壞塊來(lái)源

壞塊來(lái)源主要包括:

出廠壞塊(Factory Bad Block):

閃存從工廠出來(lái)，就或多或少的有一些壞塊。

增長(zhǎng)壞塊(Grown Bad Block):

隨著閃存的使用，一些初期好塊也會(huì)變成壞塊。變壞的原因，主要是擦寫磨損。

壞塊鑒別

閃存廠商在閃存出廠時(shí)，會(huì)對(duì)出廠壞塊做特殊標(biāo)記。一般來(lái)說(shuō)，剛出廠的閃存都被擦除，里面的數(shù)據(jù)是全0xFF。但是對(duì)壞塊來(lái)說(shuō)，閃存廠商會(huì)打上不同的標(biāo)記。

鎧俠（KIOXIA）會(huì)在出廠壞塊的第一個(gè)閃存頁(yè)和最后一個(gè)閃存頁(yè)的數(shù)據(jù)區(qū)第一個(gè)字節(jié)和Spare區(qū)第一個(gè)字節(jié)寫上一個(gè)非0xFF的值。

用戶在使用閃存的時(shí)候，首先應(yīng)該按照閃存文檔，掃描所有的閃存塊，把壞塊剔除出來(lái)、建立一張壞塊表。

還有些閃存廠商，它會(huì)把壞塊信息存儲(chǔ)在閃存內(nèi)部某個(gè)地方(掉電不丟失)，用戶在建立壞塊表的時(shí)候，沒(méi)有必要掃描所有的閃存塊來(lái)識(shí)別壞塊，只需讀取閃存的那個(gè)特定區(qū)域。比如Micron，它的閃存內(nèi)部有個(gè)叫OTP(One Time Programming)的區(qū)域，出廠壞塊信息可以存在里面。

對(duì)增長(zhǎng)壞塊而言，它的出現(xiàn)會(huì)通過(guò)讀寫擦等操作反映出來(lái)。比如讀到UECC（Uncorrectable Error Correction Code，數(shù)據(jù)沒(méi)有辦法通過(guò)ECC糾錯(cuò)恢復(fù)）、擦除失敗、寫失敗，這都是一個(gè)壞塊出現(xiàn)的癥狀。用戶應(yīng)該把這些壞塊加入壞塊表，不再使用。

壞塊管理策略

一般有兩種策略管理壞塊，一是略過(guò)(Skip)策略，二是替換(Replace)策略。

1.略過(guò)策略

用戶根據(jù)建立的壞塊表，在寫閃存的時(shí)候，一旦遇到壞塊就跨過(guò)它，寫下一個(gè)Block。

SSD的存儲(chǔ)空間是閃存陣列，無(wú)論是Industrial M.2 SSD還是Industrial mini mSATA SSD一般都有幾個(gè)并行通道，每個(gè)通道上連接了若干個(gè)閃存，看下圖Agrade M.2 SSD，該SSD有四個(gè)通道，每個(gè)通道上掛了一個(gè)閃存Die。

SSD向四個(gè)Die 依次寫入。假設(shè) Die 1上有個(gè) Block B是壞塊，若固件采取壞塊略過(guò)策略，則寫完 Block A時(shí)，接下來(lái)便會(huì)跨過(guò)Block B寫到Die2的Block C上面去。

2、替換機(jī)制

與略過(guò)策略不同，當(dāng)某個(gè)Die上發(fā)現(xiàn)壞塊時(shí)，它會(huì)被該Die上的某個(gè)好塊替換。用戶在寫數(shù)據(jù)的時(shí)候，不是跨過(guò)這個(gè)Die，而是寫到替換塊上面去。采用此策略，除正常用戶使用的閃存塊，還需額外保 留一部分好的閃存塊，用于替換用戶空間的壞塊。整個(gè)Die上閃存塊就劃分為兩個(gè)區(qū)域：用戶空間和預(yù)留空間。

還是以上面的情況為例:用戶寫入數(shù)據(jù)時(shí)，當(dāng)碰到壞塊B，它不會(huì)略過(guò) Die1不寫，而是寫到Block B的替換者 Block B’上面去。

采用替換策略，SSD內(nèi)部需維護(hù)一張重映射表（Remap Table):壞塊到替換塊的映射，比如B→B’。當(dāng)SSD需要訪問(wèn)Block B時(shí)，它需要查找重映射表，實(shí)際訪問(wèn)的物理Block應(yīng)該是B’。

我們看看兩者策略的優(yōu)劣 。

略過(guò)策略的劣勢(shì)在于性能不穩(wěn)定。以4個(gè)Die為例，略過(guò)策略可能導(dǎo)致Die的并行度在1和4個(gè)Die之間，而替換策略并行度總是4個(gè)Die,毋庸置疑，前者性能表現(xiàn)不如后者。但替換策略有木桶效應(yīng)，如果某個(gè)Die質(zhì)量比較差，則整個(gè)SSD可用的閃存塊則受限于那個(gè)壞的Die。

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