦除”，并刷新地址映像表，把 LBA 指向新的 PBA，此时旧 Page 标注为“无效”。若要在旧 Page 上再次写入数据，必须先擦除该数据（具体的擦除工作由控制器的垃圾回收进行单独处理，而非在下次写入时再擦除）；

闪存寿命：P/E Cycle（Program/Erase cycle）

What is a program/erase cycle (P/E cycle) in solid-state storage?

全新的 SSD 有空 Page，所以写入数据是一种直接而高效的操作。但是，随着 SSD 使用，当数据填满时，控制器必须先移动数据并擦除块，然后才能添加新数据。这种擦除和写入（编程）数据的完整过程称为 P/E Cycle；

所有这些额外的 P/E Cycle 都会缩短 SSD 的使用寿命，并对驱动器的性能产生负面影响。为了帮助解决这些问题，SSD 供应商通常将 GC（垃圾收集）功能添加到存储控制器中（尤其是其企业级产品）；

不同芯片的 P/E Cycle 也不同：SLC 10w；MLC 1w；

参考文献

百度百科 /NAND（计算机闪存设备）
Understanding Flash: Blocks, Pages and Program / Erases | flashdba