转——从此，SSD不用再伪装成HDD

Allevi

转——从此，SSD不用再伪装成HDD

尽管SSD诞生已经很多年了，是当前企业存储系统中最重要的存储介质，但是悲哀的是目前的绝大部分SSD还是把自己伪装成HDD使用，为什么呢？因为现在从上层数据库、文件系统、SCSI协议等到主板基本上都是为HDD设计的，还没有为SSD做好改变。可喜的是，在2015年的闪存峰会上，有一家苦苦修炼了4年的公司终于揭去面纱，展示了他们的交响乐技术，这个技术使得Host主要在文件系统这一层按照SSD来重新设计，省去了很多不必要的功能，性能得到提升。

我们知道SSD根据FTL栖身何处可以分为device based和host based两种，device based FTL和各种算法都在SSD控制器内部完成，优势是扩展性好，不占用系统资源，缺点是性能差，因为嵌入式CPU不如PC CPU强大，内存速度和容量也受限制。同时host软件不知道SSD内部情况，不能最大效率的使用SSD，很多工作重复了，延迟变长。

& s/ e" Q7 B  A( f8 j! Shost based SSD的FTL和各种算法都在PC上驱动程序中完成，优点是性能强大，因为这种方案基本都是在企业级服务器上使用，企业级CPU强大，往往是十几个核心，甚至有NUMA架构（就是多个有独立内存和芯片组的CPU），现在的服务器内存一般都有几十甚至上百GB，京东号称要配1TB内存。有了这些资源，SSD的性能就很强。同时，host软件可以通过驱动直接管理SSD内部资源，FTL都可以个性化定制，延迟变短。缺点是扩展性差，连了很多SSD后系统不一定吃得消，而HDD时代服务器配个几十个硬盘很正常。

而Radian的SSD交响乐技术结合了device based和host based的优点，同时克服了二者的缺点。SSD算法都在device控制器实现，不占用host资源，扩展性好。同时，host也能通过API直接管理SSD内部资源，避免了重复工作，提升性能，减少延迟。

假装成HDD的生活——惟有泪千行
/ `' H3 u; V, e! X" `我们知道HDD内部的存储单元和PC的存储地址LBA是一一对应的，写那个地址就真的是在写这个地址。而SSD必须先擦除再写，所以永远是通过垃圾回收释放出新的空间给Host写操作，模拟成LBA提供给用户使用。这样做的代价就是性能和空间的巨大浪费，SSD要维护巨大的映射表，其实文件系统里面已经有一个元数据表了，来映射每个文件对应的LBA，文件系统还要定期做磁盘整理，高级一点的甚至要做镜像、克隆等等荣誉的操作，这些操作都对SSD产生了多余的写操作，消耗空间，提高写放大，缩短SSD的寿命。

0 h8 |9 |" B& D. @2 {6 @如下图，左边是Host文件系统里面数据管理，要做空间分配、维护、释放、清理、垃圾回收等等，而数据到了SSD内部之后，如右边的循环，SSD内部又得做一遍类似的工作。说起糟的这些罪，SSD惟有泪千行：谁叫俺生的比哥哥HDD晚，这么高还得穿人家穿过的辣么小的衣服!


软件定义闪存
Radian Memory System提出了他们心中的软件定义闪存概念：取消FTL，直接在Host端管理Flash内部资源，省得折腾两次。

. h5 M: p1 u8 X他们的这套系统叫做协作式闪存管理：CFM，Coorperative Flash Management。Host端文件系统、块设备管理器、对象存储、Key/Value存储直接使用CFM API，管理Flash资源，SSD内部的后台引擎处理Host发的命令。看起来是Host里面有个模拟的SSD的布局，并且自定义SSD存储空间的地址管理，比如文件直接转成SSD内部Flash内Block，Page地址。Host在模拟器做完相关操作，直接转成SSD内部的实际命令。

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我们来看看效果，假设旧的系统Host写放大系数1.5倍，SSD内部写放大系数2.0倍，那么采用新系统之后，写放大从1.5*2变成2，旧的系统比新系统写放大多了75%！

! Z& O+ I7 o  @6 p这样Host的管理能在SSD内部完成相应，所以RMS把这个技术叫做交响乐技术：Symphonic。

* c; k/ }3 ^  F! ~0 @2 h  s文件复制太easy了！
, r( l- |" J; D1 j当文件系统直接管理SSD内部资源的时候，复制一个文件变得很简单，因为不用真的复制，只需要把映射表改一下就行了，这对性能是巨大的提升。如下图，传统SSD包含25%的复制操作时，要把数据读出来再写下去，里面还要做垃圾回收，性能受到影响，交响乐SSD就省了这一大堆麻烦，复制几乎就是不花时间。

如下图的延迟对比，管理层次少了一层，延迟也大大降低了。

3D Xpoint是SSD的冬天
4 f# l! n6 S# j) P1 Q: ?原来的存储架构是DRAM、Flash、HDD三层，自从3D XPoint技术诞生之后很多Flash的市场将被吃掉，因为速度比Flash快，那该怎么办呢？

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" x2 P1 T0 ~; [8 w幸运的是我们有RMS的CFM SSD，性能比传统SSD要好，可以从3D XPoint手里抢回一部分地盘。
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