Flash Drive閃存盤，作為代替使用了幾十年的機械硬盤，它與機械硬盤相比有著絕對的性能優(yōu)勢，架構上也與機械硬盤有著很大的區(qū)別。本文以摘要的形式梳理了閃存盤的內部結構Page、Block、Channel的作用以及使用閃存盤上的一些性能考慮和使用范圍。

閃存盤就像一個小型的存儲系統(tǒng)，它包括一下的組件：

緩存區(qū)(Buffer)： 緩存里存著所有區(qū)域的索引信息，正在寫入的數據、并且使用專用的電容器(Power capacitors)在系統(tǒng)掉電的時候為緩存供電，然后把數據寫入到持久存儲NAND單元。

頁面(Pages)：閃存盤內部的芯片通過頁面為單位來尋址，73GB和200GB的閃存盤頁面大小為4KB，400GB的閃存盤頁面大小16KB。頁面內容組成連續(xù)的尋址空間，就像存儲系統(tǒng)中的緩存一樣。寫入過程中，對于兩個2KB的IO在閃存頁面中必須寫入兩個連續(xù)的LBA(Logical Block Address)，也就是占用兩個頁面。

扇區(qū)(Blocks)：NAND類型的閃存盤的映射關系和文件系統(tǒng)類似，多個Pages組成為Block，但是區(qū)域中的頁面并不是連續(xù)的，這個block和SCSI以及文件系統(tǒng)中的block還是有所區(qū)別。NAND類型的閃存盤寫入都是在Block級別。Block的鏡像存儲在閃存盤的緩存中，知道一個區(qū)域寫滿了，然后再寫入到閃存盤存儲單元的Block內。

通道(Channels)：閃存盤中芯片處理數據的通路，閃存盤擁有多個通道，保證存儲單元可以同時進行讀和寫的操作，對于大IO，會在多個通道上分段處理。

閃存盤中的頁面通過幾種狀態(tài)來管理數據狀態(tài)：

Valid State：包含可用數據

Invalid State: 包含過期數據

Erased State：沒有被使用區(qū)域

頁面狀態(tài)會受到負載的影響，頁面狀態(tài)也會影響到可用的區(qū)域。可用的區(qū)域(已經釋放的區(qū)域)會決定寫入的性能。由于隨機寫入頁面變得隨機分布，閃存盤使用元數據來定位Valid和Invalid的數據，比如一個占兩個Block文件更新寫入，第一個block寫入到緩存，那么它所對應的NAND上的兩個block都會變成invalid。

閃存盤中還有一部預留空間，存儲通常意義上的元數據，預留空間會為寫入數據提供可用的block位置。

持續(xù)的數據寫入會使閃存盤飽和，然后閃存盤會在空閑的時間進行擦除(Erase)操作。在擦除之前，為了保證Block中的頁面必須都是invalid狀態(tài)，會將每個block中的valid頁面寫入到其他block，這個過程類似于硬盤碎片整理，主要分為幾個步驟：

將Valid的頁面讀取到緩存中

擦除NAND中舊的區(qū)域

將Valid頁面寫入NAND的到其他Block中

使用閃存盤時的一些性能考慮與應用場景:

是否閃存盤在使用久了以后會變慢？答案是，的確會有一些影響。閃存盤的剩余空間會是主要因素之一，因為剩余空間的減少會導致碎片的增加，影響到閃存盤對于持續(xù)寫入的相應時間，較高的空間利用率會導致在每個block中有更多的valid頁面。隨著時間增加，這種valid頁面的分布會變得更加隨機分布而且空間利用率增加。如果block中包含比較高的比例的valid頁面，擦除的過程中就需要調整更多的頁面。閃存盤就需要更多的時間進行碎片整理。

閃存盤的大小是否影響性能？這里需要描述一個概念，叫做小IO和寫入頁面填充的概念，因為在閃存盤處理寫入IO的情況中，如果寫入的IO小于一個頁面的大小，則閃存盤需要進行Read-Modify-Write操作。因此對于閃存盤來說的負載加倍。所以就閃存盤性能來說，73GB和200GB使用的4KB頁面大小會好于400GB的16KB頁面大小。

最后還要簡要提一下閃存盤的應用場景。其實處于成本效益的考慮，閃存盤的使用還是需要有的放矢。根據適合的應用選擇，而且結合存儲陣列的情況進行綜合考慮，作者認為可以從以下幾個方面考慮：

閃存盤通常還適用于高比例的隨機讀取和小IO的應用。

如果隨機寫入的比例大于20%，則是閃存盤最好發(fā)揮作用的情況。

閃存盤和存儲陣列的緩存相結合。閃存盤很多情況下會加速存儲陣列的數據刷新效率，比較典型的就是高負債寫入的應用，存儲陣列的緩存可以提供更短的前端響應時間，減少從存儲陣列緩存中載入和寫入后端磁盤速度。但當某些極大的數據庫情況下也有可能相反，存儲陣列緩存對于大量的寫入可能會響應不及，而這種情況，根據使用存儲陣列實際情況，可以選擇性的跳過存儲陣列的寫緩存，而直接在后端使用大量(超過30個閃存盤)提供高帶寬，當然也要考慮存儲陣列是否支持關閉寫緩存。

對于數據庫應用，閃存盤適用于存放索引、比較繁忙的表、臨時空間，而Redo Log和Archive log之類則不適合于存儲在閃存盤。

對于消息系統(tǒng)(Exchange、Notes)，閃存盤適用于存放用戶數據庫。