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今天继续分享FTL的另一项功能：磨损平衡。

我们知道nand flash的擦写次数是有限的，从SLC十几万的擦写次数，到MLC几千的擦写次数，然后到TLC的一两千次甚至几百次擦写次数，随着闪存工艺不断向前推，闪存的寿命越来越短，而我们在平时的操作中，有可能某个block经常被擦，而有的block则使用的次数很少，所以要有一个机制来确保最好每个block的擦除次数的均衡的，这个机制就是磨损平衡。

在介绍磨损平衡之前，先说几个概念：冷数据（Cold Data）和热数据（Hot Data），年老的（Old）块和年轻的（Young）块。所谓冷数据，就是用户不经常更新的数据，比如用户写入SSD的操作系统数据、只读文件数据等；相反，热数据就是用户更新频繁的数据。数据的频繁更新，会在SSD内部产生很多垃圾数据（新的数据写入导致老数据失效）。所谓年老的块，就是擦写次数比较多的闪存块；擦写次数比较少的闪存块，年纪相对小，我们叫它年轻的块。SSD很容易区分年老的块和年轻的块，看它们的EC（Erase Count，擦除次数）就可以了，大的就是老的，小的就是年轻的。

SSD一般有动态磨损平衡（Dynamic WL）和静态磨损平衡（Static WL）两种算法。动态磨损平衡算法的基本思想是把热数据写到年轻的块上，即在拿一个新的闪存块用来写的时候，挑选擦写次数小的；静态磨损平衡算法基本思想是把冷数据写到年老的块上，即把冷数据搬到擦写次数比较多的闪存块上。

动态磨损平衡机制好理解：在写入新数据时（这时并不知道到新数据是冷数据还是热数据），直接挑选年轻力壮的闪存块，这样就避免了一直往年长的闪存块上写入数据，闪存块的擦写次数能保持一个比较均衡的值。静态磨损平衡怎么理解呢？由于数据在写入时SSD不知道哪些数据是冷数据，哪些数据是热数据，要经过一段时间的使用才能判断出来，举个极端的例子，如果有10个闪存块在第一次写入数据之后再也没有动过，也就是存的冷数据，那这10个闪存块在磨损的角度来看就是很年轻的块，它还可以擦写很多次，所以为了不浪费这些闪存块的擦写次数能力，SSD在后台将这里面的冷数据移动到年老的闪存块里，同时还降低了这些年老闪存块继续被擦的发生几率，所以不仅要有写入时的动态磨损平衡机制，还需要后台的静态静态磨损平衡机制。

固件具体做静态磨损平衡的时候，一般使用GC机制来做，只不过它挑选源闪存块时，不是挑选有效数据最小的闪存块，而是挑选冷数据所在的闪存块。其他和GC差不多，即读取源闪存块上的有效数据，然后把它写到擦写次数相对大的闪存块上去。

磨损平衡机制有可能会导致冷数据和热数据混在一个闪存块上，在做GC的时候，由于冷数据掺杂其中（冷数据由于不经常被用户更改，这些数据往往是有效数据），这些冷数据就可能经常地从一个闪存块搬到另外一个闪存块，然后从另外一个闪存块再搬到别的闪存块上去，长此以往，引入了不少额外的写，导致写放大增大。为了解决此问题，通常做静态磨损平衡的时候，用专门的闪存块来放冷数据，即不与用户或者GC写入同一个闪存块。这样冷数据就单独写在某些闪存块上，它们一般不会挑选为GC的源闪存块，也就避免了这些冷数据的频繁搬移。它只有在下一次需要做静态磨损平衡的时候，才会从一个闪存块搬到另外一个闪存块。

不同的SSD有不同的静态磨损平衡做法。如果不在乎写放大（EC预算够大，不差钱），也不在乎冷数据搬移导致的性能下降，那么冷热数据混在一起就一起，毕竟实现简单（不需要另外管理静态磨损平衡的闪存块）；相反，如果对写放大比较敏感的话，那么最好还是冷热数据分开。

文章参考自《深入浅出SSD：固态存储核心技术、原理与实战SSDFans》。