深入浅出计算机组成原理
徐文浩
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深入浅出计算机组成原理
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46 | SSD硬盘(上):如何完成性能优化的KPI?

SSD硬盘的使用寿命受限于擦除次数
SSD适合的应用场景
磁盘碎片整理和预留空间
SSD硬盘中页的状态
SSD的擦除单位和使用寿命
SSD硬盘的存储结构
FTL(Flash-Translation Layer)的功能
SSD硬盘的硬件构造
QLC的读写速度较慢
SLC、MLC、TLC、QLC的存储原理
机械硬盘优点:耐用性
SSD优点:随机读写、顺序写入
随机读写更快
SSD没有寻道过程
课后思考
推荐阅读
总结延伸
SSD读写的生命周期
P/E擦写问题
SLC、MLC、TLC和QLC
SSD的读写原理
怎么把SSD硬盘的性能发挥到极致?

该思维导图由 AI 生成,仅供参考

随着 3D 垂直封装技术和 QLC 技术的出现,今年的“618”,SSD 硬盘的价格进一步大跳水,趁着这个机会,我把自己电脑上的仓库盘,从 HDD 换成了 SSD 硬盘。我的个人电脑彻底摆脱了机械硬盘。
随着智能手机的出现,互联网用户在 2008 年之后开始爆发性增长,大家在网上花的时间也越来越多。这也就意味着,隐藏在精美 App 和网页之后的服务端数据请求量,呈数量级的上升。
无论是用 10000 转的企业级机械硬盘,还是用 Short Stroking 这样的方式进一步提升 IOPS,HDD 硬盘已经满足不了我们的需求了。上面这些优化措施,无非就是,把 IOPS 从 100 提升到 300、500 也就到头了。
于是,SSD 硬盘在 2010 年前后,进入了主流的商业应用。我们在第 44 讲看过,一块普通的 SSD 硬盘,可以轻松支撑 10000 乃至 20000 的 IOPS。那个时候,不少互联网公司想要完成性能优化的 KPI,最后的解决方案都变成了换 SSD 的硬盘。如果这还不够,那就换上使用 PCI Express 接口的 SSD。
不过,只是简单地换一下 SSD 硬盘,真的最大限度地用好了 SSD 硬盘吗?另外,即便现在 SSD 硬盘很便宜了,大部分公司的批量数据处理系统,仍然在用传统的机械硬盘,这又是为什么呢?
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SSD硬盘的工作原理和优化方法对于发挥其性能至关重要。相较于机械硬盘,SSD在随机读写等方面具有明显优势,但其耐用性较差。SSD存储单元采用不同技术,如SLC、MLC、TLC和QLC,其中QLC速度较慢且擦除次数有限。了解SSD的工作原理和特点,可以帮助用户最大化利用其性能,提高访问速度并延长硬盘寿命。 文章介绍了SSD硬盘的写入和擦除原理,以及其物理构造和预留空间的运用。SSD适合读多写少的应用,如系统盘和数据库存储,但不适合大量写入的场景,如Map-Reduce应用的数据盘。此外,文章还探讨了如何延长SSD的使用寿命以及如何利用其特性开发数据库等问题。 总的来说,文章深入浅出地介绍了SSD硬盘的工作原理和使用注意事项,对于想要了解SSD硬盘的读者来说是一篇值得阅读的文章。

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《深入浅出计算机组成原理》
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全部留言(30)

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    想问一下,为什么ssd断电后不会丢数据

    作者回复: 现在大家用的SSD的存储硬件都是NAND Flash。实现原理和通过改变电压,让电子进入绝缘层的浮栅(Floating Gate)内。断电之后,电子仍然在FG里面。 但是如果长时间不通电,比如几年,仍然可能会丢数据。 所以换句话说,SSD的确也不适合作为冷数据备份。 关于NAND的基本原理,可以看一下Wikipedia https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%97%AA%E5%AD%98#NAND_Flash

    2019-09-12
    2
    56
  • 前端西瓜哥
    这里推荐个 SSD 的科普视频,讲得很详细: https://www.bilibili.com/video/av61437877

    作者回复: 👍谢谢你给大家推荐的资料

    2019-10-01
    5
    55
  • 许童童
    现在大家使用的数据系统里,往往会有日志系统。你觉得日志系统适合存放在 SSD 硬盘上吗? 不适合,日志系统写入量大,而且有些还会清除老旧的日志,反而读日志却不多,日志系统完全不适合存放在SSD硬盘上,应该用HDD硬盘。

    作者回复: 👍答案正确。

    2019-08-12
    2
    46
  • Tristen陈涛
    从这篇文章中我没看懂,为何 SSD 的随机读写速度会比机械硬盘快,它的实际 I/O 设备不是和机械硬盘很像吗? 那 SSD 寻找数据的时候,是通过什么样的物理结构来找到它想要的数据的呢?

    作者回复: 完全不一样啊,SSD就是一块电路板。没有机械硬盘转动的寻址过程,这些过程都变成了电信号的传输来做到的,而不是通过物理结构的转动来做到的。

    2019-09-05
    3
    27
  • 时间道
    公司的日志系统已经报废了很多SSD盘了

    作者回复: 日志系统用SSD有点奢侈

    2019-08-13
    27
  • 斐波那契
    这个思考题我觉得不能一概而论 以oracle为例 一个事务结束 commit提交后 实际上就是提交日志 IO的速度决定了你事务执行的速度 所以在某些高并发场景下 ssd还是值得的 但是成本会相应的增加

    作者回复: 👍实际的应用场景很重要,大部分的技术决策其实都是应场景而定的,很多时候并没有标准答案。

    2019-08-12
    2
    19
  • QQ怪
    老师讲那个SSD硬盘有擦除次数的限制,很生动形象,我补充下具体是为啥: 所谓的单元存储颗粒,你用多了,可能就消磁了,或者介质疲劳损坏了(可以理解为,就像是轮胎那样磨损了)。

    作者回复: 👍,理解具体的技术问题,可以多和现实生活结合。

    2019-12-11
    2
    10
  • 易儿易
    国内某知名大数据平台服务商居然力推用SSD加速其自研大数据交易型(为了写入需求特意研发)数据库,看了本篇讲解,觉得这公司是在拿政府单位当肉鸡……

    作者回复: 易儿易同学, 你好,不过这个还要看一下写入是否是随机写,以及IOPS的要求。因为有可能很无奈就是要多花钱用SSD的应用场景也是存在的。

    2019-08-12
    2
    9
  • fcb的鱼
    用ssd做日志盘不是很合适。因为公司的日志集群基本都是大量的写(这种写都是顺序写),读的场景比较少(读少写多),而且日志会定期清除。HDD磁盘完全能满足顺序写的需求,而且性价比高。但是由于HDD盘的IO不高,所以数据大量写的时候需要注意。

    作者回复: fcb的鱼同学, 你好,回答正确!不过随着现在SSD硬盘的成本不断下降,也的确开始有公司使用SSD来作为数据盘了。

    2020-02-11
    8
  • mfist
    本节讲了ssd和hdd的区别,以及sdd快的原因。了解了同样容量ssd不同价格的原因,slc tlc mlc。这样就从原理上明白了多读少写的适用场景。 回到问题,日志的场景不适合用ssd,日志存储量大,过段时间就要清除,不符合ssd的最优场景。

    作者回复: mfist同学, 你好,其实SSD有适合日志的地方,就是它适合追加写。但是因为寿命和成本,又很不合适,而HDD本身特别适合顺序写,所以现在一般日志系统还是用HDD。

    2019-08-16
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