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通过预留空间 (OP) 保持性能和耐久性

为了避免将固态硬盘中写满无效页,固态硬盘控制器的垃圾回收功能使用预留空间作为临时工作空间,来管理计划的无效页合并以及回收填满无效(或已删除)页的块。

所有回收的页/块随后可被添加到预留空间存储容量中,以容纳固态硬盘控制器的写操作,并最大化最高流量负载期间的性能,因为读取、擦除、修改所有无效页并将其写回已经部分填入无效页的块的性能影响会表现得很慢。

垃圾收集功能独立于操作系统运行,会在活动不频繁、定期或发出相应的 ATA 数据集管理 TRIM 命令时自动触发,以安排垃圾回收。

通过预留空间存储容量提供的始终可用的空白块有助于在 NAND 闪存上保持有效的磨损均衡,因为固态硬盘控制器可以在所有 NAND 闪存芯片上智能均匀分布写入操作,而不会影响固态硬盘在最高流量负载期间的整体性能。

此外,通过回收任何无效的页和未使用的用户容量,ATA 数据集管理 TRIM 命令可以增加固态硬盘的可用空间。

为了理解 OP 的效果,我们将通过研究金士顿的企业级固态硬盘 DC400 SSD 进行说明。这些固态硬盘的存储容量高达 1.8TB,让用户可以使用 Kingston SSD Manager 工具调整预留空间。通过调整 OP 大小,我们可以利用 7% 或更高 OP 水平了解对性能和耐久性的影响。

格式化后的硬盘容量 预留空间 (OP) 大小 顺序读取/写入带宽 (MB/秒) 稳态随机 4k 读取/写入随机 IOPS TBW
(JEDEC Enterprise [1])
DWPD[2]
400GB 28% OP 555 / 535 85K / 35K 422TB 0.57
480GB 7% OP 555 / 535 85K / 11K 257TB 0.30
800GB 28% OP 555 / 530 78K / 32K 860TB 0.58
960GB 7% OP 555 / 520 78K / 11K 564TB 0.32
1600GB 28% OP 555 / 510 78K / 32K 1678TB 0.57
1800GB 14% OP
(读取频繁)*
555 / 500 67K / 18K 1432TB 0.43

图 3 基于存储容量和应用类别的预留空间

在图 3 中我们利用不同的 OP 水平比较了不同的成对 DC400 容量(400/480GB、800/960GB、1600/1800GB)。

当我们比较每对存储容量时,我们看到以下结果:

  • 在每对中,较高存储容量的硬盘(较少 OP)可以维持相同的传输速度(带宽),但随机每秒写入 IO (IOPS) 大幅下降。这意味着,拥有较少 OP 的硬盘将在读取密集型应用中表现良好,但在写入密集型应用中速度慢于拥有 28% OP 的硬盘。
  • 更少预留空间还意味着,每个硬盘上的总写入字节 (TBW) (TB) 将更低。OP 百分比越高,固态硬盘寿命越长。960GB DC400 可以支持高达 564TB 的写入数据,而 800GB DC400 可以达到 860TB。TBW 数值由金士顿利用 JEDEC 工作负载得出,供参考之用 [1] 。
  • 如果将 TBW 数值换算成保固期内的硬盘每天写入 (DWPD),我们可以看到具备 28% OP 的硬盘几乎将每天写入数量增加一倍。这就是为什么建议使用 28% OP为更高写入密集型应用。

参考

  1. JESD219:固态硬盘 (SSD) 耐久性工作负载,JEDEC 委员会 (http://www.jedec.org/standards-documents/docs/jesd219a)。这些客户端和企业级工作负载代表一个标准,行业利用该标准对他们的固态硬盘进行评级,并获得他们固态硬盘所支持的额定 TBW。注意:您的工作负载可以有所不同,由于您应用的独特 WAF,随着时间推移,额定 TBW 规格可能高于或低于您的工作负载。

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