本篇文章為大家展示了如何用多流寫技術(shù)提高SSD的性能和壽命，內(nèi)容簡明扼要并且容易理解，絕對能使你眼前一亮，通過這篇文章的詳細介紹希望你能有所收獲。

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今天學(xué)習(xí)FMS16的會議材料。有一個三星的多流寫技術(shù)，三星正在推薦成為國際標(biāo)準(zhǔn)，我覺得比較有意思，因此，今天就來聊聊這個東西。

首先，我們知道NAND閃存的一些和硬盤不同的特性：其有三種操作，讀，編程（其實就是寫）和擦除。硬盤支持覆蓋寫，因此不需要擦除。而閃存讀寫的單位都是page，但擦除的單位是block（即多個page)。由于不能覆蓋寫，因此有一個垃圾回收的額外動作，即把有用的page數(shù)據(jù)復(fù)制到別的地方，然后擦除這個block，才能重新寫數(shù)據(jù)。這就帶來額外的寫放大，而且垃圾回收的時候數(shù)據(jù)移動肯定要加鎖的，因此除了影響寫性能，其實讀性能也是受影響的。

但閃存和硬盤還有一個不同就是壽命的問題。也就是一個page編程的次數(shù)是有限的（其實硬盤也有壽命，只是相對閃存來說，大家都認為其生命周期內(nèi)沒有這個問題）。根據(jù)三星的統(tǒng)計，不同的閃存的寫壽命都在下降，應(yīng)該不是技術(shù)問題，而是為了追求更高密度而導(dǎo)致的結(jié)果。不過3D-NAND技術(shù)出來后，應(yīng)該有所改善，因為3D的空間要大一些，相互干擾小一些。一般3D TLC NAND的壽命和2D NAND MLC的壽命差不多。

為此，三星提出了一個多流寫的技術(shù)，即應(yīng)用把數(shù)據(jù)按照不同更新頻率分成多個數(shù)據(jù)流，而SSD寫的時候識別這些數(shù)據(jù)流，把相同特征的數(shù)據(jù)流寫在一起（連續(xù)的block）。

這種數(shù)據(jù)布局的好處就是垃圾回收的時候更加高效，因為數(shù)據(jù)流的特征不同，垃圾回收的頻度就不同，有些不常改動的數(shù)據(jù)占據(jù)的block就不用回收了?；厥盏腷lock一般這個block數(shù)據(jù)都失效了，可以直接擦除，避免了數(shù)據(jù)的復(fù)制。

由于避免更多的page的數(shù)據(jù)復(fù)制，減少了寫放大，其實就相當(dāng)于延長了系統(tǒng)的寫壽命。

三星拿開源的No-SQL數(shù)據(jù)庫Cassandra，打上多流寫的補丁前后進行測試對比，發(fā)現(xiàn)可以提高2倍的寫壽命，而且還有45%的性能提升，讀的時延也減少了50%。還是一個非常不錯的結(jié)果。

三星目前正在推動這個多流寫技術(shù)成為一個標(biāo)準(zhǔn)。目前在SCSI/SAS接口已經(jīng)完成，而NVMe正在做最后審查。

我把標(biāo)準(zhǔn)下載下來看了一下，目前還是一個草案，還不是正式標(biāo)準(zhǔn)。

標(biāo)準(zhǔn)其實主要定義SCSI的initiator和target通信的格式。讓操作系統(tǒng)寫盤的時候通過SCSI命令把數(shù)據(jù)流的標(biāo)識告訴SSD。如果是NVMe，由于by pass了SCSI層，因此需要增加NVMe的命令，因此是不同的標(biāo)準(zhǔn)。還有，標(biāo)準(zhǔn)化以后，需要操作系統(tǒng)支持，也需要各個應(yīng)用程序支持。因為只有應(yīng)用程序才最終清楚自己的數(shù)據(jù)特征，讓它來打標(biāo)記是最好不過的了。

其實，AFA(all flash array)也可以利用這個思路。比如華為馬上要在上海HC大會上發(fā)布的OceanStor Dorado V3，據(jù)說采用了全局的FTL，采用冷熱數(shù)據(jù)分離的方式來提高垃圾回收的效率。

這個冷熱數(shù)據(jù)分離其實和多流寫思路是一樣的。不同的是三星提出的多流寫需要應(yīng)用系統(tǒng)或者操作系統(tǒng)支持，而且只針對單個SSD的。而華為的這個冷熱分離，是存儲內(nèi)部實現(xiàn)，是系統(tǒng)級別的。華為可以這么做，主要是采用了自研的HSSD盤，可以讓陣列的軟件和SSD的fireware協(xié)同起來。

但是，如果三星這個多流寫成為一個標(biāo)準(zhǔn)，那么華為的Dorado V3也必將從中受益。因為應(yīng)用程序直接在寫的數(shù)據(jù)上打上標(biāo)簽，發(fā)送到陣列上，陣列進行冷熱數(shù)據(jù)判斷就更加精確和容易，效率會更高。而且，有了這些數(shù)據(jù)流標(biāo)簽，陣列的Cache調(diào)度算法也會更加高效，你會把最熱的數(shù)據(jù)盡量保存到Cache里，提高Cache的命中率。

閃存技術(shù)給整個存儲系統(tǒng)帶來很多設(shè)計上的變化，而數(shù)據(jù)的智能布局對閃存性能和壽命都有巨大的影響。未來的AFA系統(tǒng)會更加智能，更加應(yīng)用感知。

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