散文精选网什么是硬盘
文/原创：卧龙会社群人员Aiven
SSD（solid-state drive）俗称固态硬盘主要由主控芯片（Controller）、DRAM缓存、NAND FLASH三部分组成，主控芯片为SSD的控制核心，DRAM作为数据、指令及映射表的缓存，NAND FLASH是SSD的实际存储介质。原创微信公众号：卧龙会IT技术SSD的工作原理可通过写操作与读操作单独阐述：
l写操作
PC机发送写指令到SSD，SSD主控芯片解析该指令并获取需要写入的逻辑地址及写入数据，然后根据映射表（操作系统逻辑地址与Flash物理地址之间的映射关系）将数据写入NAND FLASH中。
l读操作
PC机发送读指令到SSD，SSD主控芯片解析读指令获取读地址，主控芯片根据映射表从NAND FLASH中读取数据并返回PC机。
为什么SSD顺序读写速度比HDD快？
传统机械硬盘（HDD）的顺序读写速度主要由磁盘的转速和磁盘面密度共同决定。然而过快的转速会缩短电机主轴的寿命、产生更大噪音、消耗更多的电能，因此目前家用HDD最高只有7200RPM，服务器HDD产品可以做到15000RPM。
磁盘面密度是HDD的另一个瓶颈，过高的磁盘面密度会降低数据的稳定性，导致数据出错的概率增加。因此HDD 的顺序读写速率始终无法超越SATA 3.0的极限速率550Mbps。
而SSD的存储介质为NAND FLASH。对于大容量的SSD，主控芯片与NAND FLASH之间通常有多个数据通道，这些通道可并行收发数据。因此目前大部分SATA3.0 SSD的顺序读写速率都已接近SATA极限速率550Mbps。
为什么SSD随机读写速度远远超过HDD？
HDD随机读取某个扇区的数据需要磁头先切换至对应的磁道，然后等待对应的扇区转动到磁头下方。前者为HDD的寻道时间，后者由扇区当前位置和磁盘转速决定，两者均为毫秒级。
而SSD随机读取数据某个区域的数据只需要主控芯片在缓存中查找映射表，没有任何机械操作，时间通常为微秒级。因此SSD随机读写速度会远远超过HDD。
SSD垃圾回收
NAND FLASH的最小读写单元为page，一般为几KB到几KB，多个page组成一个block。SSD的最小写入单元为page，而最小擦除单元是block。
当操作系统删除或改写SSD上某个存储空间的数据时，NAND FLASH上对应的数据会被标记为无效，而不会直接被覆盖为新数据，这些被标记为无效的数据空间必须经过垃圾回收得到释放。
如上图所示，首先写入A,B,C,D这4个page数据到block X，再写入E,F,G并修改A、B、C、D为A’、B’、C’、D’，此时原有A、B、C、D会被标记为无效空间，A’、B’、C’、D’会写入新的空间。
若要释放Block X中的无效空间，则需要将Block X的数据整体拷贝至Block Y并擦除Block X，此过程即为垃圾回收。
SSD预留空间OP
OP即Over provisioning通常SSD内部NAND FLASH实际容量都比用户可见的容量要大，例如240GB的固态硬盘实际容量为256GB，480GB的固态硬盘实际容量为512GB。这些多出来的存储空间主要用来做垃圾回收、存储映射表（mapping table）、替换坏块。
SSD磨损均衡（Wear Leveling）
SSD的磨损均衡包括动态均衡与静态均衡。动态均衡，SSD内部会记录每个FLASH block的擦写次数，每当SSD接收数据需要写入NAND FLASH时，SSD控制器总是挑选那些擦写次数较小的block，
保证所有NAND block的擦写次数平衡，不会有某一个block擦写次数过多而提前损坏。静态均衡与动态均衡类似，唯一的区别为静态均衡还会将SSD内的静态数据（写入SSD后长期无修改）搬移到擦写次数较多的block。
SSD写放大（Write Amplification）
写放大是SSD实际写入NAND FLASH的数据与PC机写入SSD控制器的数据之比，该值通常大于等于1。这主要是由于SSD会在后台执行垃圾回收与磨损均衡操作。写入SSD的数据越小，写放大值越大，反之越小，极限情况为顺序写入（sequential write），此时写放大值接近1。请加V信：shineware666
论SSD寿命
SSD的存储介质NAND FLASH分为SLC、MLC、TLC。SLC NAND的擦写次数通常为100000次，MLC为3000次，TLC通常只有1000次。SSD的寿命主要由NAND FLASH类型决定，SLC SSD寿命最长价格最贵，MLC SSD次之，TLC SSD寿命最短价格最便宜。
SSD的寿命参数可通过查看TBW（Total Bytes Written）参数，数值越大寿命越长。
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