醉染图书深入浅出SSD9787111599791

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序一
序二
前言
章SSD综述1
1.1引子1
1.2SSDvsHDD3
1.3固态存储及SSD技术发展史6
1.4SSD基本工作原理11
1.5SSD产品核心参数13
1.5.1基本信息剖析15
1.5.2能剖析18
1.5.3寿命剖析21
1.5.4数据可靠剖析
1.5.5功耗和剖析26
1.5.6SSD系统兼容29
1.6接口形态30
1.6.12.5寸32
1.6.2M.2
1.6.3BGASSD35
1.6.4SDP37
1.6.5U.
1.7固态存储市场38
1.7.1SSD正在取代HDD38
1.7.2SSD、HDD应用场合39
1.7.3SSD市场情况39
第2章SSD主控和全闪存阵列41
2.1SSD系统架构41
2.1.1前端42
2.1.2主控CPU45
2.1.3后端45
2.2SSD主控厂商47
2.2.1Marvell主控47
2.2.2三星主控49
2..主控，谁主沉浮50
.案例：硅格（SiliconGo）SG9081主控55
2.4案例：企业级和消费级主控需求的归一化设计56
2.5案例：DERA（得瑞领新）NVMe控制器TAI和NVMeSSD产品58
2.6全闪存阵列AFA60
2.6.1整体解剖60
2.6.2硬件架构64
2.6.3软件架构66
2.6.4工作流程69
2.6.5应用场景74
2.7带计算功能的固态硬盘75
第3章SSD存储介质：闪存77
3.1闪存物理结构77
3.1.1闪存器件原理77
3.1.2SLC、MLC和TLC78
3.1.3闪存芯片架构80
3.1.4读、写、擦原理83
3.1.5三维闪存84
3.1.6ChargeTrap型闪存89
3.1.73DXPoint91
3.2闪存实战指南95
3.2.1异步时序95
3.2.2同步时序97
3..闪存命令集100
3.2.4闪存寻址101
3.2.5读、写、擦时序102
3.2.6ONFI与Toggle协议之争103
3.3闪存特105
3.3.1闪存存在的问题105
3.3.2寿命107
3.3.3闪存测试109
3.3.4MLC使用特110
3.3.5读干扰111
3.3.6闪存数据保存期112
3.4闪存数据完整115
3.4.1读错误来源115
3.4.2重读117
3.4.3ECC纠错码118
3.4.4RA119
3.4.5数据随机化120
第4章SSD核心技术：FTL122
4.1FTL综述122
4.2映管理124
4.2.1映种类124
4.2.2映基本原理126
4..HMB128
4.2.4映表刷新130
4.3垃圾回收131
4.3.1垃圾回收原理131
4.3.2写放大137
4.3.3垃圾回收实现140
4.3.4垃圾回收时机147
4.4Trim148
4.5磨损平衡150
4.6掉电恢复152
4.7坏块管理155
4.7.1坏块来源155
4.7.2坏块鉴别155
4.7.3坏块管理策略157
4.8SLCcache158
4.9RD&DR160
4.10HostBasedFTL161
4.10.1DeviceBasedFTL的不足162
4.10.2HostBasedFTL架构163
4.10.3百度的软件定义闪存163
第5章PCIe介绍166
5.1从PCIe的速度说起166
5.2PCIe拓扑结构169
5.3PCIe分层结构172
5.4PCIeTLP类型175
5.5PCIeTLP结构179
5.6PCIe配置和地址空间184
5.7TLP的路由189
5.8数据链路层197
5.9物理层202
5.10PCIeReset205
5.11PCIeMaxPayloadSize和MaxReadRequestSize210
5.12PCIeSSD热插拔211
5.13SSDPCIe链路能损耗分析213
第6章NVMe介绍216
6.1AHCI到NVMe216
6.2NVMe综述218
6.3吉祥三宝：S、C和DB2
6.4寻址双雄：PRP和SGL229
6.5Trace分析
6.6端到端数据保护241
6.7Namespace245
6.8NVMeoverFabrics250
第7章SSD测试258
7.1主流SSD测试软件介绍258
7.1.1SSD能测试利器——FIO258
7.1.2ASSSDBenchmark263
7.1.3ATTODiskBenchmark264
7.1.4CrystalDiskMark264
7.1.5PCMarkVantage266
7.1.6IOMeter266
7.2验与确认267
7.3测试仪器268
7.3.1Emulator268
7.3.2协议分析仪269
7.3.3Jammer272
7.4回归测试274
7.5DevSlp测试275
7.6PCIeInterOp278
7.7WA测试280
7.8耐久度测试281
7.9认Certification288
7.10SSDPerformance测试290
第8章SSD电源管理294
8.1SATA省电模式Partial和Slumber294
8.2SATA不错省电模式DevSlp295
8.3SATA优选省电模式RTD3299
8.4PCIe省电模式ASPM301
8.5PCIe省电模式305
8.6NVMe动态电源管理306
8.7PowerDomain310
第9章ECC原理312
9.1信号和噪声312
9.2通信系统模型313
9.3纠错编码的基本思想315
9.3.1编码距离315
9.3.2线纠错码的基石——奇偶校验（Parity-Check）315
9.3.3校验矩阵H和生成矩阵G316
9.4LDPC码原理简介317
9.4.1LDPC是什么317
9.4.2Tanner图319
9.5LDPC解码319
9.5.1Bit-flipping算法319
9.5.2和积信息传播算法322
9.6LDPC编码327
……

SSDFansSSDFans。是由几个固态存储行业的技术精英于2014年创立的，他们都是博士、硕士。SSDFans创立的初衷是普及固态存储相关知识，为祖国的固态存储事业添砖加瓦。 SSDFans核心团队，都是SSD行业技术专家，精通固件开发、驱动开发、硬件逻辑开发和SSD测试等技术。 SSDFans作者团队，20多位作者都是技术专家，来自SSD、NAND Flash和存储行业各大公司。 SSDFans是目前中国乃至世界华人圈都颇具影响力的SSD（固态硬盘）技术社区，通过互动等方式，建立了中国SSD产业界完善的社交网络。 SSDFans目前拥有： 1.公众号：ssdfans，订阅人数一万多人，并且继续快速增长。公众号特点是传播速度快、精准、用户忠诚度高，技术文章阅读率在10%以上。 2.：www.ssdfans.com，是SSD和闪存业界专业和面的站。 3.几十个群，覆盖了SSD全产业链： ?产品包括手机/平板/物联网等移动设备固态存储、消费级SSD、企业级SSD?人群包括SSD相关行业、销售、管理层、采购、用户等?厂商有NAND Flash制造商、SSD控制器厂商、SSD制造商、各种代理商、SSD和芯片测试设备厂商、SSD外壳/电路板等配件厂商、SSD控制器芯片IP厂商、人、猎头、存储设备制造商、云计算厂商、互联网公司、研究所和高校存储相关部门。 在机械硬盘时代，权掌握在国外大公司手里，我国的核心数据存储在国外的设备中。在固态硬盘时代，幸运的是，很多中国公司站在了技术和产业前沿，SSDFans的目标是整合SSD产业链资源，推动中国固态存储产业大发展，为振兴民族存储产业努力奋斗！

Preface 前    言为什么要写这本书这是一个真正的数据大时代，看得见，摸得着。我们每天都在生产数据：发朋友圈、发微博、上传图片和视频到社交、备份数据到网盘等。我们的这些数据，不是存储在虚无缥缈的云端，而是存储在云服务器上。云服务器的核心就是存储介质。无论是云端存储，还是本地存储，有数据的地方就有存储介质。传统数据存储介质有磁带、光盘等，但更多的是硬盘（HDD）。随着数据呈式增长，对数据存储介质在速度上、容量上有更高的要求。时势造英雄，固态硬盘（Solid State Disk，SSD）横空出世。SSD使用芯片存储数据，没有HDD的机械式部件，因此在速度、时延、功耗、抗震等方面，与HDD相比有碾压式优势。无论是个人存储，还是企业存储，都在逐渐用SSD取代HDD。大数据时代，SSD必将是主角。HDD时代我们错过了；SSD时代，我们迎来了弯道超车的好机会。国内很多企业都希望抓住这个机遇，所以他们研发、制造SSD，并且取得了不错的，已经有了能自主研发SSD及SSD控制器的公司。层面也在大力研发半导体。长江存储的成立昭示了对固态存储这块的态度和决心。国内SSD领域的从业人员，以及日常使用SSD的人越来越多，但是市面上专门介绍SSD技术的中文书籍少之又少。作为国内靠前的SSD技术社区——SSDFans有责任、有义务，也有动力推出一本中文版 SSD技术书籍。我们几位作者，都工作在SSD的前线，是出身，虽文笔一般但是热情十足，愿意分享对技术的理解。希望这块砖头能够帮您敲开SSD的大门，如果能够解决您的一些实际问题，或者引发您的一些思考，我们更是不胜荣幸。，欢迎您通过（http://www.ssdfans.com）、公众号（SSDFans）来进一步了解我们，与我们做进一步的交流。读者对象计算机、相关专业的在校生，存储方向的：通过阅读本书，能够更好地将所学的理论与业界实践结合，对相关知识有更加深刻的理解，为未来加入企业打好坚实的基础。SSD研发企业的员工：通过阅读本书，可以全面学习与SSD相关的硬件、协议、固件以及测试等各方面的基础知识，提升整体认知，具备完整、系统的理论知识。企业IT运维人员：通过阅读本书，可以充分了解SSD的优劣之处及其适用的工作场景，为公司的IT部署过程提供技术支持，实现整体运营成本的很优配置。广大的DIY、游戏爱好者：通过阅读本书，可以学会如何选择自己的SSD，以合理投入获得更好的娱乐体验。对SSD产业感兴趣的人：通过阅读本书，可以全面了解SSD产业的现状，掌握基本的技术术语，以便更好地与企业沟通。对SSD知识感兴趣的人。本书特色本书的作者团队都在业内知名公司任职，具备丰富的理论和实践知识。同时，日常维护公众号期间，跟读者的频繁互动也保了知识的更新速度。在撰写本书的过程中，作者们能够对技术原理做深入浅出的阐述，并结合自身工作经验给出意见。本书主要内容本书的内容几乎覆盖了SSD各个模块，既可以作为一本入门书籍进行通读，也可以在需要的时候作为工具书进行查阅。本书内容涵盖：&nbsSD础知识、SSD各模块介绍及SSD测试相关内容。SSD基础知识包括：SSD与HDD的比较、SSD的发展历史、产品形态、整体架构和基本工作原理。模块介绍包括：FTL闪存转换层：作为SSD固件的核心部分，FTL实现了例如映管理、磨损均衡、垃圾回收、坏块管理等诸多功能，本书将一一介绍。NAND Flash：NAND Flash作为SSD的存储介质，具有很多与传统磁介质不同的特，本书将从器件原理、实战指南、闪存特及数据完整等方面展开。NVMe存储协议：作为专门为SSD开发的软件存储协议，NVMe正在迅速占领SSD市场。本书将从其优势、基础架构、寻址方式、数据安全等方面展开。为了让读者对NVMe命令处理有更加直观的认识，本书结合实际的PCIe trace进行阐述。同时，本书也介绍了NVMe Over Fabric的相关知识，让读者能够对未来网络与存储的发展趋势有所了解。PCIe协议：PCIe作为目前主流的SSD前端总线，与之前的SATA接口相比有着极大的能优势。本书将从PCIe总线拓扑结构、分层结构、TLP类型与路由、配置和地址空间等方面进行介绍。电源管理：本书详述了SSD前端总线（包括SATA和PCIe）的各种节能模式、NVMe协议的电源管理方案及在SSD里常用的整体电源管理架构——Power Domain。ECC：本书介绍了ECC的基本概念，重点介绍了LDPC的解码和编码原理，以及在NAND上的应用。SSD测试的内容包括：本书详述了常用的测试软件、测试流程、仪器设备、业界认及专业的测试标准等。勘误和支持由于作者的水平有限，再加上时间仓促，书中难免会出现一些错误或者不准确的地方，恳请读者批评指正。您可通过我们的（http://www.ssdfans.com）、公众号（或微博）SSDFans、阿呆的号（nanoarchplus）或阿呆的邮箱（adam@ssdfas.com）随时与我们进行交流。致谢借此机会特别感谢一直以来支持SSDFans的各位朋友（排名不分先后）——冬瓜哥、唐杰、路向峰、廖莎、兵哥、邰总、古猫先生、袁戎、顾沧海、山哥（Brown）等。感谢机械