基础知识
存储单元类型
固态硬盘(SSD)是基于闪存的数据存储设备。每个比特都存储在存储单元中,而存储单元分为三类:每个单元1比特(单层单元,SLC),每个单元2比特(多层单元,MLC),每个单元3比特(三层单元,TLC)。SLC单元具有较长的寿命和较高的性能,但成本较高;而TLC单元成本低,但性能和寿命较低。
寿命限制
每个单元都有P/E(写/擦)循环的最大限制,在此之后存储单元被认为是损坏的。这表示NAND闪存已经损耗殆尽,并有一个寿命限制。对于SSD来说,了解其P/E循环限制对于编程至关重要,因为它影响到数据的写入策略。
基准测试
基准测试很难。测试者是人,因此并不是所有的基准测试都毫无破绽。在读生产商或者第三方的基准测试结果的时候请小心,并在相信这些数据之前使用多个来源的数据。在有可能的时候,使用你的系统特定的工作负载在你打算使用的SSD型号上,运行自己的内部基准测试。最后,着眼于与你的系统最相关的性能指标。
页和块
NAND闪存页和块
闪存单元组织成为阵列,称为块,而块组织成为面。块中能够进行读写操作的最小单元是页。页不能独立擦除,只能整块擦除。NAND闪存页的大小并不一致,大多数硬盘的页大小是2KB、4KB、8 KB 或16 KB。大多数SSD每个块有128或256个页。
读是页对齐的
一次读取少于一页是不可能的。当然,这并不是说SSD不能读取小于一个页的数据,而是说在读取时,它通常会读取一个完整的页,然后再返回请求的数据。
C语言编程技巧
文件打开方式的选择
当使用fopen()函数来创建或打开文件时,应指定合适的模式参数。对于追求高效能的数据写入操作而言,wb是一个不错的选择,因为它允许以二进制形式读取和追加数据到现有文件中而不必先清空它。
FILE *fp;
if ((fp = fopen("test.bin", "wb")) == NULL) {
perror("File opening failed");
return (-1);
}
缓冲区大小设置
适当增大缓冲区尺寸有助于减少磁盘I/O次数从而提高效率。可以通过设定较大的内部缓存或者利用POSIX标准下的setvbuf()接口自定义外部缓冲策略来达成此目的。
char buffer[BUFFERSIZE];
setvbuf(fp, buffer, IOFBF, BUFFERSIZE);
数据传输单位调整
尽量按照SSD闪存页(Page)大小(通常是4KB~16KB之间变化)整数倍来进行连续性的批量写入动作,这样可以有效降低擦除周期(Erase Cycle),进而提升整体吞吐量表现。
char buffer[4096]; // 假设SSD的页大小为4KB
size_t bytes_written;
while ((bytes_written = fread(buffer, 1, sizeof(buffer), fp)) > 0) {
fwrite(buffer, 1, bytes_written, stdout);
}
非阻塞式I/O模型应用
采用异步通知机制(如Linux环境里的epoll())或是多线程技术处理并发请求,可让应用程序不必等待当前任务完成就能继续执行其他工作项,最终加快整体性能。
// 示例:使用epoll实现非阻塞I/O
int epoll_fd = epoll_create1(0);
struct epoll_event event;
event.events = EPOLLIN | EPOLLOUT;
event.data.fd = fd;
epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, fd, &event);
通过以上编程技巧,您可以在C语言中轻松地掌控固态硬盘的存储奥秘,实现高效的文件读写操作。