详解SSD之垃圾回收GC

当在操作系统（例如 Windows）中删除文件时，操作系统只是在其内部文件表中做标记表示该文件已删除。由于NAND 闪存设备不能覆盖现有数据，所以在固态硬盘SSD上，当前无效的数据仍然保留在硬盘上。
这样的话就会产生大量的失效数据，也称为数据垃圾。为了提升SSD的利用效率，这时候就该“垃圾回收”（Garbage Collection, 下文全部简称GC)出手了。

那什么是GC呢？别着急，听在下细细道来~~~

GC过程简单来讲就是：
固态硬盘控制器会先复制所有有效数据（仍在使用中的数据）并将其写入不同数据区的空白页、擦除当前数据区中的所有数据单元，然后开始将新数据写入刚刚擦除过的数据区。

冬天到了，我举个栗子（如下图）：1. 假设SSD中有两个空的（erased）的Block X和Block Y, 每个Block有12个Pages;
2. 首先在Block X中写入4个Pages(A, B, C, D);
3. 接着再向Block X中写入新的4个pages(E, F, G, H), 同时写入PageA-D的更新数据（A', B', C', D'), 这是PageA-D变为失效数据（invalid）;
4. 为了向PageA-D的位置写入数据，需要将E, F, G, H, A', B', C', D' 8个pages先搬到Block Y中, 之后再把Block X erase掉，这个过程就为GC。

在更新的操作系统中，例如Windows 7/Windows Server 2008 R2/Linux 2.6.33/FreeBSD 8.2/Open Solaris/Mac OS X Lion，它们都加入对Trim指令的支持（关于Trim, 详见本公众号历史文章“SSD为什么需要Trim？”）。即操作系统通知固态硬盘特定文件已删除，这样固态硬盘能够更好地管理 GC 过程以便恢复之前的空间，并防止保存和移动所有无效数据。

通过上面的介绍，想必聪明的你应该就知道GC是怎么回事咯。

不过，由于GC的过程增加了数据的读写过程，势必会对SSD的performance的产生一定的影响，所以GC发生的条件与触发点很关键。

GC触发条件大致有3点：
1. Spare Block太少，
2. Wear leveling，
3. 处理ECC错误Block,

GC触发情形主要有两种：
1. Idle clean. 在状态处于Idle时，SSD会启动Background Clean, 也称为Idle clean, 这样可以不影响SSD正常工作时的performance；

2. Write flow clean. write过程中，在将write推入write FIFO之前，判断是否要做clean.

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