Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлен из режима выравнивания износа )
Перейти к навигации Перейти к поиску

Выравнивание износа (также называемое выравниванием износа ) - это метод [1] для продления срока службы некоторых видов стираемых компьютерных запоминающих устройств, таких как флэш-память , которая используется в твердотельных накопителях (SSD) и USB-накопителях , и память с изменением фазы . Существует несколько механизмов выравнивания износа, которые обеспечивают различные уровни увеличения срока службы таких систем памяти. [2] [3]

Термин упреждающее выравнивание износа (PWL) использовался Western Digital для описания своей техники консервации, используемой на жестких дисках (HDD), предназначенных для хранения аудио- и видеоданных. [4] Однако жесткие диски, как правило, не относятся к устройствам с износом в контексте данной статьи.

Обоснование [ править ]

EEPROM и флэш-память имеют индивидуально стираемые сегменты, каждый из которых может быть подвергнут ограниченному количеству циклов стирания, прежде чем станет ненадежным. Обычно это около 3000/5000 циклов [5] [6], но многие флэш-устройства имеют один блок со специально увеличенным сроком службы более 100000 циклов, который может использоваться контроллером флэш-памяти для отслеживания износа и перемещения данных по сегментам. Стираемые оптические носители, такие как CD-RW и DVD-RW , рассчитаны на работу до 1 000 циклов (100 000 циклов для носителей DVD-RAM ).

Выравнивание износа пытается обойти эти ограничения, упорядочивая данные таким образом, чтобы стирание и повторная запись распределялись по носителю равномерно. Таким образом, ни один блок стирания не выходит из строя преждевременно из-за высокой концентрации циклов записи. [7] Во флэш-памяти один блок на микросхеме рассчитан на более длительный срок службы, чем другие, поэтому контроллер памяти может хранить рабочие данные с меньшей вероятностью их повреждения. [3] [8]

Обычные файловые системы, такие как FAT , UFS , HFS , ext2 и NTFS, изначально были разработаны для магнитных дисков и поэтому повторно перезаписывают многие из своих структур данных (например, их каталоги) в одну и ту же область. Когда эти системы используются на носителе флэш-памяти, это становится проблемой. Проблема усугубляется тем фактом, что некоторые файловые системы отслеживают время последнего доступа, что может привести к тому, что метаданные файлов будут постоянно перезаписываться на месте. [9]

Типы [ править ]

В устройствах хранения флэш-памяти используются три основных типа механизмов выравнивания износа: [2]

Нет выравнивания износа [ править ]

Система хранения флеш-памяти без выравнивания износа не прослужит долго, если данные записываются во флеш-память. Без выравнивания износа базовый контроллер флэш-памяти должен постоянно назначать логические адреса из операционной системы (ОС) физическим адресам флэш-памяти. Это означает, что каждая запись в ранее записанный блок должна быть сначала прочитана, стерта, изменена и перезаписана в то же место. Этот подход требует очень много времени, и часто записываемые местоположения быстро изнашиваются, в то время как другие местоположения не будут использоваться вообще. Когда срок службы нескольких блоков истекает, такое устройство выходит из строя. [2]

Выравнивание динамического износа [ править ]

Первый тип выравнивания износа называется динамическим выравниванием износа и использует карту для связывания адресов логических блоков (LBA) из ОС с физической флэш-памятью. Каждый раз, когда ОС записывает замещающие данные, карта обновляется, поэтому исходный физический блок помечается как недопустимые данные, а новый блок связывается с этой записью карты. Каждый раз, когда блок данных перезаписывается во флэш-память, он записывается в новое место. Однако блоки флэш-памяти, которые никогда не получают заменяемые данные, не будут подвергаться дополнительному износу, поэтому название происходит только от повторно используемых динамических данных. Такое устройство может прослужить дольше, чем устройство без выравнивания износа, но некоторые блоки все еще остаются активными, даже если устройство больше не работает. [2] [3]

Выравнивание статического износа [ править ]

Другой тип выравнивания износа называется статическим выравниванием износа, который также использует карту для связывания LBA с адресами физической памяти. Выравнивание статического износа работает так же, как выравнивание динамического износа, за исключением того, что статические блоки, которые не меняются, периодически перемещаются, так что эти малоиспользуемые ячейки могут использоваться другими данными. Этот эффект вращения позволяет SSD продолжать работу до тех пор, пока срок службы большинства блоков не истечет. [2] [3]

Выравнивание глобального износа [ править ]

На местном уровне реализовано как динамическое, так и статическое выравнивание износа. Это просто означает, что в продукте с несколькими микросхемами каждая микросхема управляется как отдельный ресурс. Количество дефектных блоков в разных микросхемах флэш-памяти NAND варьируется. У одного чипа могут быть изношены все блоки данных, в то время как у другого чипа все блоки могут оставаться активными. Чтобы спасти эту ситуацию, введено глобальное выравнивание износа. При глобальном выравнивании износа все блоки во всех флеш-чипах во флеш-памяти управляются вместе в едином пуле. Это гарантирует, что все ячейки во всех чипах внутри продукта изнашиваются равномерно. [10] [11]

Сравнение [ править ]

В следующей таблице сравнивается статическое и динамическое выравнивание износа: [3]

ПунктСтатическийДинамический
ВыносливостьУвеличенная продолжительность жизниБолее короткая продолжительность жизни
ПредставлениеПомедленнееБыстрее
Сложность дизайнаБолее сложныйМенее сложный
Типичное использованиеSSD, [2]
флеш-накопители промышленного класса [12]		Флешки бытового класса

Методы [ править ]

Есть несколько приемов продления жизни СМИ:

  • Контрольная сумма или код исправления ошибок может храниться для каждого блока или сектора, чтобы обнаруживать ошибки или исправлять ошибки.
  • Также можно сохранить резервное пространство. Когда блок или сектор действительно выходит из строя, будущие операции чтения и записи в него могут быть перенаправлены на замену в этом пуле.
  • Блоки или секторы на носителе можно отслеживать в очереди наименее часто используемых (LFU). Структуры данных для самой очереди должны либо храниться вне устройства, либо таким образом, чтобы используемое пространство само было изношено, либо, в случае флэш-памяти, в блоке со специально увеличенным сроком службы. Однако обычные алгоритмы кеширования предназначены для управления потоком данных в кэши на основе ОЗУ и из них, что делает их не подходящими напрямую для устройств хранения на основе флэш- памяти, поскольку они имеют асимметричный характер - чтение обычно намного быстрее, чем операции записи и стирания. может выполняться только один «блок» за раз. [13]

На некоторых специализированных картах Secure Digital [12] методы реализованы аппаратно с помощью встроенного микроконтроллера . На таких устройствах выравнивание износа является прозрачным , и на них можно использовать большинство обычных файловых систем «как есть».

Выравнивание износа также может быть реализовано программно с помощью специальных файловых систем, таких как JFFS2 и YAFFS на флэш-носителях или UDF на оптических носителях. Все три являются файловыми системами с журнальной структурой, поскольку они обрабатывают свои носители как циклические журналы и записывают в них последовательные проходы. Файловые системы, которые реализуют стратегии копирования при записи , такие как ZFS , также реализуют форму выравнивания износа.

См. Также [ править ]

  • Файловая система Flash
  • Запись усиления
  • Балансировка батареи

Ссылки [ править ]

  1. ^ Патент США 6,850,443 Методы выравнивания износа для систем flash EEPROM.
  2. ^ Б с д е е Пердью, Кен (2010-04-30). «Примечание по применению для выравнивания износа» (PDF) . Spansion . Проверено 12 августа 2010 года .
  3. ^ a b c d e "Выравнивание износа USB-флеш-накопителей и срок их службы" (PDF) . Корсар . Июнь 2007. Архивировано из оригинального (PDF) 13 октября 2007 года . Проверено 27 июля 2013 года .
  4. ^ «Информация о продукте жесткого диска Western Digital AV» . Western Digital. Архивировано из оригинала на 2010-01-02 . Проверено 1 июня 2010 .
  5. ^ «Итак, вы хотите купить SSD? Прочтите это в первую очередь» . Аппаратные Кэнакс .
  6. ^ «SSD переходят на 25 нм NAND - что вам нужно знать | StorageReview.com - обзоры хранилищ» . www.storagereview.com . 12 февраля 2011 г.
  7. ^ «Алгоритмы и структуры данных для флэш-памяти», Э. Гал и С. Толедо, ACM Computing Surveys, 2005
  8. ^ Арнд Бергман (2011-02-18). «Оптимизация Linux с помощью дешевых флешек» . LWN.net . Проверено 3 октября 2013 .
  9. ^ Джонатан Корбет (2007-08-08). "Однажды" . LWN.net . Проверено 21 января 2014 .
  10. ^ «Выравнивание износа» . Превосходить . Превосходить . Проверено 20 ноября 2019 года .
  11. ^ «Выравнивание износа - статическое, динамическое и глобальное» (PDF) . Кактус : 5 . Проверено 20 ноября 2019 года .
  12. ^ a b «Промышленные карты памяти SD Swissbit» . Mouser Electronics . Проверено 21 апреля 2017 года .
  13. ^ Цин Ян (2012-02-25). «Почему стандартные алгоритмы кеширования не работают для твердотельных накопителей» . velobit.com . Проверено 26 ноября 2013 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Флэш-твердотельные накопители - низшая технология или суперзвезда шкафа? , bitmicro.com, архивировано 2 февраля 2007 г.