闪存

基本简介

是一种非易失性存储器，存储性能相当于硬盘

DRAM和SRAM都是属于易失性存储器。

易失性：停止供电内存中的数据无法保持。

特点

单位面积容量更大、集成度更高。

写入速度快 。

只能按块（block）擦写。

抗震、无噪声、速度快、耗电低。

Flash基本单元

用浮栅捕获的电荷表示位

Flash类型

NOR flash

读取快，擦除慢（1 sec）。

每一个擦除周期10K到100K

因为读取快，但是写入速度特别慢用于手机系统的指令内存。

 

NAND flash

更密集，每GB更便宜

读取，写，擦除都慢，但是擦除是毫秒级，读写是微秒级别。

每个擦除周期100K到1M

读写擦之间相对比较平衡，用于数据存储

两种类型在一系列写/擦除周期后会被损坏。（存在寿命）

 

Flash基本结构

芯片结构

芯片由一个个的Block组成，每个Block又由Page组成。（Block > Page）

块是最小的擦除单元，Page是最小的读写单元。

 

Flash基本操作

读取一页内容

20-50微妙

写入一页内容

将1转变为0

擦除块中的每一位

将0变为1。（也许原本设计是想用1表示空闲空间，可以写入？）

 

Flash的可靠性

磨损

读写一定时间后会损坏

写串扰

写入一个页面的时候可能会改变一个block中其他的页。

读串扰

读写的时候因为感应电影响周边单元，可能改变周边单元的值。

 

 

MLC和SLC

MLC-Multi-Level-Cell

在存储容量中根据电荷的数量可以细分为两位，表示四个状态。（需要更高精度的探测器）

精度越高，寿命越低。因为划分更多的时候，单个cell能表示多个位，被访问次数也会增加，使用更加频繁，老化速度更快。

密度高，但是慢，可靠性低，更便宜，作为用户级

SLC-Single-Level-Cell

在存储容量中根据电荷的数量可以细分为一位，表示两个状态。

速度快，但是密度低，更高可靠性，更贵，作为企业级

Flash Translation Layer（FTL）

产生原因

Flash因为接口很差，规则繁琐，所以一般使用中介管理

作用

1. 1. 1. 地址映射，将用户层逻辑块地址 转换为 闪存中的物理地址
      2. 在闪存中，维持写的过程，擦除/写颗粒的管理，老化的管理。
      3. 老化平衡
      4. 资源回收

集中式FTL

基本结构

包括一个映射表，块信息表，写指针

读操作

读取LBA

找到映射的块和页

闪存操作

 

写操作——块内写

目标：将写到LBA 2k中

初始：写指针指向Block2,Page5，在映射表中，逻辑块地址2k处记录均为初始值0。此时块信息表中，块0有效页有15个（块0用于记录总的可用空闲页），块2有效页为4，块2的页够用了。

注意：写入指针是单向往下移动的。

现在将写写指针位置处，写指针下移动到Block2,Page6，同时逻辑块地址2k部分记录上一次写指针的位置Block2,Page5。

同时更新块信息表，块0有效页变为14（块0记录总的可用空闲页），块2有效页为5。

 

写操作——跨块写

目标：将写到LBA 2k中

初始：写指针指向Block2,Page63，映射表逻辑块地址2k处记录为Block0 Page5。此时块信息表中，块0有效页有15（块0记录总的可用空闲页），块2有效页为4。

但是指针的下一个就是第二个块了。当前块是block2，下一个块是block1，根据实际情况跨块。这里是从block2向block1写。

现在将写在写指针位置处，写指针下移动到Block1,Page0，同时映射表中逻辑块地址2k部分记录上一次写指针的位置Block2,Page63。

同时更新块信息表，块0有效页变为14（块0记录空闲页），块2有效页为5。

 

继续写，将写到LBA 4k中，上次写完，写指针跳到了Block1,Page0，4k部分初始值为Block0,Page2，

写入到指针指向的Block1,Page0位置，指针下移，逻辑块地址中4k部分记录上次写指针位置Block1,Page0，更新块信息表，因为原本块1是刚擦除过，记录为T，但是写入了后擦除记录就变为了F，同时有效页变为1，块0的有效页减1.同时更新Sequence Number。

擦除操作（移动有效页再擦）

假设要擦除Block2，块信息表中，Block2由3个有效页。

移动有效页，将块2中的有效页位置内容移动到另一个块。

 

更新快信息表，擦除记录设为True，擦除次数加1，有效页设置为0，序号重置。

分布式FTL

略...（不是重点）

 

FTL的选择

映射

按页映射：灵活度高，但是表大。

按块映射：表小，粒度大。

 

基于日志的系统

用Log记录页的变化。