FTL (Flash translation layer) 闪存转换层



闪存的读写单位为页，而页的大小一般为4KB或8KB，但我们的操作系统读写数据是按HDD的扇区尺寸进行的（512Byte（字节）），更麻烦的是闪存擦除以块作单位，而且未擦除就无法写入，这导致操作系统现在使用的文件系统根本无法管理SSD，需要更换更先进、复杂的文件去解决这个问题，但这样就会加重操作系统的负担。
而为了不加重操作系统的负担，SSD采用软件的方式把闪存的操作虚拟成磁盘的独立扇区操作，这就是FTL。因FTL存在于文件系统和物理介质（闪存）之间，操作系统只需跟原来一样操作LBA即可，而LBA到PBA的所有转换工作，就全交由FTL负责。（请看下图）



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2017-8-17 09:58 上传

FTL算法，其实就是一种LBA到PBA的映射。当文件系统发送指令要写入或者更新一个特定的逻辑页时，FTL实际上是把数据写入到一个不同的空闲物理页并更新映射表（LBA和PBA的关联数据），并把这个页上包含的“旧数据”标记为“无效”（更新后的数据已经写入新的PBA，旧地址的数据自然就失效了）。正是因为FTL的存在，操作系统才能把SSD当成HDD那样操作，因此FTL转换的性能也就直接影响SSD的性能表现。
我们现在看下图，假设在page0上写入数据（物理地址n），接下来写入数据到page1（物理地址n+1）。接着page0数据被更新，但是更新后的数据并不是覆盖上去，FTL会把它写入到地址（n+2）上，然后标记（地址n）为“无效”。经过多次这样的操作后，这个块上就会装满了许多“有效”及“无效”的数据。如果要再次写入到这个块，就需要先擦除整个块的数据，当然就需要先把所有“有效”的数据复制到另外的空白块上再进行擦除。这样的操作就是GC（即垃圾回收，相关知识在后面会独立介绍）。