固态硬盘SSD内部管理算法研究综述

巴书法

摘要：固态硬盘英文缩写SSD（Solid State Drive）是一种以闪存（NAND Flash）为存储介质的存储设备。作为SSD核心技术之一，控制器内部管理算法FTL（Flash Translation Layer）负责地址映射，坏块管理，垃圾回收，磨损均衡等关键功能，管理算法的优劣直接影响SSD的性能和寿命。近年来，随着闪存（NAND Flash）技术的不断发展，FTL的算法也在不断演进，根据映射表的特点，将其划分页（Page）映射算法、块（Block）映射算法和页块混合映射算法。根据逻辑区域划分，可分为分区映射和全区映射，同时冷热数据分类存储也成为FTL的一个重要功能。该文介绍了近年来具有代表性的研究成果，并对于各类算法的优缺点以及在适配3D NAND所遇到的问题进行综述。为进一步设计更加完善的FTL算法提供指南。

关键词：固态存储; 闪存;冷热数据;地址映射; 垃圾回收; 磨损均衡

固态硬盘（SSD）是由控制器和闪存芯片（NAND）组成，利用闪存的区块存储特点进行读写操作，其凭借多项优点，如：响应快、带宽高、功耗低、工作温宽大，抗震性强，轻便等，广泛应用于数据中心，个人电脑，工控机，汽车电子，物联网等设备。随着超过100层3D NAND闪存的量产，SSD的容量变得越来越大，其单GB成本逐年降低，配合高速的SATA/PCIe接口，其性价比日益突出，SSD替代传统机械硬盘的趋势正在加速。

FTL是 SSD控制器的核心控制算法，其主要任务是管理逻辑地址到物理地址的映射，其次它还负责分离冷热数据，垃圾回收和磨损均衡等重要功能。由于闪存的操作方式为页（Page）写入，块（Block）擦除，在未擦除之前不允许覆盖写入，所以当……