ftl ssd5大優點

垃圾回收，就是把某一个闪存块上的有效数据读出来，写入另一个数据块中，然后擦除原来的闪存块，使之可用。 Controller每把一笔数据写入Flash中时，便会记录下该数据的逻辑地址到物理地址的映射关系，这样当Host想要读取这笔数据时就会根据这个映射读取到真实的数据。 小編今年已經被問了很多很多很多次，從現階段的技術、產能看，明年下半年才有望回歸。 不過現在還有個好消息，明年QLC將開始普及，所以價格回歸的同時，容量可能翻倍成長。 原本買120GB容量的價格，明年可能就可以買到240GB的產品了。 其中，在一個存儲單元中，SLC 可以存儲 1 個比特，MLC 可以存儲 2 個比特，TLC 則可以存儲 3 個比特。

作者給了幾個建議：永遠不要寫入小於一個 page size 的資料，寫入的資料兩大小與 page size 成倍數為原則、小的大量寫入先做緩存再批次寫入。

ftl ssd: 快閃記憶體晶片不能執行覆蓋寫操作——你知道嗎？

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。 FTL是一种软件中间层，在度娘上介绍它为：用于将闪存模拟成为虚拟块设备，从而能够在闪存上实现FAT等等块设备类文件系统。 什么是SSDSSD是Solid State Drive，即固态硬盘的缩写。

SSD主控主要有三大部分组成：与Host对接的界面, 闪存转换层FTL以及闪存对接界面。 再把SSD主控的架构图请上来展示一下： 目前主流NAND闪存都是采用浮栅技术（Floating Gate, 简称FG）。 学过数电，模电，半导体物理的你，是否还记得大明湖畔的MOS管吗？ 也许还有与MOS管素未谋面的你，没关系，你只要了解NAND闪存的浮栅FG就是存放我们写入的数据就足够了。 1.1编写目的 对FTL模拟器的学习做一些总结，以及对FTL模拟器zone扩展方案的设计说明和实现方式的讲解，供大家参考指正。 1.2背景 1.2.1 页映射机制 在采用页级别的FTL机制中，请求的逻辑页面可以被映射到闪存空间中的任何物理页面，因此，这种机制非常灵活，而且具有很高的闪存页面利用率。

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Host Based SSD一般的模式是把闪存的读写接口直接开放给驱动程序，这样驱动程序就能自行管理闪存内部资源。 控制器大都采用可编程逻辑器件FPGA，功能比较简单，主要实现ECC纠错和闪存时序控制。 作者也建議 “非常熱” 的資料可以先 cache 起來再寫到硬碟。 以及當有資料不再被需要、或是需要刪除的時候可以批次進行，這讓 GC 可以一次得到比較多的空間操作，降低空間碎片化。 使用方式上，可以把DSSD作為一個可以由多節點共享的、分散式的、持久的存儲。

NAND Flash 的單個存儲單元存儲的比特位越多，讀寫性能會越差，壽命也越短，但是成本會更低。 現在高端SSD會選取MLC甚至SLC，低端SSD則選取TLC。 另外一個問題是，controller 快樂的把那些 controller 應該知道要刪除的資料搬來搬去做 wear leveling，但是這些都是做白工，而且干擾了 foreground 的讀寫工作。 作者對於了解或是逆向工程 mapping schema 的實作對提升應用層程式的效能保持保留態度。 畢竟市面上的 controller 廠商大多沒有開放實作細節，就算針對某個 policy 去調整程式設定更甚至你拿到原始碼，這套系統在其他 schema 或是其他廠牌下也不一定有更好的結果。 唯一的例外可能是你在開發嵌入式系統，已經確定會用某廠商的晶片。

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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。 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 ftl ssd 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。

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。 ftl ssd 其实在垃圾回收的时候已经提到磨损平衡的原因了：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。 這裡我提供一個方法：就是每隔一段時間，或是每寫了多少的資料，就把L2P Table寫入Nand Flash裡。 這樣在重新上電時，你可以基於最近的一份L2P Table來重建斷電前最後的狀態，那可以減少很多讀取的時間，也降低資料大量遺失的機率。 但是這畢竟是額外的工作，會降低整個SSD的讀寫速度(IOPS之類的)，而且也會浪費Nand Flash的使用空間。 當然電腦科學是一直在進步，不斷有人提出新的方法來管理L2P的問題，一定有越來越厲害的方法會出現的。

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FTL是介於SSD前端和後端之間的一個轉換層，前端指的是和Host用Protocol溝通的那邊，後端是真正儲存資料的實體的Nand Flash這邊。 以前傳統的Hard Disk可以直接從Host指定把資料存在硬碟裡的任何區域，為什麼SSD還要中間多一層FTL呢? 這就是傳統硬碟和固態硬碟不同之處，和固態硬碟使用的Nand Flash特性有關。 每擦除一次闪存块，都会对闪存块有磨损，因此闪存块都是有寿命的，用PE（Program/Erase Count）数衡量。 我们不能集中往某几个闪存块上写数据，不然这几个块很快就会因PE耗尽而死亡，这不是我们想看到的。 論文中的測試支持，寫放大甚至可以達到50x，讀放大達到300x。

機櫃級SSD（Rack-scale SSD），代表產品是EMC收購的DSSD。 分散式的全快閃記憶體陣列，通常思路是由軟體實現分散式管理，硬碟仍然使用SSD，SSD盤內硬體FTL負責管理本地SSD的塊分配、垃圾回收等功能。 LSM-Tree寫放大，可以說是其獨具優勢的數據結構所帶來的代價；另一方面，LSM-Tree又在各種存儲和資料庫中廣泛使用。 為了優化寫操作，它們被首先緩存起來，寫入硬碟；之後通過合併操作，才被放到最終的存儲位置。

ftl ssd: 2 不同層級的平行機制

「把部份FTL工作移到SSD之外，由上層系統執行」的概念，雖然已應用在部份全快閃儲存陣列產品上，但這些產品都是使用自身專屬的儲存系統平臺，搭配專門訂製的SSD硬體來實作這個架構，難以推廣與普及。 ftl ssd 而Open-Channel SSD的出現，目的正是要把這個概念開放化與通用化，利用開放的標準，來普及這種新的SSD架構。 也就是說，正是依靠FTL層，既有的檔案系統與應用程式才能直接使用SSD，FTL也決定了SSD的性能、可靠性與壽命，但FTL的功能與架構也相當複雜，不下於一套檔案系統。

• 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。
• FTL是Flash Translation Layer的缩写，完成主机（或者用户，Host）逻辑地址空间到闪存（Flash）物理地址空间的翻译（Translation），或者说是映射（Mapping）。
• 快閃記憶體晶片的內部被設計為一種多層次的組織結構，一般情況下，一個晶片由外向內包括五個層次。
• 其他優點還包或可提供更低、且可預測的延遲，改善寫入效能，從而提高SSD整體性能，以及大幅簡化SSD的控制器架構等。
• 論文中的測試支持，寫放大甚至可以達到50x，讀放大達到300x。
• 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。
• 有了這個資訊 SSD 就不用把那些 page 搬來搬去，並適時刪除。

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。 然后，我们提出了一个有效的页面级FTL，称为TPFTL，它使用两级LRU列表来组织缓存的映射条目，以最大程度地减少额外的操作。 受模型的启发，我们进一步设计了工作负载自适应的加载策略，并结合了有效的替换策略，以提高缓存命中率并减少替换的脏条目的回写。 我们的评估结果表明，与最新的FTL相比，TPFTL将地址转换导致的随机写入平均减少了62％，并将响应时间缩短了多达24％。 垃圾数据会占用闪存空间，当闪存可用空间不够时，FTL需要做垃圾回收，即把若干个闪存块上的有效数据搬出写到某个新的闪存块，然后把这些闪存块擦除，得到可用的闪存块。

ftl ssd: 存儲器分類匯總，DRAM/EPROM/NAND FLASH這些行業名詞你真的知道嗎？

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… ftl ssd 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。

地址映射，也可以叫做mapping，负责逻辑地址和物理地址之间的映射，多技术模块都以该机制为核心进行。 众所周知，Nand Flash具有写时擦除的特性，因此写入数据时不得不异地更新。 完成逻辑地址空间到物理地址空间的映射，这是FTL最原始也是最基本的功能。 大家天天在说FTL，也知道FTL的重要性，那么什么是FTL？ FTL是Flash Translation Layer的缩写，完成主机（或者用户，Host）逻辑地址空间到闪存（Flash）物理地址空间的翻译（Translation），或者说是映射（Mapping）。 SSD每把一笔用户逻辑数据写入到闪存地址空间，便记录下该逻辑地址到物理地址的映射关系，下次主机想读取该数据，SSD根据这个映射，便能从闪存上把这笔数据读上来然后返回给用户。

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基于闪存的固态磁盘（SSD）由于其高性能，低能耗，抗冲击性和紧凑的尺寸而在消费者和企业存储市场中非常受欢迎。 但是，不断增加的SSD容量给在页面级闪存转换层（FTL）中执行有效的逻辑到物理地址转换带来了巨大压力。 现有方案通常采用内置的RAM高速缓存来存储映射信息，称为映射高速缓存，以加快地址转换的速度。 由于有限的缓存空间，仅一部分映射表可以被缓存，因此对于缓存管理和垃圾回收，需要对闪存进行大量额外的操作，从而降低了SSD的性能和使用寿命。

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。 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。 日前美光宣布了全球首個QLC快閃記憶體固態硬碟——5100ION。 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。

ftl ssd: 固態硬碟還得降價！美光宣布首個QLC快閃記憶體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 ftl ssd state 的 block，直到 free block 用完了才不得不做。 在這時候 FTL 已經無法像先前那樣有效率的完成 foreground 讀寫操作，必須等 GC 清出空間才能做，這導致嚴重的效能下降。 Over-provisioning 可以協助減緩此類現象的發生，讓 FTL 有更多的空間支應大量的寫入操作。 至於需要多大的空間來做，作者建議如果需要因應尖峰時段大量隨機寫入，上看25%，不需要的話 10 ~ 15%即可。

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有部分型號提供 ATA Secure Erase 功能可以讓 SSD 所有 block 清為 free，清空各 FTL mapping table。 這可以解決資訊安全及使 SSD 效能恢復至出廠狀態。 依照 HDD 的慣例，檔案系統刪除資料時不一定要真的下抹除指令到硬碟去（真的要刪的時候只要直接複寫過去就好了）。 造成可能有檔案系統回報硬碟是空的、裡面塞滿實質 stale 的資料但 controller 不知情的情況。 這會造成 controller 沒法有效 GC，到了發現要複寫了才開始清出空間，最後導致效能低落。

ftl ssd: 這個才是導致SSD壽命減短的真正原因

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。 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。

ftl ssd: 儲存月報第20期：SSD架構大翻轉—Open-Channel SSD

存儲器是用來存儲程序代碼和數據的部件，有了存儲器計算機才具有記憶功能。 圖1 基本的存儲器種類存儲器按其存儲介質特性主要分為「易失性存儲器」和「非易失性存儲器」兩大類。 FTL产生过程 如果仅仅是SSD的使用者，一定不会在意在SSD内部居然还存在一个复杂的软件层Flash Translation Layer（FTL）。 其实就是这个FTL才是SSD固态硬盘的软件核心技术。 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…

ftl ssd: 均衡之選，英睿達 MX200 固態硬碟體驗

这里的GC是指回收废块，但是时机非常重要，谁都不希望看到一个存盘后，SSD硬盘固件发现没有干净的块可用，开始整盘GC，就像开始了一个没有进度条的磁盘整理，系统被完全卡死了。 ftl ssd 聪明的固件往往未雨绸缪，在我们不知不觉下在后台悄悄做垃圾回收，不少固件还同时进行Wear Levelling。 所谓冷数据就是用户不常更新的数据，比如音视频，只读数据等；相反热数据就是频繁更新的数据，比如软件使用等，会产生很多垃圾。

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早期有些SSD裝置也是採用這個概念，不是由SSD控制器，而是由安裝在作業系統中的驅動程式軟體，來執行位址映射與背景作業。 冷数据基本不更新，它所占用的块擦写次数就不会增加，而其他块会被经常写入数据，块擦写次数是会增加，这样就导致了擦除不均衡，SSD最不喜欢这个了。 所以需要把冷数据搬到老年块上，让年轻块替代老年块的工作。 也许你会问，数据在原来的闪存块上待的好好的，为什么要费事吧连的读出来写入另外的块中呢？ 如果一个块上只有一点点有效数据占着整个数据块，那么就需要把有效数据搬移出来，把这个块擦除掉使之变成可用状态，从而提高块的使用率。 SSD内部FW维护了一张逻辑地址到物理地址的映射表。

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