随着闪存质量变差，FTL除了完成上述的常规处理，还需要针对具体闪存特性，去做一些特殊处理以获得好的性能和高的可靠性。 如名稱所示，FTL的基本功能是「翻譯」，也就是把SSD的空間「翻譯」 成檔案系統等上層應用看得懂的型式，將SSD模擬成硬碟讓檔案系統、應用程式等上層應用使用。 當所有區塊都被寫入資料，沒有額外空間可以寫入資料時，FTL會呼叫背景執行的Garbage Collection（GC）動作，來清除不使用的區塊頁面，回收空間以供新資料寫入。 原因还是因为闪存的特性导致的，为了延长每个闪存块的寿命，就需要均衡每个数据块的擦除次数，为了均衡每个数据块的擦除次数，数据写入时候就需要均衡的写入每个块，而不能照着一个块往死了写。 LevelDB是基於LSM-Tree的資料庫，這種數據結構對寫優化，但是落盤讀被犧牲；而後台需要時不時進行合併（Compact）操作，順序地讀取和寫入大量硬碟數據，佔用資源也帶來寫放大的問題。
把属于随机写的log-block 分成两个区域：一部分log page 用来接收热数据；一部分用来接收冷数据。 下一篇我们会介绍现有各种NAND Flash存储媒体的历史和区别，以及接口的不同，如SATA，M.2,U.2,NVMe等等。 简介 SSD（Solid ftl ssd State Drives），俗称固态硬盘，相对原来主轴旋转，并无机械部分，主要由SS… 所谓年老块是指擦写次数比较多的块；相反年轻块则指擦写次数比较少的块。 Ps：每个块都有EC，年轻还是年老SSD一下就可以看出来。 答案是在SSD掉电之前，它会把映射表写入到Flash中去的，下次上电初始化时需要重新把映射表读出来放在DRAM或SRAM中。
為了更新一個Page的資料，要犧牲其他64個Page陪你重寫，增加PE Cycle、沒效率又速度慢。 ftl ssd 以上的步驟不只很冗長，而且你的SSD一下子就會死掉了。 寫個幾千筆資料Nand Flash就壞光光，你的產品只能保固1個月，這樣好像不太對。 資料存進去後，若只一直讀取而不再抹除重寫，周圍的Page裡面儲存的電子(代表0和1的bits)會被讀取的電壓所影響，而造成資料錯誤。
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其中，許多改進是優化了原本存儲軟體對並行和鎖的處理，更加高效地利用多核。 Linux內核以及上下文切換（Context switch）帶來的延遲也拖慢了SSD的速度，於是有Intel DPDK/SPDK等在用戶空間處理IO，繞過內核的做法。 SSD的物理組成與存取機制均與硬碟不同，但當前的IT儲存架構，如檔案系統等，都是基於硬碟的特性而設計，無法直接應用到SSD上，所以是透過FTL層的中介，來搭配SSD運作。
- 在本文中，我们首先应用分析模型来研究导致额外操作的关键因素。
- 現在幾乎所有的BIOS和一些機頂盒上都是使用NOR Flash，它的大小一般在1MB到32MB之間，價格昂貴。
- 軟體上，DSSD也採用了類似繞過Linux內核的做法。
- 快閃記憶體就像水桶一樣具備存儲、釋放電子的能力，同時，存儲在快閃記憶體中的電子也會隨著時間而流失。
- 这些对性能提升或者限制的根本原因主要是对SSD内部的FTL层做了改动，那么啥是FTL层呢？
它基於LevelDB開發，增加了眾多功能和性能改進，也為SSD做了許多優化。 在Open-Channel ftl ssd SSD架構問世之前，前述「把部份FTL工作移到上層系統」概念，其實很早就被應用在部份全快閃儲存陣列產品，以及SSD裝置上。 为了存放这个映射表，SSD一般有两种设计方案：DRAM(带DRAM的)和DRAM-less(不带DRAM的)。 由於機械硬碟的物理構造所帶來的先天限制，它的性能已經很難有突飛猛進的提升，相比其它的電腦配件，機械硬碟自然成為了瓶頸硬體。 但豈能讓脆弱的機械硬碟成為電腦綜合性能發展的絆腳石，性能瓶頸、溫度、噪音、抗震性能、使用壽命都是以前機械硬碟的硬體缺點。 前不久東芝剛剛拿出了首個使用第三代BiCS 3D快閃記憶體的XG5固態硬碟，持續讀取3GB/s，持續寫入2.1GB/s，用TLC實現了MLC級別的旗艦性能，令人印象深刻。
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图[FTL-page-mapping]给出了页级别映射示意图，为了简化问题描述，这里省略了块号，实际上，当每个块中所包含的页数确定以后，可以很容易根据页号计算出块号，比如，如… 第二個問題的解決方法，就是大家可能常常聽到的Garbage Collection 。 既然一堆Block都是invalid了，那我們就來整理，全部都是invalid page的Block就直接Erase掉拿來使用呀，酒矸倘賣無。 阿，那如果Host故意每個Block都留一個valid的資料，那要怎麼辦。 所以我們要在還有可以用的Block的時候，把那些invalid比較多的Block的資料搬到空的Block上，也就是內部自己再重寫一次資料，再把原本的page設成invalid。 全部整理完以後，就又有很多Block可以Erase了，那可以用的Block的數量就會漸漸恢復。
FTL層是SSD控制器韌體的核心環節，也是讓硬體架構完全不同於硬碟的SSD，得以直接應用在傳統IT架構中的功臣。 ftl ssd 由於快閃記憶體技術的發展，快閃記憶體正從U盤、MP3走向電腦、存儲陣列等更廣泛的領域。 雖然其速度較以往的機械硬碟有了較大幅度的提升，但縱觀整個計算架構，快閃記憶體仍舊是計算系統中比較慢的部分。
- 而對於SSD，雖然減少隨機寫有益，但寫放大帶來的磨損（Wear-out）問題不可忽視。
- 另外也因為資料冷熱是應用層的事，SSD 不會知道，改善 SSD 效能的一個方法便是冷熱分開在不同的 page裡，讓 GC 好做事。
- 它基於LevelDB開發，增加了眾多功能和性能改進，也為SSD做了許多優化。
- 儘管定位於讀取敏感型企業級固態硬碟，但對於廣大讀者朋友的影響依然深遠。
- 作者建議大抵上知道許多的 controller FTL 是實作 hybrid log block policy 就好了。
- 這可以解決資訊安全及使 SSD 效能恢復至出廠狀態。
- 從SLC到QLC，每個快閃記憶體存儲單元表達是二進位數據從2位擴展到了16位。
另一方面，基於內容定址自動實現了數據去重（Data deduplication），因為相同的數據會得到相同的哈希值，被存儲在同一處。 相比以往，數據去重是存儲系統中實現起來難度很大的一塊功能，需要全局的指紋（例如SHA1）緩存和比對、以及複雜的元數據管理；在大部分開源存儲系統中甚至沒有去重功能。 另外FTL在背景執行的Garbage Collection作業，也會導致SSD產生額外寫入動作，給效能帶來難以預測的影響。
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NOR有點像內存，支持隨機訪問，這使它也具有支持XIP（eXecute In Place）的特性，可以像普通ROM一樣執行程序。 現在幾乎所有的BIOS和一些機頂盒上都是使用NOR Flash，它的大小一般在1MB到32MB之間，價格昂貴。 本人萌新一个，下面是自己在学习途中看到的和感悟到的一些东西，如有错误之处或描述不恰当之处，欢迎指出，小生在此谢过各位前辈。 因为了解不多，所以不知道对于侵权怎么界定，对于文中涉及到的一些图片和文字，如果涉及到侵权，敬请指出，我会删掉，谢谢。
这个方法的不足在于：当有超过log block 数量的更新同时进行的时候，会触发多个merge 操作，即便此时有的log-block里有效数据很少。 而DSSD則類似採用一個分散式FTL層，接入的是Flash；由分散式FTL全局管理分配、垃圾回收等功能；相比SSD各自為政，全局協調能夠有更高的效率。 DSSD採用專門設計的硬體，與用戶節點連接時也為了降低延遲而採用專門設計的匯流排和協議。 軟體上，DSSD也採用了類似繞過Linux內核的做法。 基於內容定址（Content-based Addressing）是一種在SSD場景下適用的數據分布（Data placement）方法。
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正因为有了FTL，NAND Flash才能被当成硬盘来使用；文件系统才可以直接把SSD当成普通块设备来使用。 由于FTL是SSD设计厂商最为重要的核心技术，因此，没有一家厂商愿意透露这方面的技术信息… 一般使用者在讀寫資料時 SSD 不會實際把 stale 資料物理上抹除，SSD也只有進行 read/write 操作。 SSD 只在 GC 判斷需要清出空間時對 nand flash 執行抹除/erase 指令。
为了更清晰地理解全闪的前沿应用，我们将不定期分享全闪系列科普，本期我们先聊聊固态存储核心技术 SSD。 正常掉电，SSD会把缓存中的数据刷新到闪存，重新加载保存的数据即可。 如果是异常掉电，因为某些人为或自然外力的原因导致数据没有成功写入到Nand中，掉电恢复要恢复到掉电前的安全状态，比如恢复RAM中的数据和Address Translation中的映射表。 所以更新資料的動作變成把新的資料放到其他地址，然後再更改L2P Table。
就如我们SD卡上的FAT文件系统，文件分配表会被经常修改，但由于修改的是逻辑块，我们可以让每次物理块不同而避免经常擦写相同的物理块，这本身就保证不会有物理块被经常擦写。 但是有一种情况它没有办法处理，即冷的数据块（cold block），它们被写入后没有更改，就一直占据某些物理块，而这些物理块寿命还很长，而别的热的块却在飞速损耗中。 我们只有在合适的时机帮它们换个位置了，如何选择这个时机很重要，而且这个搬家动作本身也会损耗寿命本身。
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另一特點是，Seastar將TCP/IP棧放在用戶空間中，繞過Linux內核（Kernel bypassing），使用Intel DPDK；類似地，存儲IO棧也使用Intel SPDK繞過內核。 這麼做的動機是，SSD速度更快，而Linux內核及上下文切換反而成為增大延遲的瓶頸，於是繞過它。 要克服傳統SSD FTL層的副作用，一個思路是把FTL的部份工作轉到上層的主機端去執行，讓上層的系統能直接定址寫入SSD的區塊頁面，並執行Garbage Collection等背景作業，藉此得到許多效益。 现在能生产NAND芯片的厂家在Wikipedia上能查出11家，而能生产主控芯片和固件的就四家。 他们各自的绝活都在FTL中的各种调优上，再加上Trim等等特性，这也就决定了SSD硬盘性能的好坏。
儘管定位於讀取敏感型企業級固態硬碟，但對於廣大讀者朋友的影響依然深遠。 正所謂價格是影響消費者購買意欲的主要因素，但是消費者購買後卻總會糾結自己的消費品出現貶值。 尤其是消耗品，我們總會斟酌自己購買的產品是否物有所值。 今天我們就來分析下，大家購買SSD前一些最關心的問題。 RAM 有兩大類，一種稱為靜態RAM，SRAM速度非常快，是目前讀寫最快的存儲設備了，但是它也非常昂貴，所以只在要求很苛刻的地方使用，譬如CPU的一級緩衝，二級緩衝。
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也就是说不管DRAM或DRAM-less，Flash中都需要储存映射表的。 Zheng et al., 2013 在斷電壓力測試中測了 15 款 SSD，沒透露廠家，但掉資料、系統損毀的比例 13/15。 另外一位 Luke Kenneth Casson Leighton 也拿了四款 SSD 來做測試，只有 Intel 沒掉資料 。 AnandTech 的一篇關於 over-provisioning 的文章，建議除了製造商原有的之外可以做到 25% 來達到更好的 SSD 存取效能。 另外一篇 Percona 的文章指出 Intel 320 SSD 在將滿時寫入效能低落的現象。 當然，你可以把Nand Flash當作傳統硬碟一樣來實作，寫入前先抹除，然後把你要寫的資料寫到指定的位子，OK。
为了追求更好的随机性能（操作系统对这个很在意）所以SSD都采用页映射。 光碟是一種數據存儲介質，需要使用光碟機來讀取其中的內容。 光碟主要分為CD－ROM光碟、DVD－ROM光碟、刻錄光碟和可擦寫光碟4種。 雖然內存和SSD還是漲個不停，但是我們的生活還得繼續，該買的時候還是躲不過的以前不少人覺得，知道主控就是可以大概知道SSD的性能。
東芝推出全球首款注148層3D堆疊式結構快閃記憶體注2，該快閃記憶體容量達到256Gb（32GB），同時採用了行業領先的三階存儲單元（TLC）技術。 這款全新快閃記憶體適用於各種產品應用，包括消費級固態硬碟、智慧型手機、平板電腦和內存卡以及面向數據中心的企業級SSD。 作者對這現象的解釋是如果 SSD controller 始終保持在忙碌狀態，就會找不到適當實際進行 GC，清出 free state 的 block，直到 free block 用完了才不得不做。
作者不確定是哪幾間公司吃下這個市場，但他以 Pareto（80/20） 法則猜應該是其中的兩三家，所以從除了自有品牌的 SSD，用同一個 controller 大概行為都會差不多。 FTL 的實作對效能影響甚鉅，但是各家廠商也不會公開自己用了哪些方法實作。 主要思路是利用顺序IO的特性来减少mapping table 的大小。 对于顺序IO，不需要加载对mapping table 的多个不同的引用，只需要加载一个引用以及表示还有多少顺序访问的数量就够了。 另外，有一個Linux內核IO棧的分解圖，可以看到應用程序的寫請求是如何經過文件系統、頁緩存（Page Cache）、塊IO（Block ftl ssd IO）、驅動層，最後被寫入物理磁碟或SSD的。
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