面试题：缓存设计之SSD在持久化缓存面临的挑战应对

Question

SSD在持久化缓存应用时会面临闪存磨损均衡、写入放大等挑战，针对这些挑战，你会采取哪些技术手段来解决？

Answer 1

应对闪存磨损均衡的技术手段

1. 动态磨损均衡：
   • 原理：将逻辑地址到物理地址的映射表动态维护，使写入操作均匀分布在整个闪存芯片上。例如，通过FTL（闪存转换层）将频繁写入的逻辑块映射到不同的物理块。
   • 优势：避免特定物理块过度磨损，延长闪存整体使用寿命。
2. 静态磨损均衡：
   • 原理：定期扫描闪存，把那些使用频率低但已存在较长时间的页（数据相对静态）迁移到其他较少使用的块中，从而让所有块的擦除次数更趋平均。
   • 优势：解决动态磨损均衡中静态数据所在块难以被均匀写入的问题。

应对写入放大的技术手段

1. 优化FTL算法：
   • 原理：改进逻辑地址到物理地址的转换算法，减少不必要的物理块写入。如采用更高效的映射表更新策略，当逻辑块数据少量变动时，避免整块重写。
   • 优势：直接降低写入放大系数，减少闪存写入量。
2. 缓存管理优化：
   • 原理：采用合适的缓存替换策略，如LRU（最近最少使用）或改进版的LRU，减少缓存数据频繁换入换出导致的不必要写入。同时，合理划分缓存空间，区分读缓存和写缓存。
   • 优势：提高缓存命中率，减少因缓存操作不当引起的额外写入。
3. 数据合并与预取：
   • 原理：在写入闪存前，对小块数据进行合并，将多个小写入操作合并成一个大的写入操作。同时，利用预取技术，提前将可能需要的数据读取到缓存，减少后续随机写入操作。
   • 优势：降低写入操作次数，进而降低写入放大。