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偷走SSD固态硬盘容量的元凶之一OP(Over-Provisioning)

时间: 2020-06-25   来源: 本站

偷走SSD固态硬盘容量的元凶之一

当我们在使用固态硬盘时,会发现你使用的容量并不是SSD标称的容量,这个时候我们一定有所怀疑,经过不懈努力,警察蜀黍已经找到“真凶”,就是OP,全称Over-Provisioning,中文名字叫做“预留空间”。

1. 预留空间OP是什么?

当一块 SSD的数据写满时,需要额外的空间在启动垃圾回收之前接受新写入的数据,这块额外的空间,我们就称为预留空间。当然,这块预留空间是对用户不可见的。预留空间主要分为两个部分:

(1)由于标称容量与NAND闪存计算差异造成的本征预留空间OP1。

市场上SSD标称的容量是按照千进制(1000)来计算的,但是NAND闪存的容量是按照1024计算的。我们简单列个式子计算一下:

市场SSD标称 1GB(GigaByte)= 1000MB= 1000*1000KB= 1000*1000*1000Byte= 10^9Byte  (1,000,000,000Byte).

NAND闪存 1GB(GibiByte)= 1024MB= 1024*1024KB =1024*1024*1024Byte =2^30Byte  (1,073,741,824Byte).

这两个计算方式之间正好相差7.37%。所以说SSD本征的预留空间就有7.37%。

(2)SSD由于性能要求而预留空间OP2,这部分也是标称OP

这个部分预留空间主要用于垃圾回收GC,存储SSD主控的固件(Firmware),备用数据块(Spare Blocks)等。

标称预留空间OP=(SSD物理总容量-用户数据空间)/用户数据空间

从上面这个表格中我们看到标称预留空间(Marketed OP)为0%的时候,其实这时的内部仍然有7%的本征预留空间。

2. 那预留空间OP有什么好处?

预留空间牺牲了用户数据空间,那TA要是再没有什么好处,用户就真的要崩溃咯。其实预留空间OP的好处有很多:

(1)提高写入性能由于有预留空间的存在,写入数据时并不需要经常做垃圾回收,加快了写入速度。

(2)降低写放大(WA, Write Amplification)。写放大WA这个名词最早是Intel和SiliconSystems在2008年提出。写放大的计算方法:WA=最终写入闪存的数据量/Host写入的数据量举个简单的例子:当Host要写入4KB数据时,最坏的状况就是一个数据块中没有可用空间,但是呢,这个数据块中有一些无效数据内容能够被擦除,这时主控的做法就是,把这个数据块中全部的数据搬到缓存,然后擦除这个块,在缓存里update整个数据块的内容,更新完成后,把最新的数据搬回数据块,整个操作造成的写放大: Host只需写4K数据,却带来了整个数据块(假设1024KB)的写操作,写放大就等于1024/4=256倍。

(3)增加闪存使用寿命减少数据的搬迁,就是减少NAND闪存的读写次数,增加使用寿命。

(4)数据保护主要提供ECC之外的数据保护,比如R.A.I.S.E.(Redundant Array of Independent Silicon Elements)。
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