由于GC的存在，就有一個(gè)問(wèn)題，用戶要寫(xiě)入一定的數(shù)據(jù)，SSD為了騰出空間寫(xiě)這些數(shù)據(jù)，需要額外的做一些數(shù)據(jù)的搬移，也就是額外的寫(xiě)，最后導(dǎo)致的后果往往就是SSD往閃存中寫(xiě)入的數(shù)據(jù)量比實(shí)際用戶寫(xiě)入SSD的數(shù)據(jù)量多。因此，我們SSD中有個(gè)重要參數(shù)，就是寫(xiě)放大(WA, Write Amplification)：

對(duì)空盤(pán)來(lái)說(shuō)（未觸發(fā)GC），寫(xiě)放大一般為1，即用戶寫(xiě)入多少數(shù)據(jù)，SSD寫(xiě)入閃存也是多少數(shù)據(jù)量（這里忽略SSD內(nèi)部數(shù)據(jù)的寫(xiě)，如映射表的寫(xiě)入）。在SandForce控制器出來(lái)之前，寫(xiě)放大最小值為1。但是由于SandForce控制器內(nèi)部具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)壓縮模塊，它能對(duì)用戶寫(xiě)入的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)壓縮，然后再把它們寫(xiě)入到閃存，因此WA可以做到小于1。舉個(gè)例子，用戶寫(xiě)入8KB數(shù)據(jù)，經(jīng)壓縮后，數(shù)據(jù)變?yōu)?KB，如果這個(gè)時(shí)候還沒(méi)有垃圾回收，那么寫(xiě)放大就只有0.5。

一說(shuō)到SandForce的主控，過(guò)去好多年了，我對(duì)她的愛(ài)還是沒(méi)有減弱，女神一般的存在呀。。。

來(lái)看看GC觸發(fā)后，WA是怎么算的。以前面GC為例，我們挑選每個(gè)Die上的Block 0做垃圾回收：

一共36個(gè)方塊，其中有12個(gè)有效數(shù)據(jù)塊，我們做完垃圾回收后，需把這12個(gè)有效數(shù)據(jù)塊寫(xiě)回：

后面還可以寫(xiě)入24個(gè)方塊的用戶數(shù)據(jù)。因此，為了寫(xiě)這24個(gè)方塊的用戶數(shù)據(jù)，SSD實(shí)際寫(xiě)了12個(gè)方塊的原有效數(shù)據(jù)，再加上該24個(gè)方塊的用戶數(shù)據(jù)，總共寫(xiě)入36個(gè)方塊數(shù)據(jù)，按照寫(xiě)放大定義：WA= 36/24 = 1.5 。

寫(xiě)放大越大，意味著額外寫(xiě)入閃存的數(shù)據(jù)越多，一方面磨損閃存，減少SSD壽命，另一方面，寫(xiě)入這些額外數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)占用底層閃存帶寬，影響SSD性能。因此，SSD設(shè)計(jì)的一個(gè)目標(biāo)不是沒(méi)有蛀牙，而是讓W(xué)A盡量小。減小寫(xiě)放大，可以使用前面提到的壓縮辦法（主控決定），順序?qū)懸部梢詼p小寫(xiě)放大（垃圾集中，但順序?qū)懣捎霾豢汕螅Q于用戶workload），還有就是增大OP （這個(gè)可控）。

增大OP怎么就能減小寫(xiě)放大？ 先定義OP比例=（閃存空間-用戶空間）/用戶空間。

還是以前面SSD空間為例，SSD容量是180個(gè)小方塊，當(dāng)OP是36個(gè)小方塊時(shí)，整個(gè)SSD閃存空間為216個(gè)小方塊，OP比例是36/180= 20%。那么180個(gè)小方塊的用戶數(shù)據(jù)平均分?jǐn)偟?16個(gè)小方塊時(shí)，每個(gè)小方塊的平均有效數(shù)據(jù)為180/216 = 0.83，一個(gè)閃存塊上的有效數(shù)據(jù)為0.83*9 = 7.5，也就是一個(gè)閃存塊上面平均有7.5個(gè)小綠塊和1.5個(gè)小紅塊。為了寫(xiě)1.5個(gè)用戶數(shù)據(jù)方塊，需要寫(xiě)9個(gè)方塊的數(shù)據(jù)（原有7.5個(gè)有效數(shù)據(jù)，加1.5個(gè)用戶數(shù)據(jù)），寫(xiě)放大是9/1.5 = 6。

如果整個(gè)SSD閃存空間不變，還是216個(gè)小方塊，調(diào)整OP比例至72個(gè)小方塊 （犧牲用戶空間，OP比例50%），因此，SSD容量就變成144個(gè)小方塊。144個(gè)小方塊的用戶數(shù)據(jù)平均分?jǐn)偟?16個(gè)小方塊時(shí)，每個(gè)小方塊的平均有效數(shù)據(jù)為144/216 = 0.67，一個(gè)閃存塊上的有效數(shù)據(jù)為0.67*9 = 6，也就是一個(gè)閃存塊上面平均有6個(gè)小綠塊和3個(gè)小紅塊。為了寫(xiě)3個(gè)用戶數(shù)據(jù)方塊，需要寫(xiě)9個(gè)方塊的數(shù)據(jù)（原有6個(gè)有效數(shù)據(jù)，加3個(gè)用戶數(shù)據(jù)），寫(xiě)放大是9/3 = 3。

從中看出，OP越大，寫(xiě)放大越小。很好理解，OP越大，每個(gè)閃存塊有效數(shù)據(jù)越少，垃圾越多，因此需要重寫(xiě)更少的數(shù)據(jù)，因此寫(xiě)放大越小。同時(shí)，由于GC需要重寫(xiě)的數(shù)據(jù)越少，SSD滿盤(pán)寫(xiě)性能也越好。

當(dāng)然，上面說(shuō)的都是最壞情況（垃圾數(shù)據(jù)平均分?jǐn)偟矫總€(gè)閃存塊上）。現(xiàn)實(shí)是，垃圾數(shù)據(jù)更多時(shí)候并不是平均分配到每個(gè)閃存塊上去，有些塊上的垃圾多，有些塊上的垃圾少，實(shí)際GC挑選閃存塊，是挑垃圾多的，因此，實(shí)際寫(xiě)放大是小于前面的計(jì)算值的。

OP大小和寫(xiě)放大以及SSD耐寫(xiě)度的關(guān)系見(jiàn)圖：

圖1-1 OP大小對(duì)寫(xiě)放大和耐寫(xiě)度的影響

總結(jié)一下：

WA越小越好，因?yàn)樵叫∫馕吨鴮?duì)閃存損耗越小，可以給閃存延年益壽，從而支持更多的用戶數(shù)據(jù)寫(xiě)入量；OP越大越好，OP越大，意味著寫(xiě)放大越小，意味著SSD寫(xiě)性能越好。

影響寫(xiě)放大的因素主要有：

OP: 我們已經(jīng)看到，OP越大，WA越小；

用戶寫(xiě)入的數(shù)據(jù)Pattern：如前面看到的，如果用戶都是順序?qū)懭耄珿C做的量就少（極好情況下是整個(gè)閃存塊都是無(wú)效數(shù)據(jù)，只需擦除無(wú)需數(shù)據(jù)搬移），寫(xiě)放大小；

GC策略：在挑選源閃存塊的時(shí)候，如果不是挑選有效數(shù)據(jù)最少（垃圾數(shù)據(jù)越多）的塊作為源閃存塊，就會(huì)增加寫(xiě)放大；另外，控制后臺(tái)GC產(chǎn)生空閑閃存塊的數(shù)量，也能減小寫(xiě)放大；

磨損平衡：為平衡每個(gè)閃存塊的擦除次數(shù)，需要數(shù)據(jù)的搬移；

Read disturb和Data Retention handling：數(shù)據(jù)搬移增加寫(xiě)放大；

主控：帶壓縮和不帶壓縮的控制器肯定會(huì)影響寫(xiě)放大；

Trim：有沒(méi)有Trim，對(duì)寫(xiě)放大影響很大，后面Trim章節(jié)會(huì)介紹。