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行业动态

关于闪存FTL的Host Base和Device Based的误解


         Device Based就是一切FTL处理全由SSD主控负责,包括磨损均衡、地址映射等。这也是常规的做法。

        还有一类Host based,所有的FTL处理全部交给主机端的模块,或内核态或用户态。此时,主机端运行的FTL模块就要在综合评判均衡之后对页面写入做重定向操作,并负责更新保存在主机端RAM中的大映射表,同时,也仍然需要将逻辑页号保存到页面中一同存储。这样,就算主机端掉电,也还是可以从所有page中抽取逻辑页号重构映射表。这里有个认知误区,不少人认为,主机端只更新内存中的大映射表,于是便有了个疑问:映射表如此大,更新之后如果主机一旦掉电,岂不是就丢掉了,所以是不是每一笔映射关系的更新都要同步到后端的Flash中?如果这样性能将会变差。

        所以,不管是Device Based还是Host Based,这张大映射表都要被存储到RAM中,前者存储在SSD自己的RAM,后者存储在Host的RAM,但是它俩都需要将逻辑页号随着有效内容一同写入Flash Page。FTL映射表很大,SSD上没有这么大的电容量在掉电后把整个表都拷贝回Flash。

        有些早期产品在掉电之后甚至需要半个多小时来重建映射表,比如一些大容量PCIE SSD,没有重构完的话就不能接受IO,所以其必须在BIOS扫描PCIE设备的时候通过optional rom加载个驱动,这个驱动与PCIE SSD通信从而获知其重构进度,并将BIOS暂停在某个页面上,直到重构完成,整个系统继续启动。

        而最新的产品中也并没有电量大到能够将数百兆上GB的表拷贝到Flash的大电容。目前的解决办法都是将这张大表里的脏页面在后台不断的刷入Flash。比如,可以采用SLC Flash来保存这个大表,加快写入速度,同时保证有足够的寿命。或者在MLC/TLC FLash上开辟一片专区,以SLC的方式对其Program,也就是直接将其充电到最大程度,而不需要充电到某个区间,这样也能够加快速度。

        对于那些没来得及写入Flash的表,如果是Device Based的,掉电后可以依靠SSD内的电容,将脏页面在几十ms时间内迅速写入Flash。比如,可以对脏页面保存一个bitmap,凡是脏的,bitmap中对应偏移量被置1,掉电后在电容的电力下,代码迅速扫描bitmap将脏页刷Flash,几十ms对人脑来讲那就是一瞬,但是对CPU来讲,确可以做不少事情。

        对于Host Based的SSD,掉电后没来得及下盘的脏页被丢掉,重启之后,只需要将这些丢掉的表页面从Flash Page中重构出来即可,所以,掉电之前,系统必须保证将  “有哪些脏页上次没有刷入” 的信息保存到Flash,比如如果用了bitmap追踪的话,那么每一笔对映射表的更新都需要同步刷入bitmap,假设500MB的FTL表,如果每个bit描述表中的4K内存页面的话,bitmap一共也就15KB左右。掉电后,主机端FTL代码从Flash将bitmap读出,扫描,重构。

        或者采用日志方式,就像数据库那样,每一笔对映射表的更新都记录下日志,该日志同步刷入Flash,掉电后,读出日志做redo。

         如何知道系统掉电?PCIE设备在系统掉电之后会收到一个中断信号,内部的CPU可以利用这几十ms的时间打扫战场。有人可能有疑问,掉电了还能收到信号?电源内的电容一般会在掉电之后保存有能够让整个系统再撑10ms左右的电量,电源一旦发现掉电,立即发送信号到主板芯片组,此时芯片组会发出一系列中断,包括给CPU,以及PCIE设备,CPU此时立即将cache flush到ram,这一步其实没用,因为ram照样掉电,但是如果用的是NVRAM/NVDIMM,就不一样了。但是,如果是SATA SSD,其无法直接收到掉电信号,但是系统桥上SATA控制器是可以的,SATA控制器收到掉电信号之后也会打扫战场,将没来得及写入SSD的数据写入之后便等待断电了,而SATA SSD此时只能靠自己了,也就是靠自身电容最最后打扫战场的工作。

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