FTL潜规则：调优，才是算法精华

前言

在存储领域中有一个FTL的概念，这是一种Flash的内存管理算法，属于各个厂商的核心机密，每个厂商的处理方式不同，有的处理简单，有的处理复杂。
FTL，即Flash Translations layer，也就是闪存转换层，可以完成从逻辑地址到物理地址的转换，简称为映射。

 
为什么需要FTL

因为Flash的质量参差不齐，里面坏掉的区域是完成不能使用的。
Host发送命令下来，要求把一段数据存放在A地址中，此时A就是逻辑地址，而好死不死，Flash中的A地址刚好是坏块，那怎么办?
此时B地址是好的，FTL就将数据存放在B地址中，此时B丢置就是物理地址了，同时将A逻辑地址——B物理地址记录下来，这一段记录就是映射关系了。
下一次，当主机需要读取A逻辑地址的数据时，FTL就会将B物理地址的数据读取出来返回给主机。
FTL的位置

先了解几个名词
UCL

USB Control layer，USB控制层，主要用于解析从Host发送下来的USB命令
FTL

Flash Translation layer，Flash转换层，主要用于将逻辑地址转换成物理地址
FCL

Flash Control layer，Flash控制层，主要用于将经过映射处理后的地址解析成flash指令发送给Flash
UCL、FTL、FCL所处的位置


 
FTL遵循的规则

FTL这种内存管理算法，自然是遵循着着Flash特性，一切都是在Flash特性下才能运行起来的。

• 写数据以page为最小单位
  
• 写入的数据必须打乱存储才会稳定
  
• 写满整个Block数据才会稳定
  
• 擦除以Block为最小单位，一般不轻易做整块擦除
  

当然也有其他特性，但是Flash由于批次不同，制造工艺和厂商不同，出厂的flash也各有一些差异性的特性，这些，就实际问题实际分析。
FTL中各种调优

不同的厂商，FTl的方案各不相同，除了逻辑地址和物理地址的映射作用外，一个好的FTL还具备以下的调优：
映射颗粒度

逻辑地址和物理地址之间的映射方式有两种：块映射和页映射。
使用块映射，逻辑块映射到物理块，看起来挺好的，但是如果遇到操作page的情况，比如说要修改刚写满的某个Block中的某一个page，往往需要做整块擦除，大大降低了效率。
使用页映射，虽然弥补了上面的问题，但是每一页都做映射的话，页的数量一多，映射页多，要知道存储映射关系也是要消耗内存的。页映射需要消耗很大的空间。
所以市面上的做法大多数采用：块映射+页映射，简称混合映射，既可以满足存储需求，还能做到以page颗粒进行维护。
映射表存储

映射表是可以随时变化的，也是随时都要用到的，一般用的时候在RAM中使用，不用的时候就需要存储起来，一般都是用一些空闲块存储起来，这些空闲块不存数据，只放映射表。
merge处理

存储领域，少不了数据搬运这一块，一般来说，merge和GC是一起工作的。
GC回收

现在无论什么都会涉及一些垃圾回收，内存永远是一个好的算法需要考量的点。
垃圾回收需要选好时机，谁都不希望一个存储设备，会在没有能用的内存后才开始做GC回收，这就像开启了一段完全看不到进度的卡顿一样。
好的固件往往未雨绸缪，在不知不觉下做好了GC回收的工作。
寿命均衡

逻辑地址和物理地址的映射本身会对寿命均衡产生正面影响。
就刚才讲到的，映射表可以被随时修改，那么逻辑地址对应的物理地址也就被修改了，一些物理Block经常被擦写，往往会加速损坏。
我们可以通过修改逻辑块，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，即闲置的数据块，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，而别的块却在飞速损耗中。
面对这种情况，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merge搬运动作本身也会损耗寿命本身。
以上这些策略也是各个FTL算法的精华了。

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