阿里终面：为什么SSD不能当做内存用？

Posted 2021-08-19 Hollis Chuang

在回答这个问题之前我们先去某东上逛一圈。

输入“SSD”随便找到销量比较高的一项，在商品详情页上有这样的描述：

注意图片上显示的规格，读速高达3.5GB/s，真实情况下稍差点（尤其是随机读写），但也不会很离谱，可以看到，这个速度是非常快的，基本秒传高清电影的水平。

那么问题来了，既然现在的SSD读取速度这么快，那么可以把SSD当做内存来用吗？

要想回答这个问题，我们先来看看内存的速度。

速度差异

当前采用第四代DDR技术的内存，其带宽基本上能到20GB - 30GB 左右。

怎么样，即使SSD的速度很快，但和内存相比还是有一个数量级的差异。

也就是说，如果真的当把SSD当内存使用，那么你的计算机可能会比当前慢上 10 倍左右。

如果站在用户的角度你觉得慢点无所谓，那么接下来我们从计算机以及操作系统的角度来看看这样可不可行。

 

新建一个文件试试

如果你现在在计算机旁边可以进行一个小实验，以下以我的 Win10 机器为例。

新建一个文本文件，随便写点什么东西，然后右键打开属性，你会看到：

这个文件大小本身只有816字节，但却占据了4KB的空间。

让我们再往这个文件里加些内容，再看一下：

此时内容的大小是5.73KB，占据的空间却来到了8KB。

这说明什么呢？

很简单，这说明文件大小是按照块来分配的，但这又能说明什么问题呢？

访问内存与访问硬盘的区别

要知道内存的寻址粒度是byte级别的，也就是说每个字节都有它的内存地址，CPU可以直接通过这个地址获取到相应的内容。

但对于SSD来说就不是这样了，从上面的实验也可以看到，其实SSD是以块的粒度来管理数据的，至于块的大小各有差异，这不是重点。

这里的重点是：CPU没有办法直接访问文件中某个特定的字节。

CPU没有办法直接访问存储在SSD上的任何数据。

那么CPU是怎么访问文件内容的呢？

文件系统来帮忙

一切皆文件这个概念想必大家都不陌生吧。

在现代操作中，我们以文件的形式来使用SSD，这绕不开操作系统中的文件系统。

文件系统把SSD上的数据以文件的形式呈现出来，程序直接操作文件，读写文件时把请求发送给文件系统，文件系统把请求路由给SSD，SSD处理完请求后数据会被copy到相应进程的内存中，此后程序直接操作内存。

完整的过程以及文件系统的实现可以写成一本书的完整一章，啊哈，博主的《深入理解操作系统》第八章有关于这部分的详细讲解，感兴趣的可以去看下。

从这里我们可以看出，CPU没有办法像访问内存那样直接按照字节粒度去SSD中寻址，CPU访问SSD(磁盘)通常需要借助文件系统，当然，我们也有办法绕开文件系统，但CPU依然无法直接访问SSD(磁盘)中的某个字节。

正是因为CPU无法直接按照字节粒度去访问SSD，因此CPU无法脱离内存直接在SSD中运行你写的程序。

操作系统在把SSD当内存用

当然在这里还要插个题外话，尽管操作系统不能把SSD当内存来用，但实际上操作系统在间接把你的SSD当内存来用。

现代操作系统会自动在空闲内存中缓存SSD(磁盘)数据。

当你首次读取文件时，这次读请求的确需要经过慢吞吞的SSD(磁盘)来处理，但此后这块数据就被缓存在了内存当中，下次再访问这块数据时就不用访问SSD(磁盘)了。

而如果你写入数据，一般来说也是写到内存，稍后会有一个任务把内存中的数据写入磁盘。

因此从这里我们可以看出，现代操作系统基本上是在把SSD当内存来用，更不用提磁盘交换空间，是不是很聪明，关于这一部分的详细阐述请参见《深入理解操作系统》第七章。

ok，这个题外话就到这里。

让我们回到原问题来。

虚拟内存

现代操作系统的内存管理都采用虚拟内存，这会带来一个问题。

对于32位操作系统来说，其最大寻址范围只有4G，也就是说如果你把SSD当做内存，即使SSD有1T，那么操作系统真正能用到的也只有4G，剩下的就都浪费掉了。

因此，现代操作系统对内存的管理方式也无法让我们把SSD当内用，除非修改操作系统。

当然，对于64位操作系统则不存在这个问题，因为64位操作系统可寻址空间足够大，尽管这个空间足够可观也需要意识到这是有上限的。

使用寿命

SSD的制造原理决定了这类存储设备是有固定使用寿命的。

你会发现SSD这货就和车一样，当跑出一定里程后就会出问题，在SSD中的里程数就是所谓的总写入字节，TBW，全称是Max Terabytes Written，最多能写多少TB，以下是某种型号的SSD其TBW规格。

一般来说普通的 SSD 其 TBW 在几百 TB，也就是说如果你的SSD写入上百TB，那么很可能就要报废了。

有的同学可能觉得这使用寿命也太短了吧，但实际上作为普通用户，你的电脑不会有那么频繁的写SSD场景，每天写磁盘的量应该会很小，当然频繁下小电影除外，因此作为普通用户你可以不用在意SSD的使用寿命问题。

但就像刚才说的，SSD毕竟是有TBW这个限制的，内存则没有这个问题。

因此如果你把SSD当内存用的话，相信很快你的SSD就会被CPU写死。

 

展望未来

受限于当代的存储设备制造技术，我们还没有办法直接把SSD当做内存来用，我们的各种软件包括操作系统、文件系统以及各种硬件包括CPU等都没有做好把SSD当做内存来用的准备。

但随着技术的进步，这一点未来可能会有改观。

Intel已经发布了一种存储设备，该设备就像SSD，但同时又可以支持像内存那样随机寻址。

也许在未来我们的内存也可以像SSD那样，即使断电内容也不会丢失，那样的话你的电脑就没有“关机”这种操作了，电脑加电后根本就没有“启动”一说，是不是很有趣。

如果内存和磁盘一样断电后也不丢内容，那么会带来什么有趣的新功能呢？欢迎大家在本文留言区讨论这个问题。

总结

SSD能否当做内存来用？这绝不是一个简单的问题，这涉及到CPU、操作系统、文件系统、存储设备制造原理等方方面面的问题，你需要对计算机系统有透彻的理解才能回答好这个问题。

参考资料

1,《深入理解操作系统》第七章、第八章，

2，读取文件时底层发生了什么？

3，你管这破玩意叫CPU？

有道无术，术可成；有术无道，止于术

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