SSD常用术语的简单介绍

SSD主要由控制单元和存储单元组成，控制单元包括SSD控制器、主机接口、DRAM等，存储单元主要是NAND FLASH颗粒。NAND FLASH内部存储读写的基本单元为Block和Page。

● Block：能够执行擦除操作的最小单元，通常由多个Page组成；

● Page：能够执行编程和读操作的最小单元，通常大小为16KB。

对NAND FLASH读写数据的操作主要涉及擦除（Erase）、编程（Program）和读（Read），其中编程和读的基本操作单位是Page，擦除的基本操作单位是Block。在写入一个Page之前，必须要擦除这个Page所在的整个Block。因此在写入某个Page时，需要把Block中其他有效的数据拷贝到新的存储空间，从而把原先的整个Block擦除，这一过程称为垃圾回收（Garbage Collection，简称GC）。每一次对Block的编程写入和擦除称为一次P/E（Program/Erase）。不同于机械硬盘HDD，SSD盘中对每个Block的擦写次数是有限制的。如果某些Block的擦写次数太多，将会导致该Block不可用。

SSD领域涉及到较多的专业术语，为了更深入地了解SSD技术，本文对常用SSD术语进行简要的说明和介绍。

盘内磨损均衡

磨损均衡是指SSD控制器通过对NAND Flash中Block的P/E次数进行监控，通过一定的软件算法使所有Block的P/E次数比较平均，防止单个Block因过度擦写而导致失效，延长NAND FLASH整体的使用寿命。

动态磨损均衡是指在主机数据写入的时候，优先挑选磨损较小的Block使用，这样保证P/E消耗平均分布；静态磨损均衡是指盘片定期在整个盘片的范围内寻找P/E消耗较少的Block并回收其上的有效数据，从而使得保存冷数据的Block也参与到磨损均衡的循环中。HSSD通过这2种方案的结合来保证全盘磨损均衡。

坏块管理

NAND FLASH芯片在制造和使用过程中会逐渐出现一些不符合要求的存储单元，此类Block将被标志为坏块。如果出现坏块，则通过NAND FLASH间XOR冗余校验数据来计算出坏块上的数据，并将数据恢复到新的可用Block上。在一个SSD生命周期内，盘片会出现坏块，SSD在盘片内部预留了空间用作坏块替换，确保在生命周期内可能出现的坏块可以及时被替换，保障SSD上的数据安全可靠。

数据冗余保护

由于SSD在使用过程中可能会出现数据位翻转和跳变，数据在SSD的DRAM中使用了ECC和CRC校验来防止数据跳变和篡改；数据在NAND FLASH中使用了LDPC和CRC校验来保护Page上的数据；而在不同的NAND FLASH之间则采用了XOR冗余进行保护以防止颗粒失效导致的数据丢失。

LDPC即低密度奇偶校验码（Low Density Parity Check Code），是通过校验矩阵定义的一类线性码，主要用于数据校验和纠错，广泛应用于无线通信、卫星数字传输等领域。在数据写入NAND FLASH的Page时，计算出数据的LDPC校验信息一起写入到Page中；在从Page中读取数据的时候通过LDPC进行校验和纠错。

后台巡检

NAND FLASH上的数据会由于存放时间过长，读干扰、写干扰、随机失效等原因导致数据发生错误。HSSD会周期性的读取NAND FLASH上的数据，识别数据跳变情况，对于出现高比特位跳变的数据及时读取并写入到新的Page。通过这一后台巡检过程可以提前识别出现的风险并进行处理，能有效防止这些错误导致的数据丢失，提高数据的安全性和可靠性。

Namespace

命名空间，是 NVMe 协议中一个基本的逻辑空间的概念。简单地说，命名空间将 NVMe SSD 的用户空间进行逻辑划分，每个命名空间拥有自身的 NAND 颗粒，可以独立地进行格式化和加密等操作。

OP

Over-provisioning，一般称为预留空间，它是指 SSD 保留一部分闪存空间留作他用，这部分空间用户不可操作，容量大小一般是由主控决定的，一般不建议用户自行修改。OP 空间在垃圾回收（Garbage Collection, GC）、耗损平衡（Wear Leveling, WL）、减少写入放大（Write Amplification, WA）等多个方面都有作用，具体如何应用要取决于 SSD 主控算法。OP 的使用情况对于磁盘的健康状态是有影响的。

DWPD

Diskful Writes Per Day，每日整盘写入次数，是指在预期寿命内可每日完整写入 SSD 固态硬盘所有容量的次数。这个参数一般会作为参考 NMVe SSD 寿命和性能的重要评测数据。由于 SSD 的实现是基于电气原理的，每个 NAND 颗粒的擦写（P/E）次数是有限制的，一般厂家都会标定一个寿命期限。OP 所实现的 WL 对于维护磁盘的使用寿命具有很重要的意义。

MTBF

Mean Time Between Failures，平均无故障工作时间，或相邻两次故障之间的平均工作时间，是衡量一个产品的可靠性指标，单位为“小时”。MTBF主要通过实证法采用加速应力方式来证明产品长期可靠度，主要通过高温加速测试计算评估，从测试深度、广度、持久度三个方向进行测验。

PI

Protection Information，保护信息。完整的端到端数据保护支持由Host端生成PI，提供从Host直至SSD内部的完整端到端数据路径保护。在数据生成时，通过对数据添加PI，并将其作为元数据始终伴随用户数据一同传输和校验，借此降低静默错误的发生；同时，借助ECC（如BCH、LDPC）、Die间RAID5等手段，对检测到的错误数据加以修正，提升整个端到端数据传输过程中的可靠性。PI也可以通过SSD Controller生成，提供SSD盘内的数据保护，通常，后者称为“数据路径保护”技术。

PI与用户数据通常是连续存放。这要求SSD在提供标准的用户数据存储空间（如512字节或4096字节）之外，额外提供PI作为元数据的存储区域。

VSS

Viable Sector Size，可变Sector Size，也叫活性扇区大小。它允许SSD在保存用户数据的同时，保存该数据的元数据，也就是对PI的存储。它是全闪存阵列实现NVMe端到端数据保护，降低静默错误发生的必要前提。在保证一致性能前提下，进一步保证存储系统和分布式文件系统对数据可靠性的高要求。

DIF/DIX

PI 的具体实现包括 DIF 和 DIX 两种方式，这两种数据保护机制的主要区别是 PI 信息的位置不同。具体选择哪种格式，要根据应用场景的需求。

Data Integrity Field (DIF)，即元数据与用户数据（LBA Data）连续存放。

Data Integrity Extension (DIX)，元数据与用户数据单独存放。

SR-IOV

Single-Root I/O Virtualization，单根 I/O虚拟化。是一种基于硬件的虚拟化解决方案，通过利用PF和VF的属性，将一个设备虚拟出多个PCIe设备，利于虚拟机操作，从而大大减轻宿主机的CPU负荷，提高性能和可伸缩性，帮助系统解决虚拟机SSD盘的QoS问题，可支持更多数量的虚拟机业务。VM可直接与VF通信，不需要Hypervisor接入IO处理，节约 vCPU资源，实现性能隔离。

SR-IOV可实现多个虚拟机共享物理资源，且bypass Hypervisor（或者VMM）软件层，使得虚拟机可使用到NVMe SSD的高性能。

PRP

Physical Region Page，物理（内存）区域页，主机侧用于通知SSD数据所在的内存位置的一种方式。NVMe把Host的内存分为页的集合，页的大小在CC寄存器中配置，可以是4K、8K…128MB，PRP Entry是一个64位的内存物理地址指针，描述的是一段连续的物理内存的起始地址，PRP list中每个PRP Entry都描述一个物理页。每个NVME 命令有两个域，PRP1和PRP2，Host通过这两个域告诉SSD数据在内存中的位置或数据需要写入的地址。

SGL

Scatter Gather List，散列聚集列表，是另一种索引内存的数据结构。用以描述一段数据空间，该空间可以是数据源所在空间，也可以是数据目标空间，SGL由若干个SGL segment组成，每个segment又由若干个SGL descriptor组成。与PRP描述物理页不同，SGL可以描述任意大小的内存空间，更为灵活。

Multi-stream write

多流写，该技术可以使SSD根据主机端提供的Stream ID，将具有相同或相似生命周期的数据写入到相同的擦除单元中去，大大提高GC时的效率，减少写放大，使得SSD的性能和寿命都有较大的提升。

ZNS

Zoned Name Spaces，分区命名空间。ZNS将一个Namespace的逻辑地址空间切分成单个zone（一种固定大小的子区间），每个zone都有一段LBA（Logical Block Address, 逻辑地址空间）区间，这段区间只能顺序写，而且如果要覆盖写，则必须进行一次擦除操作。这样，namespace就可以把NAND内部结构的边界透露给外界。NVMe SSD也就能够将地址映射表等内部管理工作交由host去处理，从而减少写放大、选择合适的GC时机。ZNS驱动器减少了用于过度配置的额外闪存，因为它们不希望频繁写入，因此成本更低。

通过了解这些术语，我们可以更好地理解SSD技术的原理和性能特点，并在选择、使用和优化SSD时做出更明智的决策。

审核编辑：汤梓红