运维之SSD硬盘（SSD hard Drive for Operation and Maintenance）

背景

SSD的产生背景是计算技术发展和市场需求驱动的结果。早期计算机使用磁芯存储器，后来被半导体存储器取代，提高了速度和可靠性。随着电子设备小型化，对轻便、低功耗存储器的需求增长，SSD因无机械部件、速度快、耗电少而受到关注。最初因成本高昂，SSD主要用于军事和航天，但NAND闪存技术的进步降低了成本，使SSD逐渐进入消费市场。如今，SSD已成为提升计算性能的关键组件，被广泛应用于各类电子设备中。

作用

SSD，即我们日常经常提到的固态硬盘。它是一种使用闪存技术（NAND Flash）来存储数据的介质，与传统的机械硬盘（HDD）相比，具有读写速度快、耗电量低、运行安静和抗震性更好等特性。现在大家都喜欢用来装电脑系统，达到增加电脑运行性能的作用。而在数据中心，SSD都是用来运行对性能要求高的应用或数据库，以达到运算标准。

存储原理：

1、NAND flash存储介质

要了解SSD的存储原理，首先我们得先知道NAND Flash。那么NAND Flash 是什么呢？

NAND Flash是一种非易失性存储介质，什么是非易失性？字面意思，不容易丢失数据。而NAND flash存储技术就是一种能在设备断电后，还能保持存储数据的一种存储器技术。相比HDD这种易失性存储器，SSD不需要持续的电源供应来保持存储的数据。

2、NAND 的基本存储单元的非易失性原理

在源极到漏极之间电流单向传导的半导体上形成存储电子的浮栅，而浮栅上下被绝缘层包围，从而保护存储在里面的电子不会因为掉电而消失，所以 NAND 是非易失性存储介质。

3、操作原理 

①擦除

      原理是在衬底施加强电压，接着引发量子隧道效应，使电子能够从浮栅层通过绝缘层吸向衬底。电子的流动会改变存储单元的逻辑状态，从 1 变为 0 ，实现擦除数据操作。

      NAND Flash 的擦除操作是以块（Block）为单位进行的。同时由于擦除操作会对存储单元造成一定的损伤，因此SSD的寿命很大程度上取决于擦除次数的限制。

②写入

       原理是在控制极施加正电压，引发量子隧道效应，使电子能够从源极通过绝缘层进入浮栅层，此时读取状态为 1，实现写入操作。

       为了进行写入操作，需要对存储单元进行擦除操作，以清除存储单元中的数据。NAND Flash的写入操作是以页（Page）为单位进行的。

③读取

       原理是进行读取操作时，给本页控制极一个很低的读取电压，然后通过判断源极和漏极间是否处于导通状态来读取闪存单元的状态。如果数据页已进行过写入操作，浮栅层内的电子会抵消读取电压，则读取状态为 0；而进行擦除操作后的浮栅层内不存在电子，则处于导通状态，所以读取状态为 1。

4、数据写原理详解

①无数据页写入数据：

在无效数据的位置写入数据时，需要先擦除无效页，接着才能在该位置写入新数据。

②有数据页写入数据：

由于Flash不支持覆盖写，所以所有的写入操作只能在空或已擦除的单元内进行。更改数据时，将整页拷贝到缓存（Cache）中修改对应页，再把更改后的数据挪到新的数据页保存，将原来位置的数据页标记为无效页。

常见的SSD的类型：

1. NVMe SSD：这种类型的SSD使用NVMe接口和PCIe通道，比SATA接口的SSD提供传输速率更快，使其达到更低的延迟。而且NVMe是为需要最高性能的应用设计的，如高端游戏系统、专业视频编辑和数据中心应用。

2. SATA SSD：这是最常见的SSD类型，使用SATA接口，适用于大多数台式机和笔记本电脑。虽然其理论最大速度为6Gb/s，但日常电脑使用已足够优秀。

优缺点：

优点：

1、结构：没有机械部件，SSD比HDD更耐撞击。

2、节能：SSD的运行比HDD更省电，利于数据中心的降本增效。

3、性能：SSD的读写速度快，系统启动、文件访问和程序加载的时间都比HDD快很多

缺点：

1、特性：SSD闪存的每个块（Block）擦写（擦除、写入）达到一定次数后可能会变成坏块，或者存储在上面的数据变得易丢失。且闪存读的次数是有限的，读的次数多了会出现读干扰的问题。

2、成本：同规格的SSD硬盘价格比HDD高。

3、数据恢复：同样是数据被删除，从SSD中恢复数据比从HDD中恢复数据难。

总结

SSD以其出色的存储理念和性能成为目前业界最受欢迎的存储介质之一，但是什么产品都有其优点和缺点，是否满足自身使用需求，还得根据实际情况甄别。今天的介绍就到这，希望对粉丝伙伴们有用。