SSD软件算法怎么样 SSD软件算法介绍【详解】

SSD软件算法怎么样SSD软件算法介绍【详解】

SSD越来越受欢迎。现在买电脑不装SSD的都不好意思说自己真的懂用户体验。与传统硬盘相比，固态硬盘由闪存组成。闪存的低延迟使得SSD在随机读写性能上超越HDD，这是流畅 *** 作体验的关键。然而，固态硬盘不仅仅是闪存的简单组装。仅仅靠堆叠闪存不能称之为SSD。调用闪存的软件算法对SSD的寿命、稳定性和性能也有着重要的作用。SSD软件算法你都懂吗？今天我们就来说说什么是SSD软件算法！

SSD不是把闪存焊在一起就能做出来的。

FTL:没有固态硬盘就无法被认可。

我们都知道SSD的硬件结构和HDD完全不同，所以 *** 作系统识别HDD的很多机制并不适用于SSD。比如硬盘是由圆盘组成的，圆盘是同心圆，把圆分成小扇区。数据存储在这些扇区中，这些扇区称为扇区。

*** 作系统将扇区组织起来，形成FAT32、NTFS等文件系统，让用户可以逐个访问文件/文件夹，而不是扇区的物理地址。基本上， *** 作系统基于扇区建立文件系统。

HDD盘片上的扇区，SSD没有这种结构。

SSD由闪存组成，没有磁盘，自然也没有扇区。SSD的闪存颗粒的基本单位是页(Page)，数据容量为4KB。页面形成块(区)，块形成平面(面)，最后平面形成Die(芯片)，这就是闪存的硬件架构。可见SSD是没有扇区的。我该怎么办？这个要靠一些SSD软件算法进行转换。

SSD使用闪存，闪存的结构与HDD不同，需要FTL层和文件系统对话。

把SSD架构虚拟成HDD的算法叫做FTL；(闪存转换层).FTL算法由SSDmaster提供，低于 *** 作系统。FTL作为软件中间层，可以将SSD基于页面的硬件架构映射到HDD基于扇区的硬件架构。

当 *** 作系统为SSD建立文件系统时，它拥有FTL。 *** 作系统可以看到和HDD一样的东西，所以可以用传统的方法对SSD进行分区和格式化，而不需要使用专门为SSD设计的文件系统。由于FTL的SSD软件算法，SSD可以无缝接管HDD，没有它SSD无法识别。

垃圾收集:没有垃圾收集，SSD会非常慢。

闪存的机制非常独特。向闪存写入数据时，必须先擦除闪存中的数据，然后才能写入。同时，闪存的最小读写单位是页，而最小擦除单位是块。一个块包含多个页面。SSD工作一段时间后，任何块都没有一页是空白的。如果要擦除一个块，必须先将该块中有有效数据的页面复制备份到另一个地方，然后再擦除，这样才不会丢失数据。

每一页都可以写数据，但是覆写需要先擦除原始数据，一擦除就擦除整个块。

应该将有效的数据页拷贝到哪里进行备份？

一些不良产品会将这些页面的数据复制到缓存中，然后在块被擦除后将数据写回。这样一来，SSD的写入速度更是惨不忍睹。需要写入原始数据和新数据。解决这个问题的方法是SSD中的GC(GabageCollection)，即垃圾收集算法。

GC垃圾收集算法看起来有点像碎片整理。它可以将一个块中包含有效数据的页面移动到其他块中，以便 *** 作系统可以擦除整个块。然后将数据写入该块，不需要写回在其他地方备份的页面。CG发生在FTL层，不同SSD的GC算法不同，深刻影响SSD的性能。

Trim:大大提高垃圾收集的效率。

Trim是一种用于提高GC垃圾收集效率的算法。如果没有Trim，就会出现这样的情况:在 *** 作系统中删除一个文件，实际上并没有在物理层面上删除数据。

因此，SSD的一个块中的所有页面都将被填满，只有在实际写入数据时才会强制执行GC垃圾收集，并且主设备会开始将有效数据的页面移动到其他块中，然后擦除该块。结果速度很慢，SSD用久了，每次写数据都要先GC，用户体验很不好。

CMD查询fsutil行为查询DisableDeleteNotify如图所示，Trim打开。

Trim可以大大缓解这种情况。系统删除数据后，Trim会告诉SSD哪些页面对应被删除的数据，这些页面会被标记为无效页面。在空闲时间，SSDmaster会主动CG，去掉有效数据的页面，然后擦除这些块的数据，提前准备足够的块用于 *** 作系统的数据写入。

这样即使长时间使用，只要SSD不太满，性能也不会下降太明显，大大提升了用户体验。Trim算法由 *** 作系统提供，Win7和Android4.3以后的所有 *** 作系统都支持Trim。

磨损平衡:确保闪存的寿命被均匀消耗。

我们知道闪存有擦除寿命。比如MLC闪存只能擦除几千次，TLC闪存只能擦除几百次等等。其实以现在的SSD容量，擦除的数据总量是非常惊人的。比如256GSSD的寿命是500次擦除(P/E)，那么需要写入125TB的数据，闪存就会死。就算每天写10G数据，把闪存写完也要30年以上，更别说每天把10G数据写到SSD的人少了。

TLC擦除次数不尽如人意，但正常使用后很难挂机。

但是很多朋友还是不太信任SSD的寿命，因为SSD的这个寿命是按照总容量来估算的。有朋友认为平时读写数据会集中读写SSD的一部分闪存，这部分闪存的寿命会损失的很快。

一旦这部分闪存挂起，整个SSD也会挂起。但事实真的是这样吗？当然，事实并非如此。实际上，SSD有一个磨损均衡算法，使所有闪存的磨损程度尽可能保持一致。

SSD的磨损均衡算法大致可以分为动态和静态两种。动态算法是新数据写入时，会自动写入较新的块，旧的闪存会放在一边休息。

静态算法更先进。即使没有数据写入SSD，检测到一些flash块比较老，也会自动分配数据，让比较老的flash块承担存储任务而不写数据，而比较新的flash块可以空出来空，日常的数据读写会在比较新的块中进行。结果每个街区的寿命损失都差不多。

总结:

SSD永远不可能是闪存堆在一起做出来的。要让SSD稳定快速运行，还是要靠各种SSD软件算法。在选择SSD的时候，可以多关注SSD使用的主控方案，以及主控的算法是否可靠。使用SSD时，选择合适的 *** 作系统，并及时更新SSD的固件和驱动程序。这样，我们会获得更好的体验。