深入淺出SSD：固態(tài)存儲核心技術(shù)、原理與實(shí)戰(zhàn)
定 價(jià)：89 元
- 作者：SSDFans
- 出版時(shí)間：2018/5/1
- ISBN：9787111599791
- 出 版 社：機(jī)械工業(yè)出版社
- 中圖法分類：TP333
- 頁碼：
- 紙張：膠版紙
- 版次：
- 開本：16開
本書是國內(nèi)SSD領(lǐng)域的里程碑著作，由國內(nèi)領(lǐng)先的SSD技術(shù)社區(qū)SSDFans的核心團(tuán)隊(duì)撰寫。團(tuán)隊(duì)成員都是SSD領(lǐng)域的技術(shù)專家，來自SSD、NANDFlash和存儲行業(yè)的各大公司，精通固件開發(fā)、驅(qū)動開發(fā)、硬件邏輯開發(fā)和SSD測試等技術(shù)。它從產(chǎn)品、技術(shù)和應(yīng)用3個維度全面、詳細(xì)地講解了SSD的發(fā)展歷史、產(chǎn)品形態(tài)、工作原理、整體架構(gòu)，以及各個功能模塊的原理和使用，從SSD的前端接口協(xié)議到FTL算法，再到后端的閃存和糾錯，本書都有涉及。
（1）本書作者是國內(nèi)SSD領(lǐng)域的領(lǐng)軍人物，來自SSD、NAND Flash和存儲行業(yè)的各大公司，精通固件開發(fā)、驅(qū)動開發(fā)、硬件邏輯開發(fā)和SSD測試等技術(shù)，也是國內(nèi)領(lǐng)先的SSD技術(shù)社區(qū)SSDFans的核心團(tuán)隊(duì)成員。
（2）本書得到了TaoCloud CEO兼首席科學(xué)家劉愛貴、憶芯科技 CEO沈飛、方一信息科技 CEO楊威鋒等10余位行業(yè)專家高度評價(jià)并鼎力推薦。
（3）本書未出版，電子書（初稿）即通過“華章書院”（小程序）的“華章鮮讀”欄目預(yù)售超過1000份，異常火爆，廣受好評。
Preface 前 言
為什么要寫這本書
這是一個真正的數(shù)據(jù)大爆炸時(shí)代，看得見，摸得著。
我們每天都在生產(chǎn)數(shù)據(jù)：發(fā)朋友圈、發(fā)微博、上傳圖片和視頻到社交網(wǎng)站、備份數(shù)據(jù)到網(wǎng)盤等。我們的這些數(shù)據(jù)，不是存儲在虛無縹緲的云端，而是存儲在云服務(wù)器上。云服務(wù)器的核心就是存儲介質(zhì)。無論是云端存儲，還是本地存儲，有數(shù)據(jù)的地方就有存儲介質(zhì)。
傳統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)有磁帶、光盤等，但更多的是硬盤（HDD）。隨著數(shù)據(jù)呈爆炸式增長，對數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)在速度上、容量上有更高的要求。時(shí)勢造英雄，固態(tài)硬盤（Solid State Disk，SSD）橫空出世。SSD使用電子芯片存儲數(shù)據(jù)，沒有HDD的機(jī)械式部件，因此在速度、時(shí)延、功耗、抗震等方面，與HDD相比有碾壓式優(yōu)勢。無論是個人存儲，還是企業(yè)存儲，都在逐漸用SSD取代HDD。大數(shù)據(jù)時(shí)代，SSD必將是主角。
HDD時(shí)代我們錯過了；SSD時(shí)代，我們迎來了彎道超車的好機(jī)會。國內(nèi)很多企業(yè)都希望抓住這個機(jī)遇，所以他們研發(fā)、制造SSD，并且取得了不錯的成績，已經(jīng)有了能自主研發(fā)SSD及SSD控制器的公司。國家層面也在大力研發(fā)半導(dǎo)體。長江存儲的成立昭示了國家對固態(tài)存儲這塊的態(tài)度和決心。
國內(nèi)SSD領(lǐng)域的從業(yè)人員，以及日常使用SSD的人越來越多，但是市面上專門介紹SSD技術(shù)的中文書籍少之又少。作為國內(nèi)領(lǐng)先的SSD技術(shù)社區(qū)——SSDFans有責(zé)任、有義務(wù)，也有動力推出一本中文版 SSD技術(shù)書籍。
我們幾位作者，都工作在SSD的最前線，是工程師出身，雖文筆一般但是熱情十足，愿意分享對技術(shù)的理解。希望這塊磚頭能夠幫助您敲開SSD的大門，如果能夠解決您的一些實(shí)際問題，或者引發(fā)您的一些思考，我們更是不勝榮幸。
最后，歡迎您通過網(wǎng)站（http://www.ssdfans.com）、微信公眾號（SSDFans）來進(jìn)一步了解我們，與我們做進(jìn)一步的交流。
讀者對象
計(jì)算機(jī)、電子相關(guān)專業(yè)的在校本科生，存儲方向的研究生：通過閱讀本書，能夠更好地將所學(xué)的理論與業(yè)界實(shí)踐結(jié)合，對相關(guān)知識有更加深刻的理解，為未來加入企業(yè)打好堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
SSD研發(fā)企業(yè)的員工：通過閱讀本書，可以全面學(xué)習(xí)與SSD相關(guān)的硬件、協(xié)議、固件以及測試等各方面的基礎(chǔ)知識，提升整體認(rèn)知，具備完整、系統(tǒng)的理論知識。
企業(yè)IT運(yùn)維人員：通過閱讀本書，可以充分了解SSD的優(yōu)劣之處及其適用的工作場景，為公司的IT部署過程提供技術(shù)支持，實(shí)現(xiàn)整體運(yùn)營成本的最優(yōu)配置。
廣大的DIY、游戲愛好者：通過閱讀本書，可以學(xué)會如何選擇最適合自己的SSD，以合理投入獲得更好的娛樂體驗(yàn)。
對SSD產(chǎn)業(yè)感興趣的投資人：通過閱讀本書，可以全面了解SSD產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀，掌握基本的技術(shù)術(shù)語，以便更好地與企業(yè)溝通。
其他對SSD知識感興趣的人。
本書特色
本書的作者團(tuán)隊(duì)都在業(yè)內(nèi)知名公司任職，具備豐富的理論和實(shí)踐知識。同時(shí)，日常維護(hù)公眾號期間，跟讀者的頻繁互動也保證了知識的更新速度。
在撰寫本書的過程中，作者們能夠?qū)夹g(shù)原理做深入淺出的闡述，并結(jié)合自身工作經(jīng)驗(yàn)給出意見。
本書主要內(nèi)容
本書的內(nèi)容幾乎覆蓋了SSD各個模塊，既可以作為一本入門書籍進(jìn)行通讀，也可以在需要的時(shí)候作為工具書進(jìn)行查閱。
本書內(nèi)容涵蓋： SSD基礎(chǔ)知識、SSD各模塊介紹及SSD測試相關(guān)內(nèi)容。
SSD基礎(chǔ)知識包括：SSD與HDD的比較、SSD的發(fā)展歷史、產(chǎn)品形態(tài)、整體架構(gòu)和基本工作原理。
模塊介紹包括：
FTL閃存轉(zhuǎn)換層：作為SSD固件的核心部分，F(xiàn)TL實(shí)現(xiàn)了例如映射管理、磨損均衡、垃圾回收、壞塊管理等諸多功能，本書將一一介紹。
NAND Flash：NAND Flash作為SSD的存儲介質(zhì)，具有很多與傳統(tǒng)磁介質(zhì)不同的特性，本書將從器件原理、實(shí)戰(zhàn)指南、閃存特性及數(shù)據(jù)完整性等方面展開。
NVMe存儲協(xié)議：作為專門為SSD開發(fā)的軟件存儲協(xié)議，NVMe正在迅速占領(lǐng)SSD市場。本書將從其優(yōu)勢、基礎(chǔ)架構(gòu)、尋址方式、數(shù)據(jù)安全等方面展開。為了讓讀者對NVMe命令處理有更加直觀的認(rèn)識，本書結(jié)合實(shí)際的PCIe trace進(jìn)行闡述。同時(shí)，本書也介紹了NVMe Over Fabric的相關(guān)知識，讓讀者能夠?qū)ξ磥砭W(wǎng)絡(luò)與存儲的發(fā)展趨勢有所了解。
PCIe協(xié)議：PCIe作為目前主流的SSD前端總線，與之前的SATA接口相比有著極大的性能優(yōu)勢。本書將從PCIe總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、分層結(jié)構(gòu)、TLP類型與路由、配置和地址空間等方面進(jìn)行介紹。
電源管理：本書詳述了SSD前端總線（包括SATA和PCIe）的各種節(jié)能模式、NVMe協(xié)議的電源管理方案及在SSD里常用的整體電源管理架構(gòu)——Power Domain。
ECC：本書介紹了ECC的基本概念，重點(diǎn)介紹了LDPC的解碼和編碼原理，以及在NAND上的應(yīng)用。
SSD測試的內(nèi)容包括：本書詳述了常用的測試軟件、測試流程、儀器設(shè)備、業(yè)界認(rèn)證及專業(yè)的測試標(biāo)準(zhǔn)等。
勘誤和支持
由于作者的水平有限，再加上時(shí)間倉促，書中難免會出現(xiàn)一些錯誤或者不準(zhǔn)確的地方，懇請讀者批評指正。您可通過我們的網(wǎng)站（http://www.ssdfans.com）、微信公眾號（或微博）SSDFans、阿呆的微信號（nanoarchplus）或阿呆的郵箱（adam@ssdfas.com）隨時(shí)與我們進(jìn)行交流。
致謝
借此機(jī)會特別感謝一直以來支持SSDFans的各位朋友（排名不分先后）——冬瓜哥、唐杰、路向峰、廖莎、兵哥、邰總、古貓先生、袁戎、顧滄海、山哥（Brown）等。
感謝機(jī)械
SSDFansSSDFans是由幾個固態(tài)存儲行業(yè)的技術(shù)精英于2014年創(chuàng)立的，他們都是博士、碩士研究生。SSDFans創(chuàng)立的初衷是普及固態(tài)存儲相關(guān)知識，為祖國的固態(tài)存儲事業(yè)添磚加瓦。
SSDFans核心團(tuán)隊(duì)，都是SSD行業(yè)技術(shù)專家，精通固件開發(fā)、驅(qū)動開發(fā)、硬件邏輯開發(fā)和SSD測試等技術(shù)。
SSDFans作者團(tuán)隊(duì)，20多位作者都是技術(shù)專家，來自SSD、NAND Flash和存儲行業(yè)各大公司。
SSDFans是目前中國乃至世界華人圈都頗具影響力的SSD（固態(tài)硬盤）技術(shù)社區(qū)，通過微信互動等方式，建立了中國SSD產(chǎn)業(yè)界完善的社交網(wǎng)絡(luò)。
SSDFans目前擁有：
1.微信公眾號：ssdfans，訂閱人數(shù)一萬多人，并且繼續(xù)快速增長。微信公眾號特點(diǎn)是傳播速度快、精準(zhǔn)、用戶忠誠度高，技術(shù)文章閱讀率在10%以上。
2.網(wǎng)站：www.ssdfans.com，是SSD和閃存業(yè)界專業(yè)和全面的網(wǎng)站。
3.幾十個微信群，覆蓋了SSD全產(chǎn)業(yè)鏈：
?產(chǎn)品包括手機(jī)/平板/物聯(lián)網(wǎng)等移動設(shè)備固態(tài)存儲、消費(fèi)級SSD、企業(yè)級SSD?人群包括SSD相關(guān)行業(yè)工程師、銷售、管理層、采購、用戶等?廠商有NAND Flash制造商、SSD控制器廠商、SSD制造商、各種代理商、SSD和芯片測試設(shè)備廠商、SSD外殼/電路板等配件廠商、SSD控制器芯片IP廠商、投資人、獵頭、存儲設(shè)備制造商、云計(jì)算廠商、互聯(lián)網(wǎng)公司、研究所和高校存儲相關(guān)部門。
在機(jī)械硬盤時(shí)代，主導(dǎo)權(quán)掌握在國外大公司手里，我國的核心數(shù)據(jù)存儲在國外的設(shè)備中。在固態(tài)硬盤時(shí)代，幸運(yùn)的是，很多中國公司站在了技術(shù)和產(chǎn)業(yè)前沿，SSDFans的目標(biāo)是整合SSD產(chǎn)業(yè)鏈資源，推動中國固態(tài)存儲產(chǎn)業(yè)大發(fā)展，為振興民族存儲產(chǎn)業(yè)努力奮斗！
目 錄?Contents
贊譽(yù)
推薦序一
推薦序二
前言
第1章 SSD綜述 1
1.1 引子 1
1.2 SSD vs HDD 3
1.3 固態(tài)存儲及SSD技術(shù)發(fā)展史 6
1.4 SSD基本工作原理 11
1.5 SSD產(chǎn)品核心參數(shù) 13
1.5.1 基本信息剖析 15
1.5.2 性能剖析 18
1.5.3 壽命剖析 21
1.5.4 數(shù)據(jù)可靠性剖析 23
1.5.5 功耗和其他剖析 26
1.5.6 SSD系統(tǒng)兼容性 29
1.6 接口形態(tài) 30
1.6.1 2.5寸 32
1.6.2 M.2 32
1.6.3 BGA SSD 35
1.6.4 SDP 37
1.6.5 U.2 38
1.7 固態(tài)存儲市場 38
1.7.1 SSD正在取代HDD 38
1.7.2 SSD、HDD應(yīng)用場合 39
1.7.3 SSD市場情況 39
第2章 SSD主控和全閃存陣列 41
2.1 SSD系統(tǒng)架構(gòu) 41
2.1.1 前端 42
2.1.2 主控CPU 45
2.1.3 后端 45
2.2 SSD主控廠商 47
2.2.1 Marvell主控 47
2.2.2 三星主控 49
2.2.3 國產(chǎn)主控，誰主沉浮 50
2.3 案例：硅格（SiliconGo）SG9081主控 55
2.4 案例：企業(yè)級和消費(fèi)級主控需求的歸一化設(shè)計(jì) 56
2.5 案例：DERA（得瑞領(lǐng)新）NVMe控制器TAI和NVMe SSD產(chǎn)品 58
2.6 全閃存陣列AFA 60
2.6.1 整體解剖 60
2.6.2 硬件架構(gòu) 64
2.6.3 軟件架構(gòu) 66
2.6.4 工作流程 69
2.6.5 應(yīng)用場景 74
2.7 帶計(jì)算功能的固態(tài)硬盤 75
第3章 SSD存儲介質(zhì)：閃存 77
3.1 閃存物理結(jié)構(gòu) 77
3.1.1 閃存器件原理 77
3.1.2 SLC、MLC和TLC 78
3.1.3 閃存芯片架構(gòu) 80
3.1.4 讀、寫、擦原理 83
3.1.5 三維閃存 84
3.1.6 Charge Trap型閃存 89
3.1.7 3D XPoint 91
3.2 閃存實(shí)戰(zhàn)指南 95
3.2.1 異步時(shí)序 95
3.2.2 同步時(shí)序 97
3.2.3 閃存命令集 100
3.2.4 閃存尋址 101
3.2.5 讀、寫、擦?xí)r序 102
3.2.6 ONFI與Toggle協(xié)議之爭 103
3.3 閃存特性 105
3.3.1 閃存存在的問題 105
3.3.2 壽命 107
3.3.3 閃存測試 109
3.3.4 MLC使用特性 110
3.3.5 讀干擾 111
3.3.6 閃存數(shù)據(jù)保存期 112
3.4 閃存數(shù)據(jù)完整性 115
3.4.1 讀錯誤來源 115
3.4.2 重讀 117
3.4.3 ECC糾錯碼 118
3.4.4 RAID 119
3.4.5 數(shù)據(jù)隨機(jī)化 120
第4章 SSD核心技術(shù)：FTL 122
4.1 FTL綜述 122
4.2 映射管理 124
4.2.1 映射種類 124
4.2.2 映射基本原理 126
4.2.3 HMB 128
4.2.4 映射表刷新 130
4.3 垃圾回收 131
4.3.1 垃圾回收原理 131
4.3.2 寫放大 137
4.3.3 垃圾回收實(shí)現(xiàn) 140
4.3.4 垃圾回收時(shí)機(jī) 147
4.4 Trim 148
4.5 磨損平衡 150
4.6 掉電恢復(fù) 152
4.7 壞塊管理 155
4.7.1 壞塊來源 155
4.7.2 壞塊鑒別 155
4.7.3 壞塊管理策略 157
4.8 SLC cache 158
4.9 RD& DR 160
4.10 Host Based FTL 161
4.10.1 Device Based FTL的不足 162
4.10.2 Host Based FTL架構(gòu) 163
4.10.3 百度的軟件定義閃存 163
第5章 PCIe介紹 166
5.1 從PCIe的速度說起 166
5.2 PCIe拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 169
5.3 PCIe分層結(jié)構(gòu) 172
5.4 PCIe TLP類型 175
5.5 PCIe TLP結(jié)構(gòu) 179
5.6 PCIe配置和地址空間 184
5.7 TLP的路由 189
5.8 數(shù)據(jù)鏈路層 197
5.9 物理層 202
5.10 PCIe Reset 205
5.11 PCIe Max Payload Size和Max Read Request Size 210
5.12 PCIe SSD熱插拔 211
5.13 SSD PCIe鏈路性能損耗分析 213
第6章 NVMe介紹 216
6.1 AHCI到NVMe 216
6.2 NVMe綜述 218
6.3 吉祥三寶：SQ、CQ和DB 223
6.4 尋址雙雄：PRP和SGL 229
6.5 Trace分析 236
6.6 端到端數(shù)據(jù)保護(hù) 241
6.7 Namespace 245
6.8 NVMe over Fabrics 250
第7章 SSD測試 258
7.1 主流SSD測試軟件介紹 258
7.1.1 SSD性能測試第一神器——FIO 258
7.1.2 AS SSD Benchmark 263
7.1.3 ATTO Disk Benchmark 264
7.1.4 CrystalDiskMark 264
7.1.5 PCMark Vantage 266
7.1.6 IOMeter 266
7.2 驗(yàn)證與確認(rèn) 267
7.3 測試儀器 268
7.3.1 Emulator 268
7.3.2 協(xié)議分析儀 269
7.3.3 Jammer 272
7.4 回歸測試 274
7.5 DevSlp測試 275
7.6 PCIe InterOp 278
7.7 WA測試 280
7.8 耐久度測試 281
7.9 認(rèn)證Certification 288
7.10 SSD Performance測試 290
第8章 SSD電源管理 294
8.1 SATA省電模式Partial和Slumber 294
8.2 SATA超級省電模式DevSlp 295
8.3 SATA終極省電模式RTD3 299
8.4 PCIe省電模式ASPM 301
8.5 PCIe其他省電模式 305
8.6 NVMe動態(tài)電源管理 306
8.7 Power Domain 310
第9章 ECC原理 312
9.1 信號和噪聲 312
9.2 通信系統(tǒng)模型 313
9.3 糾錯編碼的基本思想 315
9.3.1 編碼距離 315
9.3.2 線性糾錯碼的基石——奇偶校驗(yàn)（Parity-Check） 315
9.3.3 校驗(yàn)矩陣H 和生成矩陣G 316
9.4 LDPC碼原理簡介 317
9.4.1 LDPC是什么 317
9.4.2 Tanner圖 319
9.5 LDPC 解碼 319
9.5.1 Bit-flipping 算法 319
9.5.2 和積信息傳播算法 322
9.6 LDPC 編碼 327
9.7
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