大家好，我是五月。

前言

FTL（Flash Translation Layer），即闪存转换层，是各种存储设备的核心算法，作用是将Host传下来的逻辑地址转换成物理地址，也就是映射。

可以说，地址映射是FTL最原始最基本的功能。

为什么需要映射

NAND Flash最大的问题就是不能像内存一样随意写入。

根据Flash的特性能知道，写入page之前需要先将所在的Block擦除。

按照这种准则，市面上出现的Flash根本不能使用，其一，性能会很差，瓶颈限制在块擦除上，其二，持续不断对同一Block擦除，会导致Block在短时间内磨损，很容易造成存储数据丢失。

映射的观念出来后，数据不会直愣愣的写入原来的page页/Block块，而是重新映射到新的page页/Block块中，按照这个思路引导，Flash中所有的存储空间都可以按照这种page/Block映射方式进行管理。

用户肉眼看到的，是连续的逻辑地址组成的空间，实际在Flash当中，一段数据的存储很有可能是不连续的。

映射种类

首先要知道，映射种类有仨：

1. 块映射
2. 页映射
3. 混合映射（块映射+页映射）

块映射

以Block为映射单位，一个逻辑块可以映射到任何的物理块上，所以块内每一页的偏移不变。

还需要映射表来记录逻辑块和物理块之间的映射关系。

优点：因为映射表只需要块的映射，所以映射表所占空间小。

缺点：性能差。如果用户要操作一个逻辑页的话，就需要把整个块的数据读取出来，再修改逻辑页，再写入flash当中，所以小尺寸数据写性能极差。

页映射

以page为映射粒度，一个逻辑页可以映射到任何的物理页上，所以块内每一页的偏移变化多端。

需要映射表来记录每一逻辑页与物理页之间的映射关系。

优点：用户可随时操作某一逻辑页，直接将数据写进对应物理页，方便快捷，性能极好。

缺点：由于每一逻辑页与物理页都有一张映射表，并且页的数量远远要比块的数量多得多，所以映射表所占空间极大。

用个例子就很好理解了：

假设有个256G的Flash，page大小为4KB，那么一共就有64M（256G/4KB）个page，也就是说需要64M个映射表，假设每个映射表占用4个字节，那么整个映射表大小就为64M*4 = 256M。

一般来说，整个映射表的大小不宜超过Flash容量的千分之一。

混合映射

混合映射是块映射和页映射的混合产物，外面经常说的Hybird level mapping就是说的它。

一个逻辑块可以映射到任何的物理块上，块内采用页映射方式，块内逻辑页可以映射到对应物理块内任何物理页上。

市面上大部分用的映射方式都是Hybird映射方式。

HyBird的映射操分为两级：

第一级是data_log，数据以page的维度写入log，这个log一般是SLC；

第一级是data_Block，当data_log写满后，数据会合并到data_Block中。

data_log由于数量有限，可以采用页映射的方式写入数据，data_Block容量比较大，所以采用块映射的方式写入。

所以在性能和所占空间都介于块映射和页映射之间。

以下是不同映射之间的比较：

 映射原理

Host是通过发送逻辑地址 LBA 来访问Flash的，每一个LBA大小为 1Sec。

每一个Sec大小各有不同，有512B、4KB、8KB，业内常称为一包数据，大部分情况下都是512B。

因为PC端操作磁盘的方式，都是以Sec的方式发送命令的，操作其他存储设备比如U盘，SD卡也是一样，不会改变。

写过程

Flash是以page为单位进行写的，所以Host发送的 LAB+数据并不会立马就写进入，而是会先在Dbuf缓存起来，直到凑成了1page的数据量，才会写进Flash中。

用户每写入1page数据，FTL会先去找映射，看看LBA有没有对应的映射关系，如果没有找到，就会找一个物理页吧用户数据写入，同时新建一条映射。

那么，用户逻辑地址和物理地址的一条映射就生成了。

每写入一个逻辑页，就会有一条映射表产生或者更新。

读过程

用户读取某一个区域，发送LBA进行访问时，FTL就会先在映射表池里找呀找，找到与LBA对应的映射表，FTL就知道要在Flash的哪个物理页把数据读出来了。

如果读过程没有找到映射表，那么读取过程失败。

映射表位置

DRAM

大多数存储设备都有板载DRAM，映射表就能存储在DRAM上

作用：可以快速访问映射表，快速读写

缺点：随着映射表越来越多，所占DRAM就会越来越大，提高了成本和功耗。

 Flash

后来的主流是映射表大部分被存在于Flash中，当下要用的小部分映射表存于DRAM中。

作用：降低成本和功耗，还可以避免掉电带来的映射信息损失，另外Flash空间很大，映射表想放多少放多少。

Host发送LBA的时候，FTL会先在DRAM中寻找，如果没有找到对应的映射表，就会去Flash中读取映射表，再根据映射关系操作对应的物理页。

缺点：需要读取两次Flash，一次映射表，一次用户数据，底层带宽减小了，对于随机操作来说，就显得效率低了一点。

映射表更新

随着映射表的增加、删除、覆盖，到了某个时刻就要把映射表写进Flash保存起来，避免掉电时发生大量映射表丢失。

时不时将映射表写进Flash，就算发生了突然的异常掉电，丢失的也只是小部分映关系，后面还能通过重建映射表恢复回来。

映射表的写入时刻

1. 新生的映射表数量积累到一定的阈值
2. 用户写入的数据量积累到一定的阈值
3. 空闲闪存块的剩余数量达到一定的阈值

写入策略

1. 全部更新

将所有的映射表，无论是新产生的还是原先就有的，全部一股脑写入Flash中。

优点：固件实现简单，不用去考虑哪些映射表是新的，哪些是原本就有的。

缺点：写入数据量多，影响性能和延时，还会增加写入放大。
  
2. 增量更新

只把新产生的映射表写入Flash中。

优点：新增写入的数据量少，性能好，时效高。

缺点：固件实现复杂，还得区分那么那么些是新增的映射表，哪些是被覆盖的。

选择哪种写入决策，应根据硬件架构，结合实际情况考虑。

好了，这次先写到这儿，祝各位生活愉快。