FTL(闪存转换层)简单介绍

FTL(闪存转换层)基础

FTL(Flash Translation Layer)译为闪存转换层，是Flash Memory(存储介质)与Device Controller(设备主控器)之间的连接关系。
在整个储存体系中，FTL起着翻译官的作用，它将Host(电脑、手机等)发送至Device(eMMC、SSD)的逻辑地址转换为写入Flash的物理地址(地址映射管理)。在进行地址转换的同时，FTL还兼顾Flash的管理，不仅需要对Flash上的各个Block进行擦写次数控制(磨损均衡)，还需要管理Flash上的无用数据(垃圾回收)。
下面简单介绍这三个点。

1. 地址映射管理概念

不同于机械硬盘的磁头直接进行数据读写，SSD或者其它以Flash作为储存介质的硬盘无法直接进行数据读写操作。解决这个问题的办法，就是FTL层管理几张逻辑映射表做一个中间转换，Host给定一个逻辑地址，FTL根据这个逻辑地址在逻辑映射表上建立映射关系，连接到Flash上的物理地址。一般来说，FTL将逻辑地址处理后，建立的映射关系包含了Flash的Block编号、Page编号等，数据读取时便根据这些信息在Flash对应的位置上找到数据，传输至Host。

2. 磨损均衡概念

以Flash为储存介质，其可编程次数是必须考虑的重点。拿目前的固态举例，多以TLC Flash为储存介质，其编程次数在1000-1500次之间，若对TLC Flash上的某些block擦除次数超过了次数限制，那么将导致坏块产生，所以FTL须实现磨损均衡，协调整个Flash上的Block，将使用次数少的Block拿出来分担使用次数多的Block的压力。通俗的说，磨损均衡就是以相对最优的选择使Flash上每个Block的擦除次数尽可能相同，以避免有些Block擦除次数过多成为坏块致使用户可用容量变小的问题。

3. 垃圾回收概念

因为储存原理的不同，删除SSD等以Flash为储存介质的硬盘上的数据时，只是删除了Host端的逻辑地址，而实际数据存在Flash的物理地址上，依旧霸占着空间(所以不要以为你的数据删除了就安全了，没进行垃圾回收时，他们依旧可以找回)，后续数据写进来只能写到其他Block(Page)上，这就可能造成一个Block上的8M数据只有2M是有效数据，其他的都是被删除了逻辑地址的“假数据”，久而久之，就会导致空Block不够用了。解决这个问题呢，就靠垃圾回收(GC)了，它功能就是找一个空Block(目的Block)，然后把那些“假数据”比较多的Block(源Block)上的有效数据搬移过来，再把源Block释放擦除，这样，一个目的Block可以容纳多个源Block的数据，达到强行一换多的目的，给用户腾出了更多的空间。