你了解SSD中的软件算法吗
ssd已经日渐流行，现在买电脑不挑带ssd的，都不好意思说自己真懂用户体验。和传统hdd相比，ssd由闪存构成，闪存低延迟的特性，令ssd在随机读写性能方面大幅超越hdd，这也是ssd能带来流畅操作体验的关键。但是，ssd又不仅仅只是闪存的简单组装，仅仅把闪存堆砌起来，并不能称作是ssd。
调用闪存的软件算法，同样对ssd的寿命、稳定性、性能等方方面面起着重大作用。ssd中的软件算法你都了解吗？今天，就一起来谈谈ssd中有哪些软件算法吧！
我们都知道ssd的硬件构成和hdd完全不同，因此操作系统识别hdd的很多机制，并不适用于ssd。例如，硬盘是由盘片来构成的，盘片是同心圆，把圆分成一个个小小的扇形，数据在这些扇形中储存，这些扇形就被称之为扇区。操作系统把扇区组织起来，构成fat32、ntfs等文件系统，用户才得以访问文件/文件夹而不是一个个的扇区物理地址。基本上，操作系统建立文件系统的基础就是扇区。
ssd由闪存构成，没有盘片，自然也没有扇区。ssd的闪存颗粒基础单位是数据容量4kb的page（页），page组成block（区），block组成plane（平面），最后plane组成die（晶片），这就是闪存的硬件架构。可见ssd没有扇区，怎么办？这就得靠一些算法来进行转换了。
ssd使用的是闪存，闪存结构和hdd不同，需要ftl层和文件系统对话
把ssd的架构虚拟成hdd的算法，叫做“ftl”（flash translation lay）。ftl算法是由ssd主控提供的，比操作系统更加底层。ftl作为一个软件中间层，可以把ssd基于page的硬件架构映射成hdd基于扇区的硬件架构。操作系统为ssd建立文件系统的时候，有了ftl，操作系统看到的东西和hdd没啥两样，就可以用传统的方法对ssd进行分区、格式化等操作，不需要使用专为ssd而生的文件系统。得益于ftl软件算法，ssd才能无缝接班hdd，没它ssd就无法识别。
gc垃圾回收：没它ssd就巨慢无比
闪存的机制是比较独特的，当你向闪存写入数据的时候，必须先把闪存中的数据擦除掉，才能写入。同时，闪存的最小读写单位是page，但最小的擦除单位是block。一个block中包含了多个page，ssd工作一段时间后，就没有哪个block中的page都是空白的了。如果要擦除某个block，就必须先把这个block中存在有效数据的page复制备份到其他地方，接而进行擦除，这样一来才不会丢数据。
每个page都可以写入数据，但覆盖写入需要先擦除原先的数据，一擦除整个block都会被擦除
有效数据的page要复制到什么地方进行备份呢？一些比较烂的产品，会把这些page的数据复制到缓存，待到block擦除后，再把数据写回去，这样一来ssd的写入速度就更加悲剧了——既要写原来的数据，又要写新数据。解决这个问题的，就是ssd中的gc（gabage collection），也就是垃圾回收算法。
gc垃圾回收算法看着有点类似碎片整理，它可以把某个block中的存在有效数据的page，移动到其他block中，从而让操作系统得以擦除这整一个block。接着再往该block写数据，就不需要把备份到其他地方的page也写回去了。cg发生在ftl层，不同的ssd的gc算法是不一样的，gc算法的不同，深切影响着ssd的性能。
trim：大大提高垃圾回收效率
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。于是，ssd的某个block所有page都会被填满，待到真正写入数据的时候，才被迫进行gc垃圾回收，主控才开始把有效数据的page移动到其他block上，进而擦除该block。如此一来，速度就很慢，ssd用久了每次写入数据都得先gc，用户体验非常不好。
trim就可以大大缓解这种情况。操作系统删除数据后，trim会告诉ssd主控哪些page的数据对应着删除的数据，这些page会被标记成为无效page。接着，在闲暇时段，ssd主控就会主动进行cg，把有效数据的page移走，然后擦除这些block的数据，提前为操作系统的数据写入准备好足够多的block。如此一来，就算是长期使用，只要ssd不是装得太满，性能都不会有太过明显的下滑，大大提升了用户体验。trim算法是由操作系统提供的，win7、android 4.3以后的操作系统都支持trim。
磨损平衡：保证闪存寿命被均匀消耗
我们知道闪存是有擦写寿命的，例如mlc闪存只能够擦写数千次，tlc闪存只能够擦写数百次等等。其实以现在的ssd容量，总擦写数据量是非常惊人的，例如256g的ssd，寿命是500次擦写（p/e）的话，那么就需要写入125tb的数据，闪存才寿终正寝——就算你每天写入10g数据，也需要用三十多年才能把闪存给写挂，更何况很少人每天往ssd中写10g数据。
但是很多朋友仍不信任ssd的寿命，理由是ssd的这个寿命，是根据全盘容量来估算的。有的朋友认为，平时读写数据，会集中读写ssd的其中一部分闪存，这部分的闪存寿命就会损耗得特别快。一旦这部分闪存挂了，那么整块ssd也就挂了。然而事实真的是这样吗？
事实当然并非如此。实际上，ssd拥有磨损平衡（wear leveling）算法，令所有闪存磨损度尽可能保持一致。ssd的磨损平衡算法大致分为动态和静态两种。动态的算法就是当写入新数据的时候，会自动往比较新的block中去写，老的闪存就放在一旁歇歇；而静态的算法就更加先进，就算没有数据写入，ssd监测到某些闪存block比较老，会自动进行数据分配，让比较老的闪存block承担不需要写数据的储存任务，同时让较新的闪存block腾出空间，平日的数据读写就在比较新的block中进行——如此一来，各个block的寿命损耗，就都差不多了。
总结
ssd绝不是把闪存堆在一起就能做成的，要让ssd稳定、快速地运行，还有赖于种种软件算法。在选用ssd的时候，可以多关注一下该ssd所使用的主控方案，关注该主控的算法是否靠谱；在使用ssd时，要选择适合的操作系统，并及时更新ssd的固件和驱动。如此一来，才会得到更好的体验。
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闪存的机制是比较独特的，当你向闪存写入数据的时候，必须先把闪存中的数据擦除掉，才能写入。同时，闪存的最小读写单位是page，但最小的擦除单位是block。一个block中包含了多个page，ssd工作一段时间后，就没有哪个block中的page都是空白的了。如果要擦除某个block，就必须先把这个block中存在有效数据的page复制备份到其他地方，接而进行擦除，这样一来才不会丢数据。
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