很久沒更新blog了。前一陣子經歷了人生第一次跳槽，比想象中的艱難多了。畢竟是第乙份工作，離開還是挺傷感的。新的工作剛剛開始，希望一切順利。這篇blog是五一期間寫的，今天正式貼出來。寫技術blog是個好習慣，我要保持！
在前東家的時候，一直很想去嘗試一下flash/ssd，可惜由於各種原因到今天也沒有實現。ssd在今天越來越流行，業內的很多公司都開始嘗試使用，甚至作為主要的儲存媒介，從research的角度講，ssd更是乙個重磅，因為它顛覆了原有hard disk的一些基本假設，所以，理論上講，原先基於hard disk的那些理論和實驗都可以在ssd重新實現一回（這又能造就多少*****啊 ...）。
這兩天有些空閒，找了幾篇相關的**科普了一遍，算是打些基礎，希望將來有機會動手嘗試。以下就是一些讀書筆記，純粹紙上談兵。
ps：以下所提及的flash/ssd，都特指nand flash，也是現在最常見的flash。
關於ssd的硬體原理不是這裡討論的重點（畢竟咱是軟體開發人員）。唯一一點我覺著需要提及的是ssd不是hard disk這種機電式的硬體，而是電子晶元（microchip）。所以，使用hard disk最耗時間的seek time在ssd中基本上不存在。這個特性在後面會更詳細的討論。
在傳統的計算機儲存架構中，分了這樣的幾個層級：
cpu cache
main memory (ram)
hard disk
它們的io效能自上而下遞減，當然它們的造價也是自上而下的遞減，但是，容量卻是自上而下的遞增。
在本文中，不考慮cpu cache，從main memory和hard disk 說起。這裡挑選最重要的乙個效能指標-latency，main memory的latency一般在100ns左右(實際中很多是幾十ns)，而hard disk讀寫一次的latency大概是10ms。（這裡的100ns和10ms都不是精確資料，只表示大概的數量級，另外，hard disk的latency不考慮disk自帶的buffer的影響）。
ssd一般認為是介於main memory與hard disk之間的一種儲存介質：
main memory (ram)
flash / ssd
hard disk
它的latency大概是100us左右（這個值只是一般情況）。和main memory，hard disk比較：
disk = 100 * flash;
flash = 1000 * memory;
disk = 100 * flash = 100 * 1000 memory;
所以，對於flash/ssd，乙個最直觀的概念，它比disk要快上100倍。當然，它也同樣能夠提供persistent storage。
有了這個直觀的概念，我們再更詳細的比較一下hard disk和ssd的差異：
讀：
隨機讀：
正如前面所述，hard disk會有乙個非常討厭的seek time，它一般需要幾個ms，所以hard disk 的一次隨機讀被拖累到需要10ms；而ssd的random read的效能非常之棒，在100us左右。因此，在隨機讀的情況下，ssd要比hard disk快100倍。
順序讀：
順序讀的場景是一次讀入連續的資料塊，比如連續讀1m的資料。這種情況兩者的比較就麻煩了。hard disk的一次順序讀只需要消耗一次seek time，因此它的整體latency會大大降低；而對於ssd來說，它的順序讀和隨機讀是一樣的，比如順序讀16k資料就相當於隨機讀2k*8次，和hard disk相比，優勢就小多了。我手裡有個資料，flash讀取256kb的page，花費3.98ms，而hard disk也只需要12.85ms，差異遠不到100倍。
寫：
寫當然也包括了隨機寫和順序寫。對於hard disk來說，它的寫行為和讀是類似的，所以，hard disk的讀和寫的latency非常的接近，都是大概10ms+。
至於ssd，它的讀和寫就有很大差異了。首先，random write的latency要比random read的大一倍，比如random read的latency是100us的話，那麼random write的latency就大概是200us了。這主要是由於ssd的硬體特性決定的。當然，雖然latency大了近一倍，但是和hard disk的random write相比，還是快很多的。
其次，順序寫的情況下，ssd也面臨著和順序讀一樣的問題，即它不會因為順序的操作方式而獲得額外的好處，因為，和hard disk相比，它的優勢會縮小；
最後，也是最有意思的一點，over-write（覆蓋寫）的情況。對於hard disk而言，覆蓋寫和普通的寫沒有區別；但是在ssd中，不存在嚴格意義的over-write，也就是說，ssd是不允許直接向一塊已經寫入資料的區域再寫入資料。如果要達到over-write的效果，必須首先執行一次erase操作，將資料塊的原有資料進行擦除，然後再寫入新的資料。而一次erase操作，大概耗時1.5ms。這就完了嗎？不，還有更慘的。比如over-write乙個2k的資料，但是，一次erase操作所執行的區域（稱為erase unit）可能是128k，所以，為了寫入這個2k的資料，需要擦除128k的資料，再將這些資料和新的2k資料寫回到ssd上。整個過程有可能導致這次write操作比在hard disk上執行還慢。
分析過後，我們可以歸納，ssd在random read的時候比hard disk快兩個數量級，在執行順序讀寫的時候也會比hard disk好一些，最恐怖的是出現了over-write，這種情況下ssd有可能比hard disk效能還差。
接下來，簡單的回答乙個有趣的問題：到底應該怎樣使用ssd呢？
一種簡單的做法，就是將ssd作為hard disk的替代品，拋棄hard disk，完全用ssd作為資料的持久化介質。這樣做當然沒什麼問題，而且，基本上所有的ssd對外的介面都是block device - 和hard disk一樣。所以，操作ssd和操作hard disk從作業系統上看來介面沒區別。唯一可能要考慮的，就是ssd較高的出錯率。這是個麻煩。
另外的更複雜的做法，就是將ssd當成memory和hard disk之間的一種新的介質，三者同時存在。這種情況下，或者將ssd作為memory的乙個擴充套件的buffer pool，或者作為disk之外的乙個persistent storage的擴充套件。應該選哪個呢？
文獻給出了答案。整個論證過程比較複雜，就不多說，直接看*****好了。簡單來說，不同的系統用法不一樣。file system中，檔案往往是一塊很大的位元組流，對於檔案的操作往往是將整個檔案讀入到記憶體中。一般在disk上要分配多個連續的block以儲存乙個檔案。在這種情況下，更適合將flash當成是memory的擴充套件。因為當把檔案都讀入到flash（相當於記憶體）中進行操作時，一旦系統崩潰，flash中的正在修改的檔案能夠被寫回到disk上。但是，對於database system，flash更適用於做成disk的擴充套件。具體原因見*****吧。
the five-minute rule twenty years later,and how flash memory changes the rules
一些人，一些事，一些
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