二、DRAM緩存的作用是什么？

上一節(jié)只是簡要介紹了SSD的有緩/無緩方案，下面我們就從技術(shù)的角度分析，來看看DRAM緩存的作用到底是什么。

該部分內(nèi)容有點枯燥，看不進(jìn)去的朋友可以直接跳轉(zhuǎn)至結(jié)尾看選購總結(jié)哈。

1.DRAM緩存可以存儲FTL閃存映射表

閃存顆粒的物理特性決定了它不能覆蓋寫入，一般來說，其擦除以Block（塊）為單位，而寫入以Page（頁）為單位。

Page中含有非常多的存儲單元，是閃存顆粒寫入數(shù)據(jù)的最小單位：

同時Block是Page的上級單位，一個Block中有很多個Page：

一般來講，足量的消費(fèi)級有緩SSD中，DRAM緩存的主要作用是存儲FTL閃存映射表，其與閃存顆粒的容量比例為1:1000，F(xiàn)TL映射表在SSD中就像一本書的目錄一樣，儲存著數(shù)據(jù)從邏輯地址到物理地址的映射關(guān)系。

當(dāng)主機(jī)發(fā)來讀命令時，SSD能根據(jù)需要讀取的邏輯數(shù)據(jù)塊查找FTL映射表，獲取這些邏輯數(shù)據(jù)在閃存空間所在的位置，后端便能從閃存上把對應(yīng)數(shù)據(jù)讀到SSD內(nèi)部緩存空間，然后前端負(fù)責(zé)把這些數(shù)據(jù)返回給主機(jī)。

由于DRAM緩存的讀寫性能和低延遲表現(xiàn)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于閃存顆粒，所以有緩SSD會充分利用這個特性，在SSD通電時將保存在SSD預(yù)留空間中的FTL映射表寫入DRAM顆粒中。

咱們想要讀寫閃存顆粒中的數(shù)據(jù)時，可以通過DRAM緩存中保存的FTL快速找到相應(yīng)位置，從而提高一塊固態(tài)硬盤的隨機(jī)讀寫速度、降低查找數(shù)據(jù)保存位置時的延遲。清注意，這個機(jī)制對于隨機(jī)讀寫的加成較大，對順序讀寫的性能影響很小很小。

2.DRAM緩存還可以在臟盤狀態(tài)下提高讀寫性能

在使用閃存顆粒作為存儲介質(zhì)的SSD中，如果我們要對一個已有數(shù)據(jù)的Page進(jìn)行寫入，那么必須先要把這個Page所在的Block中的數(shù)據(jù)讀出，暫時保存到一個空白的Block中，待第一個Block清空后再把所有數(shù)據(jù)寫進(jìn)去。

從示意圖可以看出來，在我們眼里一個簡單的對SSD的寫入數(shù)據(jù)操作，一旦遇到臟盤情況下，就會分解成先讀再擦后寫（READ-ERASE-WRITE）三個步驟，并在過程中會造成寫入放大問題。

顯而易見的，這會增加閃存顆粒的寫入量，消耗寫入壽命，同時在寫入過程中還會提高寫入延遲、影響寫入速度。

如果在這個寫入過程中，SSD上還有我們在操作系統(tǒng)中已經(jīng)刪除、但是只做了標(biāo)記但未實際進(jìn)行擦除的數(shù)據(jù)的話，還需要經(jīng)過一個更加復(fù)雜的垃圾回收+擦寫操作，進(jìn)一步影響SSD的寫入量和性能。

以下圖為例，在Block x和Block y上有很多垃圾數(shù)據(jù)，其中Block x上的A、B、C為有效數(shù)據(jù)，Block y上的D、E、F、G為有效數(shù)據(jù)。垃圾回收就是把一個或者幾個Block上的有效數(shù)據(jù)搬出來集中寫到某個空閑Block上(比如Blockz)。當(dāng)這些Block上的有效數(shù)據(jù)都搬走后，F(xiàn)TL便能擦除這些Block，然后又能把這些Block拿出來供SSD寫入新的數(shù)據(jù)了。

而有緩SSD中的DRAM緩存由于速度、延遲等方面的性能明顯要好于閃存顆粒，所以在向一個Block寫入數(shù)據(jù)的過程中，如果Block中的Page中已有數(shù)據(jù)，那么可以使用DRAM作為中轉(zhuǎn)站，先將Page中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到DRAM中，然后將Block整個擦成空白塊后填入需要寫入的新數(shù)據(jù)，最后將DRAM中轉(zhuǎn)站里保存的原Page數(shù)據(jù)挪到其他Block里。

發(fā)現(xiàn)了嗎？在這個過程中由于DRAM的參與，還減少了一部分對閃存顆粒的寫入量，同時還加快了整個R-E-W的過程，減少了寫入延遲。

接下來讓我們把問題進(jìn)一步復(fù)雜化，當(dāng)SLC Cache容量耗盡時，有一個需要將原本SLC Cache空間內(nèi)的數(shù)據(jù)重寫回TLC模式的過程，我們稱之為SLC Cache釋放，在這其中要面臨大量擦寫操作。而在固件的加持下，部分SSD的DRAM緩存也能在這個過程中起到緩解寫入放大的作用。

這也即是說，獨立DRAM緩存在SSD中其實起著萬金油的作用，這也是各大存儲廠商的消費(fèi)級旗艦SSD以及更加昂貴的企業(yè)級SSD一般都會采用有緩方案的原因。

三、有緩SSD、無緩SSD，用起來有啥區(qū)別？

現(xiàn)在技術(shù)原理我們已經(jīng)了解了，那么有緩SSD和無緩SSD在我們實際使用過程中，到底有啥不一樣的體驗?zāi)兀?/p>