前言

FTL（Flash Translation Layer），即快閃記憶體轉換層，是各種存儲設備的核心演算法，作用是將Host傳下來的邏輯地址轉換成物理地址，也就是映射。

地址映射是FTL最原始最基本的功能。

那麼FTL究竟是怎麼樣完成映射工作的?

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映射種類

首先要知道，映射種類有仨：

1. 塊映射
2. 頁映射
3. 混合映射（塊映射+頁映射）

塊映射

以Block為映射單位，一個邏輯塊可以映射到任何的物理塊上，所以塊內每一頁的偏移不變。

還需要映射表來記錄邏輯塊和物理塊之間的映射關係。

優點：因為映射表只需要塊的映射，所以映射表所占空間小。

缺點：性能差。如果用戶要操作一個邏輯頁的話，就需要把整個塊的數據讀取出來，再修改邏輯頁，再寫入flash當中，所以小尺寸數據寫性能極差。

頁映射

以page為映射粒度，一個邏輯頁可以映射到任何的物理頁上，所以塊內每一頁的偏移變化多端。

需要映射表來記錄每一邏輯頁與物理頁之間的映射關係。

優點：用戶可隨時操作某一邏輯頁，直接將數據寫進對應物理頁，方便快捷，性能極好。

缺點：由於每一邏輯頁與物理頁都有一張映射表，並且頁的數量遠遠要比塊的數量多得多，所以映射表所占空間極大。

混合映射

混合映射是塊映射和頁映射的混合產物。

一個邏輯塊可以映射到任何的物理塊上，塊內採用頁映射方式，塊內邏輯頁可以映射到對應物理塊內任何物理頁上。

所以在性能和所占空間都介於塊映射和頁映射之間。

以下是不同映射之間的比較：

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映射原理

Host是通過發送邏輯地址 LBA 來訪問Flash的，每一個LBA大小為 1Sec。

每一個Sec大小各有不同，有512B、4KB、8KB，大部分情況下都是512B，業內常稱為一包數據。

寫過程

Flash是以page為單位進行寫的，所以Host發送的 LAB+數據並不會立馬就寫進入，而是會先在Dbuf緩存起來，直到湊成了1page的數據量，才會寫進Flash中。

用戶每寫入1page數據，FTL會先去找映射，看看LBA有沒有對應的映射關係，如果沒有找到，就會找一個物理頁吧用戶數據寫入，同時新建一條映射。

那麼，用戶邏輯地址和物理地址的一條映射就生成了。

每寫入一個邏輯頁，就會有一條映射表產生或者更新。

讀過程

用戶讀取某一個區域，發送LBA進行訪問時，FTL就會先在映射表池裡找呀找，找到與LBA對應的映射表，FTL就知道要在Flash的哪個物理頁把數據讀出來了。

如果讀過程沒有找到映射表，那麼讀取過程失敗。

映射表位置

DRAM

大多數存儲設備都有板載DRAM，映射表就能存儲在DRAM上

作用：可以快速訪問映射表，快速讀寫

缺點：隨著映射表越來越多，所占DRAM就會越來越大，提高了成本和功耗。

Flash

後來的主流是映射表大部分被存在於Flash中，當下要用的小部分映射表存於DRAM中。

作用：降低成本和功耗，還可以避免掉電帶來的映射信息損失，另外Flash空間很大，映射表想放多少放多少。

Host發送LBA的時候，FTL會先在DRAM中尋找，如果沒有找到對應的映射表，就會去Flash中讀取映射表，再根據映射關係操作對應的物理頁。

缺點：需要讀取兩次Flash，一次映射表，一次用戶數據，底層帶寬減小了，對於隨機操作來說，就顯得效率低了一點。

映射表更新

隨著映射表的增加、刪除、覆蓋，到了某個時刻就要把映射表寫進Flash保存起來，避免掉電時發生大量映射表丟失。

時不時將映射表寫進Flash，就算發生了突然的異常掉電，丟失的也只是小部分映關係，後面還能通過重建映射表恢復回來。

映射表的寫入時刻

1. 新生的映射表數量積累到一定的閾值
2. 用戶寫入的數據量積累到一定的閾值
3. 空閑快閃記憶體塊的剩餘數量達到一定的閾值

寫入策略

1. 全部更新

將所有的映射表，無論是新產生的還是原先就有的，全部一股腦寫入Flash中。

優點：固件實現簡單，不用去考慮哪些映射表是新的，哪些是原本就有的。

缺點：寫入數據量多，影響性能和延時，還會增加寫入放大。
  
2. 增量更新

只把新產生的映射表寫入Flash中。

優點：新增寫入的數據量少，性能好，時效高。

缺點：固件實現複雜，還得區分那麼那麼些是新增的映射表，哪些是被覆蓋的。

選擇哪種寫入決策，應根據硬體架構，結合實際情況考慮。

好了，這次先寫到這兒，祝各位生活愉快。

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編輯