SSD的FTL——深入浅出SSD笔记

了解硬件特性有助于我们针对特性进行进一步的探索与优化；本文主要介绍SSD的FTL（Flash Translation Layer）；

FTL所在的位置：

在设备端：

在主机端：

Interface Adapter——接口适配：

在内部FTL中主要关联eMMC/SCSI/SATA/PCIe/NVMe等接口，而在外部FTL中主要关联Linux Block Device。

Address Translation——映射管理

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。

Garbage Collection——垃圾回收

垃圾回收，简称GC，回收异地更新产生的脏数据所占空间的回收工作。

Trim

Trim是一种用来增加GC垃圾回收效率的算法。

没有Trim的话，会出现这样一种情况：在操作系统删除一个文件，实际上数据在物理层面上并没有被删除。

Wear Leveling——磨损平衡

缩短不同块之间的擦写次数差别，均衡闪存块的寿命；分为动态磨损平衡和静态磨损平衡；

掉电恢复——Power off Recovery：

掉电恢复，简称POR。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。

Error Handler——坏块管理

处理读写操作中遇到的Fatal Error或ECC Error状况，以及Bad Block或Weak Block的管理。略过坏块或者跳过坏块；

SLC cache

SLC cache是把MLC或者TLC的一部分闪存块，配置为更优速度优势的SLC模式来作为Cache使用，让SSD具有更好的突发性能。不过一般主要用于消费级SSD或者移动存储中，主要原因是SLC Cache具有更好的突然性能，但是企业级SSD更追求稳定的速度；

RD & DR

RD指的是Read Disturb，DR指的是Data Retention。两者都能导致数据丢失，但原理和固件处理方式都不一样;

RD——对一个闪存块来说，每次读其中的一个闪存页，都需要在其他字线（Wordline）上加较高的电压以保证晶体管导通。这个操作有点类似于轻量的写操作；长期会导致比特翻转；因此需要在达到读阈值之前对这个闪存块上的数据进行刷新；

DR——电子从浮栅极跑出，导致比特翻转；由FTL定期扫描，翻转超出阈值进行数据刷新，避免数据丢失；

Host Based FTL

SSD有Host Based FTL和Device Based FTL两种模式。

Host Based把FTL放在主机驱动程序中，Device Based则是把FTL放在SSD主控内部。

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。

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