SSD之GC的相关介绍

什么是GC?  什么时候做GC?   做GC的实现流程？

GC（垃圾回收）：

GC（垃圾回收），就是把某个闪存块上的有效数据读出来，重写，然后把闪存块擦除，就得到新的可用的闪存块了。

“SSD越写越慢”，其实这是有科学依据的：可用闪存空间富裕时，SSD是无须做GC的，因为总有空闲的空间可写。SSD使用早期，由于没有触发GC, 无须额外的读写，所以速度很快。慢慢的会发现SSD变慢了，主要是因为SSD需要做GC。

GC（垃圾回收）时机：

常见的两种SSD自己内部控制的垃圾回收时机：Foreground GC（前台垃圾回收）、Background GC（后台垃圾回收）。

Foreground GC（前台垃圾回收）——当用户写入数时，如果可用的闪存块小于一定阈值，这时就需要做GC，以腾出空间给用户写。这是被动方式，它是由于SSD没有多少可用的闪存块时，才去做的GC。

Background GC（后台垃圾回收）——它是在SSD空闲（idle）时，SSD主动去做的GC，这样用户写入的时候就有充裕的可用的闪存块，不需要临时做Foreground GC，从而改善用户写入性能。（由于功耗考虑，idle时不做Background GC而进入省电模式）

除了SSD本身，有些SSD还支持主机控制其做GC。主机管理SSD的功能即HMS（Host Managed SSD）技术。HMS就是主机通过应用软件获取SSD的运行状态，然后控制SSD的一些行为。使用者可以通过HMS软件在SSD空闲时让其执行GC任务。

GC(垃圾回收)实现：

简单分为三步：

1）挑选源闪存块；

2）从源闪存块中找有效数据；

3）把有效数据写入到目标闪存块中；

第一步挑选源闪存块，一个常见的算法就是挑选有效数据最小的块，这样需要重写的有效数据就越少，回收一个块的代价也最小。

如何找到有效数据最小的那个块呢？

这需要FW在写用户数据时做一些额外的工作，即记录和维护每个闪存块的有效数据量。用户每往一个新的块上写入一笔用户数据，该闪存块上的有效数据就加1。同时还需要要找到这笔数据之前所在的块（如果之前该笔数据曾写入过），由于该笔数据写入到新的块，那么在原闪存块上的数据就变无效了，因此原闪存块上的有效数据量就应该减1.

 

第二步就是把有效数据从源闪存块读出来。如何知道哪些数据是有效的，哪些又是无效的呢？

如果FW不仅仅只更新和维护闪存块的有效数据量（第一步），还给闪存块一个Bitmap表，标识哪个物理页是否有效，那么在做GC的时候FW只需要根据Bitmap表的信息，把有效数据读出，然后重写即可。

具体做法即FW把一笔逻辑页写入到某个闪存块时，该闪存块上对应位置的Bit就置1。一个闪存块上新增一笔有效数据，就意味着该笔数据所在的前一个闪存块上数据变成无效，因此需要把前一个闪存块对应的位置的Bit清0。

由于有了闪存块上有效数据的Bitmap，在做GC的时候，FW就能准确定位到有效数据并读出。

 

当有效数据读出来时，最后一步就是重写，即把读出来的有效数据写入闪存。