存储技术FTL基础知识学习1

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一.基本理论

1.FTL（Flash translation layer）由来：

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（硬盘）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（固态硬盘），需要更换更先进、复杂的文件去解决这个问题，但会增加操作系统负担。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。因为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（逻辑区块地址）即可，LBA（逻辑区块地址）到PBA（物理区块地址）的所有转换工作就全交给FTL负责。

2.关于LBA和PBA：

通俗的讲，LBA就等于我们平常使用的门牌地址（如：中华人民共和国广东省广州市中山四路26号）。而PBA全称为 Physics Block Address，相对于LBA来说，它就如GPS 定位所使用的经纬度（如上面地址的经纬度为：东经:113°16′40.0621″，北纬:23°07′ 37.6129″）。

在HDD上，由于HDD的数据可以直接覆盖，所以LBA和PBA的关系是1:1对应，不会变更，即LBA=PBA。在SSD上，由于SSD使用的存储介质NAND闪存有需要先擦除才能再写入的特性，和读写以页为单位，擦除以块（多个页组成）为单位的特性，导致LBA和 PBA的关系不再是固定不变的。导致LBA和 PBA的关系不再是固定不变的。因此SSD就需要一层叫做FTL的东西来作转换，以配合现有的文件系统。

NAND闪存的擦除/写入关系：

（闪存页大小一般为4KB或8KB，块一般有128至256页，详情请参考具体闪存颗粒数据手册）由于NAND闪存的特性，SSD的主控制器是使用LBA和PBA的映射表来管理闪存的。当有需要更新的数据要写入时，主控会把新数据写入到空 白的闪存空间（已擦除状态的）内，然后更新映射表数据，把LBA指向新的PBA。原来的PBA就成了无效数据，这个PBA若要再次写入数据就需先进行擦除 的操作。但这里会产生一个问题，闪存颗粒的寿命是按Program/Erase（编程/擦除，由于闪存不能覆盖，写入前必须擦除，所以习惯叫编程，不过为 方便大家阅读，后面我们依然叫写入）次数计算的，MLC（多阶存储单元闪存）的寿命一般在1000-10000次，SLC（单阶存储单元闪存）则在10万 次左右。（详情请参考具体闪存颗粒数据手册）。

3.FTL算法：

即一种LBA（逻辑区块地址）到PBA（物理区块地址࿰