FTL算法的好坏，直接决定了SSD在性能
ftl算法的好坏，直接决定了ssd在性能（performance）、可靠性（reliability）、耐用性（endurance）等方面的好坏，ftl可以说是ssd固件的核心组成。
大家天天在说ftl，也知道ftl的重要性，那么什么是ftl？ftl是flash translation layer的缩写，完成主机（或者用户，host）逻辑地址空间到闪存（flash）物理地址空间的翻译（translation），或者说是映射（mapping）。ssd每把一笔用户逻辑数据写入到闪存地址空间，便记录下该逻辑地址到物理地址的映射关系，下次主机想读取该数据，ssd根据这个映射，便能从闪存上把这笔数据读上来然后返回给用户。
完成逻辑地址空间到物理地址空间的映射，这是ftl最原始也是最基本的功能。事实上，现在ssd中的ftl，要做的事情还有很多。ssd使用的存储介质一般是nand flash。
ssd的存储介质除了flash，还有ram，还有3d xpoint等新型存储介质。如无特别说明，后面说的ssd存储介质都是指nand flash，翻译为“闪存”。
闪存有一些特性，比如：
l 闪存块（block）需先擦除才能写入，不能覆盖写（update in place）；
由于不能覆盖写，当写入一笔新的数据，不能直接在老地方直接更改（闪存不允许在一个闪存页（page）上重复写入，一次擦除只能写入一次），必须写到一个新的位置，因此，fw（firmware，固件）需要维护一张逻辑地址到物理地址的映射表；另外，往一个新的位置写入数据，会导致老位置上的数据变成无效，这些数据就是垃圾数据。垃圾数据会占用闪存空间，当闪存可用空间不够时，ftl需要做垃圾回收，即把若干个闪存块上的有效数据搬出写到某个新的闪存块，然后把这些闪存块擦除，得到可用的闪存块。这就是gc（garbage collection，垃圾回收），是ftl需要做的一件重要事情。
l 闪存块都是有一定寿命的；
每擦除一次闪存块，都会对闪存块有磨损，因此闪存块都是有寿命的，用pe（program/erase count）数衡量。我们不能集中往某几个闪存块上写数据，不然这几个块很快就会因pe耗尽而死亡，这不是我们想看到的。我们期望所有闪存块都来均摊数据的写入，而不是有些块累死，而其他块眼瞅着那些闪存块死亡而无动于衷；ftl需要做wear leveling，让数据写入均摊到每个闪存块上，即让每个块磨损都差不多，从而保证ssd具有最大的数据写入量。
l 每个闪存块读的次数也是有限的，读的太多了，上面的数据也是会出错，也就是读干扰（read disturb）的问题；
ftl需要处理读干扰问题，当某个闪存块读的次数快达到一定阈值时，ftl需要把这些数据从该闪存块上搬走，从而避免数据出错。
l 还有就是闪存的数据保持（data retention）问题;
由于电荷的流失，存储在闪存上的数据会丢失。这个时间长则十多年，短则几年甚至几月，甚至更短。（这是在常温下，如果高温的话，电荷流失速度会加快，数据保存的时间就更短了。）
如果ssd不上电，ftl对此也是毫无办法，有劲使不出呀（根本没有运行机会）。但一旦上电，ftl就需要对此做点什么，比如扫描闪存，发现是否存在数据保持问题，如果存在，则需要搬动数据，防患于未然。好的ftl，就需要有处理数据保持问题的能力。
l 闪存天生就有坏块，另外，随着ssd的使用，也会产生新的坏块；
坏块的症状是擦写失败，或者读失败（ecc不能纠正数据错误）。坏块管理也是ftl的一大任务。
l 对mlc或者tlc来说，存在lower page corruption的问题；
即在对upper page/extra page （和lower page共享存储单元的闪存页）写入时，如果发生异常掉电，也会把之前lower page上成功写入的数据破坏掉。好的ftl，应该有机制尽可能避免这个问题；
l mlc或者tlc的读写速度都不如slc，但它们都可以配成slc模式来使用。
好的ftl，会利用这个特性，去改善ssd的性能和可靠性。
上面说的这些问题是闪存的共性，对不同的闪存，还有其自身的问题。ftl除了完成基本的地址映射，还需要帮闪存擦屁股，去做垃圾回收（gc）、磨损平衡（wear leveling）、坏块管理、读干扰（read disturb）处理、数据保持（data retention）处理等事情。随着闪存质量变差，ftl除了完成上述的常规处理，还需要针对具体闪存特性，去做一些特殊处理以获得好的性能和高的可靠性。
ftl有host based和device based两种：
host based的意思是说，ftl的实现是在host（主机）端的，用的是你计算机的cpu和内存资源。
除了大名鼎鼎的fusion-io使用host based ftl，据我所知，业界还有方一信息科技、宝存、cnexlabs等公司在做host based ftl。
相反，device based的意思是说ftl是在device（设备）端实现的，用的是ssd上的控制器和ram资源。
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完成逻辑地址空间到物理地址空间的映射，这是ftl最原始也是最基本的功能。事实上，现在ssd中的ftl，要做的事情还有很多。ssd使用的存储介质一般是nand flash。
ssd的存储介质除了flash，还有ram，还有3d xpoint等新型存储介质。如无特别说明，后面说的ssd存储介质都是指nand flash，翻译为“闪存”。
闪存有一些特性，比如：
l 闪存块（block）需先擦除才能写入，不能覆盖写（update in place）；
由于不能覆盖写，当写入一笔新的数据，不能直接在老地方直接更改（闪存不允许在一个闪存页（page）上重复写入，一次擦除只能写入一次），必须写到一个新的位置，因此，fw（firmware，固件）需要维护一张逻辑地址到物理地址的映射表；另外，往一个新的位置写入数据，会导致老位置上的数据变成无效，这些数据就是垃圾数据。垃圾数据会占用闪存空间，当闪存可用空间不够时，ftl需要做垃圾回收，即把若干个闪存块上的有效数据搬出写到某个新的闪存块，然后把这些闪存块擦除，得到可用的闪存块。这就是gc（garbage collection，垃圾回收），是ftl需要做的一件重要事情。
l 闪存块都是有一定寿命的；
每擦除一次闪存块，都会对闪存块有磨损，因此闪存块都是有寿命的，用pe（program/erase count）数衡量。我们不能集中往某几个闪存块上写数据，不然这几个块很快就会因pe耗尽而死亡，这不是我们想看到的。我们期望所有闪存块都来均摊数据的写入，而不是有些块累死，而其他块眼瞅着那些闪存块死亡而无动于衷；ftl需要做wear leveling，让数据写入均摊到每个闪存块上，即让每个块磨损都差不多，从而保证ssd具有最大的数据写入量。
l 每个闪存块读的次数也是有限的，读的太多了，上面的数据也是会出错，也就是读干扰（read disturb）的问题；
ftl需要处理读干扰问题，当某个闪存块读的次数快达到一定阈值时，ftl需要把这些数据从该闪存块上搬走，从而避免数据出错。
l 还有就是闪存的数据保持（data retention）问题;
由于电荷的流失，存储在闪存上的数据会丢失。这个时间长则十多年，短则几年甚至几月，甚至更短。（这是在常温下，如果高温的话，电荷流失速度会加快，数据保存的时间就更短了。）
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