本节书摘来异步社区《信息存储与管理（第二版）：数字信息的存储、管理和保护》一书中的第2章，第2.12节，作者：【新加坡】G.Somasundaram ,【美】Alok Shrivastava，更多章节内容可以访问云栖社区“异步社区”公众号查看。

2.12　闪存盘简介

信息存储与管理（第二版）：数字信息的存储、管理和保护
随着信息的增长，存储用户的业务应用对于性能的需求越来越高。传统上使用增加磁盘数量的方式满足较高的I/O需求。企业级闪存盘（enterprise class flash drives，EFD）的出现改变了这种状况。

闪存盘也被称为固态硬盘（solid state drives，SSD），是新一代的磁盘。它拥有极高的性能，能满足性能敏感型应用的需求。闪存盘使用基于半导体的固态存储（闪存）来存取数据。与传统的机械磁盘相比，闪存盘不含移动部件，因此也没有寻道时间和旋转延迟。另外，因为是基于半导体的设备，闪存盘比机械磁盘更省电。闪存盘特别适合那些文件块较小（small block size），随机读取工作较多，且要求响应时间持续保持较低水平的应用。那些需要快速处理大量数据（如货币兑换，电子交易系统）或者实时数据处理的应用在使用闪存盘后能大幅提高性能。

企业级闪存盘的吞吐量是传统机械磁盘的30倍，而响应时间不到机械磁盘的10分之1（分别是小于1ms和6～10ms）。此外，每存储1 TB数据，使用闪存盘与使用机械磁盘相比，最多可节省38%的电能。换算成单个I/O消耗的电能，闪存盘比机械磁盘节省98%。

综合来说，虽然单GB容量的成本更高，闪存盘依然提供了更低的整体拥有成本（total cost of ownership）。应用闪存盘后，企业达到应用的性能需求所需的磁盘数量更少（大约只需机械磁盘数量的20～30分之一）。不但节省了磁盘的成本，还节省了电能、制冷的花费，占用空间也更小。磁盘数量减少，还可以降低存储管理的成本。

2.12.1　闪存盘的组件和架构

为了保证兼容性，闪存盘采用了和机械磁盘相同的外形和连接器。这样存储机柜中的一个机械磁盘坏掉时，可以直接用一个闪存盘替代。闪存盘的关键组件包括控制器、I/O接口、大容量存储（存储芯片的集合）和缓存。控制器控制闪存盘的运行。I/O接口提供电力和数据访问。大容量存储由一组用于存储数据的非易失性NAND闪存芯片组成。缓存是进行数据处理或操作的临时空间或缓冲池。

一个闪存盘上有多个用于数据访问的并行I/O通道（控制器和闪存芯片）。一般来说，闪存芯片和通道的数量越多，闪存盘的内部带宽越大，其性能越高。闪存盘一般有8到24个通道。

闪存中的存储芯片是以块和页为逻辑单位组织的。页（page）是闪存盘上能被读写的最小对象（object）。页组合成块（block）（此处的块与机械磁盘扇区512字节的块不同）。每个块可以有32、64或者128个页。页的大小没有唯一标准，常见的大小有4 KB, 8 KB和16 KB。闪存盘模拟物理磁盘的逻辑块地址（LBAs）,每页占据一系列连续的物理块。举例来说，一个大小为4 KB的页占据8个连续的512字节数据块。闪存盘的读操作发生在页层级，而写操作则发生在块层级。

2.12.2　企业级闪存盘的特性

企业级闪存盘的主要特性如下：

NAND闪存技术：NAND闪存技术非常适合读取随机数据。NAND设备采用不良块追踪（bad block tracking）技术和校验码（error-correcting code，ECC），以保证数据一致性，实现最快的写入速度。
基于单级单元（Single-Level Cell，SLC）的闪存：NAND技术有两种单元设计方式。多层单元(Multi-Level Cell, MLC) 可以记录多个状态，所以每个单元可以存储多位数据。而单层单元的每个单元只存储一位数据。单层单元有性能好和寿命长的优势，是适合企业数据应用的较优方案。单层单元的读取速度是多层单元的两倍，而写入速度可达多层单元的四倍多。单层单元的写入擦除周期（write erase cycle）是多层单元的10倍多。另外，单层单元每个单元只存储一位数据，出错的几率大大减小，所以其可靠性也好于多层单元。
写入平衡技术（write leveling technique）：最大化磁盘寿命的一个重要方面是保证存储单元的使用较平均。这意味着经常更新的数据要写入不同的位置，避免对同一单元的使用过于频繁。企业级闪存盘在设计时就考虑到这一点，新的写入操作会使用最新（即最少使用）的块。