Flash卡的技术入门

背景知识：

Flash卡的硬件基础是闪存颗粒nand，nand跟RAM（main memory）比，其电器特性有很大不同。nand不能支持直接写入，必须先擦除之前的数据，然后再写入；nand对于擦除的次数是有限制的，超过多少次之后不保证写入的数据可以正确读出。

目前国内一线电商公司已经在带规模使用Flash卡，主要作为关系数据库的持久化存储设备，甚至有跑nosql的。

带来的技术挑战

Flash卡的控制系统需要负责将block设备的逻辑地址映射为物理地址；写入时有额外的消耗，控制器需要从一个空闲颗粒的资源池中取出空闲块，写入数据，并修改物理块号和逻辑块号的映射关系；

上述逻辑层为FTL（flash translation layer）；FTL层需要解决如下技术难题：

对于写操作，支持block的高并发低时延的分配，降低写惩罚

尽量的减小映射表的空间占用

减少碎片

需要考虑每个颗粒的写入次数，尽量的将写操作均匀的分摊到不同的物理颗粒上

需要做多个flash颗粒组之间需要做raid，保证一定程度的硬件冗余

压力测试关注维度

批量顺序写入大量数据后，做标准的存储性能测试

随机小IO写，长时间作拷机,看性能稳定性

混合随机读写，长时间作拷机，看性能稳定性

分类

根据FTL实现不同，可以分为两类：

device base

FTL逻辑放到到flash卡的asic上实现，同时需要在卡上配置大量的RAM，flash卡的功耗和发热也是个问题，成本高些，现在这类卡出货量也比较大，可以缓解成本问题；

host base
FTL在linux kernel实现，需要给内核打补丁，FTL的业务逻辑会消耗host的cpu和memory的资源，同时有一定软件的耦合性，FTL层的bug可能会导致内核崩溃。

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