SSD中有个重要参数，就是写放大

由于GC的存在，就有一个问题，用户要写入一定的数据，SSD为了腾出空间写这些数据，需要额外的做一些数据的搬移，也就是额外的写，最后导致的后果往往就是SSD往闪存中写入的数据量比实际用户写入SSD的数据量多。因此，我们SSD中有个重要参数，就是写放大(WA, Write Amplification)：

对空盘来说（未触发GC），写放大一般为1，即用户写入多少数据，SSD写入闪存也是多少数据量（这里忽略SSD内部数据的写，如映射表的写入）。在SandForce控制器出来之前，写放大最小值为1。但是由于SandForce控制器内部具有实时数据压缩模块，它能对用户写入的数据进行实时压缩，然后再把它们写入到闪存，因此WA可以做到小于1。举个例子，用户写入8KB数据，经压缩后，数据变为4KB，如果这个时候还没有垃圾回收，那么写放大就只有0.5。

一说到SandForce的主控，过去好多年了，我对她的爱还是没有减弱，女神一般的存在呀。。。

来看看GC触发后，WA是怎么算的。以前面GC为例，我们挑选每个Die上的Block 0做垃圾回收：

一共36个方块，其中有12个有效数据块，我们做完垃圾回收后，需把这12个有效数据块写回：

后面还可以写入24个方块的用户数据。因此，为了写这24个方块的用户数据，SSD实际写了12个方块的原有效数据，再加上该24个方块的用户数据，总共写入36个方块数据，按照写放大定义：WA= 36/24 = 1.5 。

写放大越大，意味着额外写入闪存的数据越多，一方面磨损闪存，减少SSD寿命，另一方面，写入这些额外数据时会占用底层闪存带宽，影响SSD性能。因此，SSD设计的一个目标不是没有蛀牙，而是让WA尽量小。减小写放大，可以使用前面提到的压缩办法（主控决定），顺序写也可以减小写放大（垃圾集中，但顺序写可遇不可求，取决于用户workload），还有就是增大OP （这个可控）。

增大OP怎么就能减小写放大？ 先定义OP比例=（闪存空间-用户空间）/用户空间。

还是以前面SSD空间为例，SSD容量是180个小方块，当OP是36个小方块时，整个SSD闪存空间为216个小方块，OP比例是36/180= 20%。那么180个小方块的用户数据平均分摊到216个小方块时，每个小方块的平均有效数据为180/216 = 0.83，一个闪存块上的有效数据为0.83*9 = 7.5，也就是一个闪存块上面平均有7.5个小绿块和1.5个小红块。为了写1.5个用户数据方块，需要写9个方块的数据（原有7.5个有效数据，加1.5个用户数据），写放大是9/1.5 = 6。

如果整个SSD闪存空间不变，还是216个小方块，调整OP比例至72个小方块 （牺牲用户空间，OP比例50%），因此，SSD容量就变成144个小方块。144个小方块的用户数据平均分摊到216个小方块时，每个小方块的平均有效数据为144/216 = 0.67，一个闪存块上的有效数据为0.67*9 = 6，也就是一个闪存块上面平均有6个小绿块和3个小红块。为了写3个用户数据方块，需要写9个方块的数据（原有6个有效数据，加3个用户数据），写放大是9/3 = 3。

从中看出，OP越大，写放大越小。很好理解，OP越大，每个闪存块有效数据越少，垃圾越多，因此需要重写更少的数据，因此写放大越小。同时，由于GC需要重写的数据越少，SSD满盘写性能也越好。

当然，上面说的都是最坏情况（垃圾数据平均分摊到每个闪存块上）。现实是，垃圾数据更多时候并不是平均分配到每个闪存块上去，有些块上的垃圾多，有些块上的垃圾少，实际GC挑选闪存块，是挑垃圾多的，因此，实际写放大是小于前面的计算值的。

OP大小和写放大以及SSD耐写度的关系见图：

图1-1 OP大小对写放大和耐写度的影响

总结一下：

WA越小越好，因为越小意味着对闪存损耗越小，可以给闪存延年益寿，从而支持更多的用户数据写入量；OP越大越好，OP越大，意味着写放大越小，意味着SSD写性能越好。

影响写放大的因素主要有：

OP: 我们已经看到，OP越大，WA越小；

用户写入的数据Pattern：如前面看到的，如果用户都是顺序写入，GC做的量就少（极好情况下是整个闪存块都是无效数据，只需擦除无需数据搬移），写放大小；

GC策略：在挑选源闪存块的时候，如果不是挑选有效数据最少（垃圾数据越多）的块作为源闪存块，就会增加写放大；另外，控制后台GC产生空闲闪存块的数量，也能减小写放大；

磨损平衡：为平衡每个闪存块的擦除次数，需要数据的搬移；

Read disturb和Data Retention handling：数据搬移增加写放大；

主控：带压缩和不带压缩的控制器肯定会影响写放大；

Trim：有没有Trim，对写放大影响很大，后面Trim章节会介绍。