大家好，我是五月。

前言

目前絕大數存儲設備都是以閃存為存儲介質的，內部許多固件算法方案都是在為閃存服務的。

無論是什么算法，都是遵循著Flash的特性為前提的。

那閃存究竟有哪些潛規則的特性呢?

先擦后寫

閃存塊（Block）是不能覆蓋寫的，它不允許開發者在一個地方上重復寫入，必須先擦除一遍才行。

一般來說，當有一筆數據寫入的數據，都是安排寫到新的地址空間上，當你實在不清楚一個地址究竟有沒有有效數據的時候，穩妥的做法一般都是先擦除一遍再寫入。

整page寫入，整Block擦除

閃存允許最小的寫入單位就是page，最少寫入的數據量都得是1個page。

FTL算法中有一個基本操作，會把主機Host傳下來的數據湊成1page，再寫入Flash中，不足1page的，就放在Dbuf中，等待下一次數據來湊成1page，再寫入Flash中。

閃存允許擦除的基本單位是1個Block，只要發生了擦除操作，那么這一整個Block的數據都會被清除掉，所以我們一般不會輕易做整塊擦除。

解決辦法：當有一筆新數據下來的時候，會把數據放在新的物理地址上，這樣做一來是為了不輕易做擦除操作，避免失誤擦除掉了有效數據，二來也避免在同一個物理地址上做重復的擦寫，過快消耗閃存塊壽命。

寫入數據需要隨機化

我們寫的時候，如果簡單把數據寫進去，會遇到很多錯誤，有時候是寫失敗，有時候是讀出來數據不對。

這是由于閃存存儲電子的工作模式導致的，其對數據寫入的樣式特別敏感，如果不斷地寫入全0或者全1，容易導致內部電荷量不足，造成信號抗干擾性下降。

直觀的現象就是你會發現某些數據bit位發生了翻轉。

解決辦法：寫入數據前需要先將數據做隨機化處理，也就是打亂數據，使得0和1的分布均勻。

但是打亂也不是隨便打亂的，它會以某種方式進行隨機化處理寫入flash，讀取數據的時候，會先進行一次反隨機化處理，得到真實數據。

數據寫滿整個Block才會穩定

閃存還有個奇怪的特性，就是數據你必須得寫滿一整個塊，這個塊的數據才會穩定下來。

但是很多時候，我們沒有那么多數據正正好好去寫滿一整個Block。

解決辦法：為了保證寫入數據穩定，我們寫入一筆數據后，會額外寫入幾頁數據，目的就是讓寫入的那筆數據保持穩定，而額外寫入的幾頁數據，稱之為附加邏輯頁數據。

閃存塊都有一定的壽命

每一次寫和擦，都會對閃存塊造成磨損，磨損久了，閃存塊也就壞掉了。其壽命是用PE（擦寫次數）來衡量的。

在使用中，我們盡量避免集中在同一片區域上重復擦寫，不然這片區域的塊很快就磨損沒了。

解決辦法：FTL中需要做一個磨損平衡的處理，讓所有的Block都來均攤數據的寫入。

將數據分擔到其他的Block上，讓每一個Block都磨損的平均些，既可以保證閃存有最大數據寫入量，還能延長閃存的壽命。

每個閃存塊讀次數是有限的

除了有擦寫次數限制，閃存塊還有讀次數的限制，讀取的次數多了，數據便會出錯，這種現象稱之為讀干擾現象。

解決辦法：FTL算法需要做一個讀干擾處理，當某個Block的讀次數達到一定的閾值時，就把數據從該Block上搬移到新的Block上。

數據保持會丟失

閃存能存儲數據的原理就是電荷的存儲，但是電荷是流動不定的，時間一旦久了，電荷就會流失，反映出來的現象就是數據的丟失。

這個時間不好說，長則十多年，短則幾年，幾個月，甚至更短。

如果是在高溫的環境下，電荷流失的速度會更快。

解決辦法：FTL算法需要做一個掃描處理，去發現是否有數據保持丟失的問題，如果發現了，立馬將數據搬移到新的位置，未雨綢繆。

壞塊產生不可避免

閃存出現壞塊這是無法避免的，有的是出廠的時候就有的壞塊，有的是閃存在使用中產生的壞塊。

壞塊的癥狀就是擦除失敗，或者寫失敗，或者讀失敗（ECC糾錯糾不過來）。

解決辦法：FTL算法需要做一個壞塊管理的處理，對壞塊打上壞塊標記，在使用的時候就不要用這些壞塊了，挑好的Block用。

對于MLC或TLC而言，存在下頁損壞問題

對于MLC，一個worlLine存在Upper page和Lower page；

對于TLC，一個worlLine存在Upper page、Extra page和Lower page；

在寫入時，如果發生意外，比如異常掉電這些，Lower page上成功寫入的數據會被破壞掉。

解決辦法：一個辦法是在電路上加上電容，一旦發生異常掉電，讓電容開始放電，在這段時間將數據保存起來，并且開啟正常掉電流程。

還有一個辦法是在FTL算法中需要做一個掉電恢復的處理，通過重建映射表將丟失的數據恢復回來。

一般無論有沒有電容，FTL中都會帶有一個異常掉電處理模塊。

小結

閃存存在這么多的毛病，但是依舊抵擋不住各大存儲領域的企業入局去研究其毛病，畢竟，一切方案，都是以特性未前提的，先明白了特性，才能有解決方案。

好了，這次先寫到這兒，祝各位生活愉快。