由于GC的存在，就有一個問題，用戶要寫入一定的數(shù)據(jù)，SSD為了騰出空間寫這些數(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，最后導(dǎo)致的后果往往就是SSD往閃存中寫入的數(shù)據(jù)量比實際用戶寫入SSD的數(shù)據(jù)量多。因此，我們SSD中有個重要參數(shù)，就是寫放大(WA, Write Amplification)：

對空盤來說（未觸發(fā)GC），寫放大一般為1，即用戶寫入多少數(shù)據(jù)，SSD寫入閃存也是多少數(shù)據(jù)量（這里忽略SSD內(nèi)部數(shù)據(jù)的寫，如映射表的寫入）。在SandForce控制器出來之前，寫放大最小值為1。但是由于SandForce控制器內(nèi)部具有實時數(shù)據(jù)壓縮模塊，它能對用戶寫入的數(shù)據(jù)進行實時壓縮，然后再把它們寫入到閃存，因此WA可以做到小于1。舉個例子，用戶寫入8KB數(shù)據(jù)，經(jīng)壓縮后，數(shù)據(jù)變?yōu)?KB，如果這個時候還沒有垃圾回收，那么寫放大就只有0.5。

一說到SandForce的主控，過去好多年了，我對她的愛還是沒有減弱，女神一般的存在呀。。。

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

一共36個方塊，其中有12個有效數(shù)據(jù)塊，我們做完垃圾回收后，需把這12個有效數(shù)據(jù)塊寫回：

后面還可以寫入24個方塊的用戶數(shù)據(jù)。因此，為了寫這24個方塊的用戶數(shù)據(jù)，SSD實際寫了12個方塊的原有效數(shù)據(jù)，再加上該24個方塊的用戶數(shù)據(jù)，總共寫入36個方塊數(shù)據(jù)，按照寫放大定義：WA= 36/24 = 1.5 。

寫放大越大，意味著額外寫入閃存的數(shù)據(jù)越多，一方面磨損閃存，減少SSD壽命，另一方面，寫入這些額外數(shù)據(jù)時會占用底層閃存帶寬，影響SSD性能。因此，SSD設(shè)計的一個目標不是沒有蛀牙，而是讓W(xué)A盡量小。減小寫放大，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 （這個可控）。

增大OP怎么就能減小寫放大？ 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個小方塊，當(dāng)OP是36個小方塊時，整個SSD閃存空間為216個小方塊，OP比例是36/180= 20%。那么180個小方塊的用戶數(shù)據(jù)平均分攤到216個小方塊時，每個小方塊的平均有效數(shù)據(jù)為180/216 = 0.83，一個閃存塊上的有效數(shù)據(jù)為0.83*9 = 7.5，也就是一個閃存塊上面平均有7.5個小綠塊和1.5個小紅塊。為了寫1.5個用戶數(shù)據(jù)方塊，需要寫9個方塊的數(shù)據(jù)（原有7.5個有效數(shù)據(jù)，加1.5個用戶數(shù)據(jù)），寫放大是9/1.5 = 6。

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

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

當(dāng)然，上面說的都是最壞情況（垃圾數(shù)據(jù)平均分攤到每個閃存塊上）。現(xiàn)實是，垃圾數(shù)據(jù)更多時候并不是平均分配到每個閃存塊上去，有些塊上的垃圾多，有些塊上的垃圾少，實際GC挑選閃存塊，是挑垃圾多的，因此，實際寫放大是小于前面的計算值的。

OP大小和寫放大以及SSD耐寫度的關(guān)系見圖：

圖1-1 OP大小對寫放大和耐寫度的影響

總結(jié)一下：

WA越小越好，因為越小意味著對閃存損耗越小，可以給閃存延年益壽，從而支持更多的用戶數(shù)據(jù)寫入量；OP越大越好，OP越大，意味著寫放大越小，意味著SSD寫性能越好。

影響寫放大的因素主要有：

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（極好情況下是整個閃存塊都是無效數(shù)據(jù)，只需擦除無需數(shù)據(jù)搬移），寫放大小；

GC策略：在挑選源閃存塊的時候，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，就會增加寫放大；另外，控制后臺GC產(chǎn)生空閑閃存塊的數(shù)量，也能減小寫放大；

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

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

主控：帶壓縮和不帶壓縮的控制器肯定會影響寫放大；

Trim：有沒有Trim，對寫放大影響很大，后面Trim章節(jié)會介紹。