4.2.1 Модель MTD

Хотя устройства флеш-памяти являются устройствами хранения, похожими на жёсткие диски, между ними существуют некоторые фундаментальные различия.

▪Обычно жёсткие диски имеют сектор, который делится по размерам страницы (обычно 4096 байт). Стандартным значением является 512 байт. Модель файловой системы Linux, особенно буфер кэша (кэш памяти между файловой системой и уровнем блочного устройства), основана на этом предположении. Микросхемы флеш-памяти, с другой стороны, имеют большие размеры сектора; стандартный размер составляет 64 Кб.

▪Секторы флеш-памяти обычно перед записью в них должны быть стёрты; операции записи и стирания могут быть независимыми, что зависит от программного обеспечения, использующего флэш-память.

▪Микросхемы флеш-памяти имеют ограниченный срок службы, который определяется в терминах числа раз стирания сектора. Так что если какой-то сектор становится записываемым очень часто, его срок службы уменьшается. Чтобы предотвратить это, записи на флеш-память должны быть распределены по всем секторам. Это называется выравниванием износа и не поддерживается блочными устройствами.

▪Обычные файловые системы не могут быть использованы поверх флеш-памяти, потому что это проходит через буферный кэш. Обычный дисковый ввод-вывод медленный; чтобы ускорить его, используется кэш в памяти, называемой кэш-буфером, который хранит данные для ввода-вывода на диск. Пока эти данные не записаны обратно на диск, файловая система находится в неустойчивом состоянии. (Это и является причиной, почему вы должны выключать ОС на ПК перед выключением его питания.) Тем не менее, встроенные системы могут быть выключены без надлежащего завершения работы и всё же иметь непротиворечивые данные; так что обычные файловые системы и модель блочного устройства не очень подходят для встраиваемых систем.

Традиционным методом, используемым для доступа к флеш-памяти, является FTL, то есть Flash Translation Layer, Уровень Трансляции Флеш-памяти. Этот уровень эмулирует на флеш-памяти поведение блочного устройства, чтобы обеспечить на них работу обычных файловых систем. Однако, создание новой файловой системы или нового драйвера флеш-памяти, работающего с FTL, является сложной задачей и это является причиной изобретения подсистемы MTD. (Владельцем подсистемы MTD является Дэвид Вудхаус, а разработки, связанные с MTD, можно получить на веб-сайте http://www.linux-mtd.infradead.org/. Подсистема MTD была создана как часть основного ядра версии 2.4.) Решение MTD вышеуказанных проблем простое: рассматривать устройства памяти как устройства памяти, а не как диски. Поэтому вместо изменения низкоуровневых драйверов или введения уровня трансляции, измените приложение, чтобы использовать устройства памяти такими, как они есть. MTD очень привязано к приложениям; подсистема MTD состоит из двух частей: драйверы и приложения.

Подсистема MTD не реализует новый вид драйвера, но скорее она связывает любое устройство с драйверами символьных и блочных устройств. Когда драйвер зарегистрирован в подсистеме MTD, она экспортирует такое устройство в оба этих вида драйверов. Почему это делается именно так? Символьное устройство может позволить непосредственный доступ к устройству памяти с использованием стандартных вызовов open/read/write/ioctl. Но в случае, если вы захотите смонтировать обычную файловую систему на такое устройство памяти с помощью традиционного метода, вы сможете также смонтировать её используя блочный драйвер.

Мы разберёмся с каждым уровнем на Рисунке 4.1, но перед этим давайте разберёмся с двумя устройствами, которые в настоящее время поддерживаются MTD: микросхемы флеш-памяти и флеш-диски.