FTL是個啥？

??FTL指Flash Translation Layer(閃存轉(zhuǎn)換層)固惯，這玩意兒的本職工作是完成Host的邏輯地址到Flash的物理地址的轉(zhuǎn)換厂抽。
??controller每把一筆數(shù)據(jù)寫入Flash中時，便會記錄下該數(shù)據(jù)的邏輯地址到物理地址的映射關(guān)系狈惫，這樣當(dāng)Host想要讀取這筆數(shù)據(jù)時就會根據(jù)這個映射讀取到真實的數(shù)據(jù)狭归。

首先說明一下閃存的特性:

 1.  閃存塊需要先擦除才能寫入夭坪，不能覆蓋寫。
 2.  閃存塊是有壽命的过椎。每擦除一次壽命便會減少一點室梅。
 3.  閃存塊的讀取次數(shù)是有限的。讀的次數(shù)多了會造成讀干擾問題疚宇。
 4.  閃存的數(shù)據(jù)保持是有時限的亡鼠。高溫時數(shù)據(jù)保持時間會縮短。
 5.  閃存天生就會有壞塊敷待。使用過程中會產(chǎn)生新的壞塊间涵。
 6.  MLC和TLC 會有 lower page corruption的問題。

??針對閃存的以上特性榜揖，F(xiàn)TL在完成本職工作邏輯地址到物理地址轉(zhuǎn)換的同時浑厚，還要具有十八般武藝：
??垃圾回收(Garbage Collection)股耽，磨損平衡(Ware Leveling)根盒，壞塊管理钳幅，讀干擾處理，數(shù)據(jù)保持處理等事情炎滞。

FTL十八般武藝之本質(zhì)工作---映射管理

??映射有基于塊映射敢艰、基于頁映射和混合映射。
??基于塊映射Host在讀寫小尺寸數(shù)據(jù)（隨機性能）時性能較差册赛，一般用在U盤中(ps:不要驚訝钠导，U盤中也用到FTL的)，所以U盤不適合裝系統(tǒng)森瘪，適合用來讀寫大尺寸數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸用牡属。
??基于頁映射對小尺寸數(shù)據(jù)（隨機性能）有很好的性能，但是由于閃存的頁要比閃存塊多的多扼睬，需要更多的空間來存放映射表逮栅。為了追求更好的隨機性能（操作系統(tǒng)對這個很在意）所以SSD都采用頁映射。
??混合映射的性能介于上邊二者之間窗宇，當(dāng)然存放映射表所用的空間也介于二者之間措伐。
SSD內(nèi)部FW維護(hù)了一張邏輯地址到物理地址的映射表(Map Table)。用戶每寫入一個邏輯頁就需要更改一次MT军俊；當(dāng)讀取一個邏輯頁時侥加，SSD會查找映射表中該邏輯頁對應(yīng)的物理頁，然后再訪問Flash讀取所要的數(shù)據(jù)粪躬。
??一般映射的邏輯頁的大小為4KB担败，物理地址的大小為4Byte，那么一個256GB的SSD的映射表大小為：256GB/4KB*4B = 256MB镰官，也就是說映射表的大小是SSD容量的1/1024提前。
??為了存放這個映射表，SSD一般有兩種設(shè)計方案：DRAM(帶DRAM的)和DRAM-less(不帶DRAM的)朋魔。帶DRAM的一般會把緩沖數(shù)據(jù)和映射表統(tǒng)統(tǒng)存放在DRAM中岖研，優(yōu)點是查找更新映射表迅速，性能較好警检，劣勢是多了一個DRAM孙援，成本和功耗上升，當(dāng)前的主流SSD是該方案扇雕；DRAM-less的會將少部分的映射表放在片內(nèi)的SRAM上拓售，其余部分的映射表則會放在Flash中，這種方案好處是節(jié)省了DRAM的成本和功耗镶奉，但是讀寫Flash要比讀寫DRAM要慢得多础淤，所以速度上不如DRAM方案崭放，性能較差，當(dāng)前入門級的SSD多采用這種方案鸽凶。
??一個小問題：我們都知道DRAM掉電數(shù)據(jù)是會丟失的币砂，那么數(shù)據(jù)表怎么辦？
答案是在SSD掉電之前玻侥，它會把映射表寫入到Flash中去的决摧，下次上電初始化時需要重新把映射表讀出來放在DRAM或SRAM中。也就是說不管DRAM或DRAM-less凑兰，F(xiàn)lash中都需要儲存映射表的掌桩。

FTL十八般武藝之重要內(nèi)功---收垃圾(Garbage Collection)

??這年頭收垃圾也成特色技能了，還是重要內(nèi)功姑食。波岛。。哈哈
??垃圾回收音半，就是把某一個閃存塊上的有效數(shù)據(jù)讀出來则拷，寫入另一個數(shù)據(jù)塊中，然后擦除原來的閃存塊祟剔，使之可用隔躲。
??也許你會問，數(shù)據(jù)在原來的閃存塊上待的好好的物延，為什么要費事吧連的讀出來寫入另外的塊中呢宣旱？原因是原來閃存塊上的垃圾（無效數(shù)據(jù)）太多了！如前文講道叛薯，閃存塊需要先擦除才能寫入浑吟，不能覆蓋寫。如果一個塊上只有一點點有效數(shù)據(jù)占著整個數(shù)據(jù)塊耗溜，那么就需要把有效數(shù)據(jù)搬移出來组力，把這個塊擦除掉使之變成可用狀態(tài)，從而提高塊的使用率抖拴。
??也許你又會問燎字，為啥子數(shù)據(jù)會無效呢？原因還是因為閃存的特性導(dǎo)致的阿宅，為了延長每個閃存塊的壽命候衍，就需要均衡每個數(shù)據(jù)塊的擦除次數(shù)，為了均衡每個數(shù)據(jù)塊的擦除次數(shù)洒放，數(shù)據(jù)寫入時候就需要均衡的寫入每個塊蛉鹿，而不能照著一個塊往死了寫。當(dāng)用戶空間里的數(shù)據(jù)寫滿后往湿，就需要把數(shù)據(jù)寫備用空間（SSD的實際容量都比標(biāo)稱容量大妖异，多出來的部分就是備用空間）惋戏，因為備用空間對操作系統(tǒng)是不可見的，那么每往備用空間寫一筆數(shù)據(jù)就會在用戶空間產(chǎn)生一筆無效數(shù)據(jù)（垃圾）他膳。
??江湖傳言：SSD越用速度越慢响逢。很不幸，這是真的矩乐，而且是有依據(jù)的龄句。新盤沒有垃圾可收，所以速度快散罕！用久了產(chǎn)生的垃圾就多了，就需要用內(nèi)功把垃圾逼出來傀蓉，當(dāng)然速度就慢下來了欧漱。

FTL十八般武藝之---磨損平衡(Ware Leveling)

??其實在垃圾回收的時候已經(jīng)提到磨損平衡的原因了：為了延長每個閃存塊的壽命，就需要均衡每個數(shù)據(jù)塊的擦除次數(shù)葬燎，為了均衡每個數(shù)據(jù)塊的擦除次數(shù)误甚，數(shù)據(jù)寫入時候就需要均衡的寫入每個塊，而不能照著一個塊往死了寫谱净。
那么窑邦，一個閃存塊的壽命有多長呢？
SLC：10萬次
MLC：1~10千次
TLC：幾百次~2千次
QLC：< TLC
3D：< QLC
所以壕探，磨損平衡很重要冈钦！接下來幾個概念：
冷數(shù)據(jù)（Cold Data），熱數(shù)據(jù)（Hot Data）
年老塊（Old Block）李请，年輕塊（Young Block）
??所謂冷數(shù)據(jù)就是用戶不常更新的數(shù)據(jù)瞧筛，比如音視頻，只讀數(shù)據(jù)等导盅；相反熱數(shù)據(jù)就是頻繁更新的數(shù)據(jù)较幌，比如軟件使用等，會產(chǎn)生很多垃圾白翻。
??所謂年老塊是指擦寫次數(shù)比較多的塊乍炉；相反年輕塊則指擦寫次數(shù)比較少的塊。ps：每個塊都有EC(Erase Count)滤馍，年輕還是年老SSD一下就可以看出來岛琼。
??SSD一般有兩種（Ware Leveling）算法：動態(tài)磨損平衡（Dynamic WL）和靜態(tài)磨損平衡（Static WL）。動態(tài)磨損平衡算法基本原理是把熱數(shù)據(jù)寫到年輕塊上纪蜒；靜態(tài)磨損平衡的基本思想是把冷數(shù)據(jù)寫到年老塊上衷恭。這里可以停下來先品味一下這樣的做的原因。
DWL好理解：寫數(shù)據(jù)時找年輕的塊寫纯续，避免往老年塊上寫數(shù)據(jù)随珠，各個塊就能保持一個比較均衡的值灭袁。
SWL呢？冷數(shù)據(jù)基本不更新窗看，它所占用的塊擦寫次數(shù)就不會增加茸歧，而其他塊會被經(jīng)常寫入數(shù)據(jù)，塊擦寫次數(shù)是會增加显沈，這樣就導(dǎo)致了擦除不均衡软瞎，SSD最不喜歡這個了。所以需要把冷數(shù)據(jù)搬到老年塊上拉讯，讓年輕塊替代老年塊的工作涤浇。