隨著成本降低和技術(shù)進(jìn)步，閃存越來(lái)越多的被企業(yè)級(jí)數(shù)據(jù)中心作為存儲(chǔ)介質(zhì)使用。相比傳統(tǒng)的磁盤(pán)介質(zhì)，閃存的優(yōu)勢(shì)顯而易見(jiàn)：速度快，耗電低，省空間。特別在速度方面，閃存具有壓倒性的優(yōu)勢(shì)。

比方說(shuō)，客戶原來(lái)采用某款高端磁盤(pán)陣列的時(shí)候，處理某個(gè)業(yè)務(wù)，需要花費(fèi)10個(gè)小時(shí)。后來(lái)替換為閃存陣列，同樣處理該業(yè)務(wù)，只需要2個(gè)小時(shí)就可以完成。閃存帶來(lái)的性能優(yōu)勢(shì)非常的明顯。

但客戶在使用用閃存陣列時(shí)發(fā)現(xiàn)：剛開(kāi)始處理業(yè)務(wù)只用2個(gè)小時(shí)，可是運(yùn)行了一段時(shí)間之后，忽然有一天，客戶發(fā)現(xiàn)處理業(yè)務(wù)用了2小時(shí)30分鐘。于是，問(wèn)題來(lái)了，客戶一方面覺(jué)得2小時(shí)30分鐘比過(guò)去的10小時(shí)還是快多了，一方面也會(huì)想，為啥比起2小時(shí)，現(xiàn)在處理作業(yè)的時(shí)間慢了25%？

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由此，我們來(lái)了解一下，閃存中的“寫(xiě)斷崖（Write-Cliff）”現(xiàn)象。

什么是垃圾回收？

閃存是電子類(lèi)介質(zhì)，其處理數(shù)據(jù)的寫(xiě)入方式和傳統(tǒng)的磁類(lèi)介質(zhì)（磁盤(pán)或者磁帶）的覆蓋寫(xiě)不同：新數(shù)據(jù)寫(xiě)入的區(qū)塊，必須是空白區(qū)塊，如果該區(qū)塊存有舊數(shù)據(jù)，那么必須先對(duì)舊數(shù)據(jù)進(jìn)行“擦除”（Erase）。尤其是當(dāng)寫(xiě)入的數(shù)據(jù)總量達(dá)到閃存提供的所有容量之后，再次寫(xiě)入更新時(shí)，就必然會(huì)產(chǎn)生“擦除”。

相比于常規(guī)的讀取和寫(xiě)入操作，擦除有2個(gè)特點(diǎn)。

***，擦除的速度比讀寫(xiě)要慢。擦除時(shí)間可能是寫(xiě)入時(shí)間的10倍以上，基本達(dá)到ms級(jí)別；

第二，擦除的處理單位要比讀寫(xiě)大：讀寫(xiě)的處理單元是page（一般4KB大小，或者更大），擦除的單元是block（多個(gè)page組成，一般不少于512KB）。

如此，極端情況下，要寫(xiě)入4KB的數(shù)據(jù)到某個(gè)已存有4KB舊數(shù)據(jù)的區(qū)塊，有可能首先先擦除其周邊512KB的區(qū)塊空間。

這種將Block中的有效Page合并到一個(gè)新的Block中，并將舊的Block進(jìn)行擦除，留出更多的空閑Block的機(jī)制就叫做垃圾回收（Garbage Collection）。垃圾回收就相當(dāng)于固態(tài)硬盤(pán)的碎片整理，目前基本已是SSD的標(biāo)配機(jī)制，在全閃存陣列設(shè)計(jì)優(yōu)化中也有涉及。

閃存“垃圾回收”帶來(lái)的“寫(xiě)斷崖”和“寫(xiě)放大”

回到文章一開(kāi)始客戶遇到的性能下降25%的問(wèn)題，在了解完閃存垃圾回收的過(guò)程之后，就很容易理解了。一臺(tái)40TB可用容量的閃存陣列應(yīng)用到客戶現(xiàn)場(chǎng)，起始都是“干凈”的空白小塊，寫(xiě)入速度很快。但隨著數(shù)據(jù)的不斷更新，必然會(huì)出現(xiàn)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)搬運(yùn)，數(shù)據(jù)擦除等后臺(tái)垃圾回收的相關(guān)操作，從而提供“干凈”的小塊給后續(xù)的寫(xiě)入操作。若這些操作若和前端應(yīng)用程序并行，將可能導(dǎo)致了性能的下降，我們稱(chēng)之為“寫(xiě)斷崖(Write-Cliff)”。

“寫(xiě)斷崖”僅僅是垃圾回收帶來(lái)的問(wèn)題之一。垃圾回收還帶來(lái)的另外一個(gè)問(wèn)題，叫做“寫(xiě)放大”：閃存的每個(gè)Cell（顆粒）都是有寫(xiě)入次數(shù)的壽命限制的。垃圾回收導(dǎo)致了額外的Cell寫(xiě)入，加速了Cell壽命消耗。我們稱(chēng)之為“寫(xiě)放大(Write-Amplification)”。

如何處理“寫(xiě)斷崖”和“寫(xiě)放大”

寫(xiě)斷崖和寫(xiě)放大都是閃存介質(zhì)與生俱來(lái)的特性，無(wú)論是SSD固態(tài)硬盤(pán)，還是目前的全閃存陣列廠商，都無(wú)法避免這兩個(gè)問(wèn)題。

閃存陣列廠商一般會(huì)通過(guò)介質(zhì)材料，算法以及架構(gòu)的優(yōu)化等手段，來(lái)將這兩種影響控制在一定的范圍內(nèi)。比如某廠商，通過(guò)以下手段來(lái)優(yōu)化寫(xiě)斷崖的問(wèn)題：

首先，采用“超供給”（ Over-Provisioning）方式，通過(guò)提供更多的顆粒數(shù)量（比如用戶可見(jiàn)容量40TB，而實(shí)際物理容量超過(guò)67TB），用于減緩整體閃存壽命的磨損，并實(shí)現(xiàn)更為靈活的預(yù)防性垃圾回收。

同時(shí)，采用了靈活的垃圾回收處理機(jī)制，配置閑時(shí)垃圾回收引擎，從而不占用處理前端應(yīng)用數(shù)據(jù)IO的硬件資源。

***，通過(guò)全局FTL和優(yōu)化的上層寫(xiě)入機(jī)制，將隨機(jī)IO整理順序化，減少底層實(shí)際讀寫(xiě)次數(shù)。

此外，還有均衡磨損算法，監(jiān)測(cè)機(jī)制等手段，來(lái)優(yōu)化緩解這兩個(gè)問(wèn)題。

總之，對(duì)該問(wèn)題處理的效果，也是衡量閃存陣列能力的因素之一。

消除誤區(qū)，“寫(xiě)斷崖”并不可怕

***，需要說(shuō)明的是，寫(xiě)斷崖并不可怕。

即使寫(xiě)斷崖帶了的性能的降低，但速度降下來(lái)之后，若閃存陣列處理得當(dāng)，其性能還是要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)磁盤(pán)陣列。好比您以100塊錢(qián)的價(jià)格買(mǎi)了一種紀(jì)念幣，***的時(shí)候紀(jì)念幣價(jià)格飆升到了300塊錢(qián)，但后來(lái)降到了280塊錢(qián)，并在280塊錢(qián)平穩(wěn)下來(lái)。那么整體來(lái)看，收益還是很好的。

所以在對(duì)閃存陣列選型時(shí)，一定要搞清楚閃存陣列廠商是否對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行過(guò)優(yōu)化，并***讓廠商給出一些有說(shuō)服力的數(shù)據(jù)或者測(cè)試報(bào)告。