前言
不知道你有沒有發(fā)現(xiàn)，每當買回來一塊U盤，插入電腦發(fā)現(xiàn)永遠比所標的容量小。
到底是誰偷走了我的容量？
真兇就是預(yù)留空間（Over Provisioning），簡稱OP。
預(yù)留空間OP是什么
了解內(nèi)存開發(fā)的都會知道，一塊Flash中能用的空間并不會全部用來做用戶空間。
還有一部分空間會被用來做預(yù)留空間，用以做一些中間搬運的操作。
所謂用戶空間，就是內(nèi)存容量，也就是主機端能看到的存儲容量。 預(yù)留空間，用戶是看不到的，屬于FTL層，用來做一些中間寫操作。
我們假設(shè)一個Flash只有一個通道，那么肯定就只有一個Die，該Die有5個Block塊（Block0~Block4），每個Block中有9個小方塊，代表著9個page（后面說的Flash，也是用的這個假設(shè)容量）。
其中有多少用作預(yù)留空間是固件決定的事情，屬于FTL層。
我們假設(shè)固件設(shè)置這Flash的前4Block為用戶容量，那么另外1個Block就是用戶容量之外的預(yù)留空間。
?預(yù)留空間的種類
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本征預(yù)留空間OP1
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標稱預(yù)留空間OP2
本征預(yù)留空間
市場上SSD標稱的容量1K是按照1000來計算的，但是NAND閃存的容量中1K是按照1024計算的。
假設(shè)現(xiàn)在買到手一個1G的U盤，我們簡單列個式子計算一下：
市場SSD標稱： 1GB = 1000MB = 10001000KB = 10001000*1000Byte = 10^9Byte(1,000,000,000Byte)。
NAND閃存： 1GB = 1024MB = 10241024KB = 10241024*1024Byte =2^30Byte(1,073,741,824Byte)。
這兩個計算方式之間正好相差7.37%。所以說該U盤的本征預(yù)留空間就有7.37%。
標稱預(yù)留空間
標稱OP是由于固件需要提升性能要求而故意預(yù)留出來的空間，大小由FTL來決定。
這個部分預(yù)留空間主要用于垃圾回收GC，暫存有效數(shù)據(jù)。
標稱預(yù)留空間OP=（Flash總?cè)萘?用戶空間）/用戶空間。
預(yù)留空間的用途
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更新數(shù)據(jù)
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提供額外的空間暫存有效數(shù)據(jù)，為垃圾回收做準備
更新數(shù)據(jù)
假設(shè)往不斷地往Flash中寫數(shù)據(jù)，忽然某些邏輯地址的數(shù)據(jù)用戶不想要了，想要更新新的數(shù)據(jù)進入。
由于Flash的特性是不能覆蓋寫的，寫之前還必須進行整個Block的擦除。
為了避免擦除掉Block中有用的數(shù)據(jù)，用戶更新數(shù)據(jù)，固件只能另外找空間寫入新的數(shù)據(jù)，那原來的地址中數(shù)據(jù)就沒用了，成立垃圾。
而這個另外找的空間，一般找的就是預(yù)留空間。
同時假設(shè)用戶要在Block0上更新新數(shù)據(jù)，地址為Page0，數(shù)據(jù)量為1page時，固件會把新寫入的page數(shù)據(jù)寫到預(yù)留空間中。
這時候，預(yù)留空間Block4的page0就是Block0的page0的有效數(shù)據(jù)了。
而Block0中原來的page0的數(shù)據(jù)也就失效了，過期了，變成垃圾了。
隨著更新的數(shù)據(jù)越來越多，垃圾數(shù)據(jù)也就越來越多了。
提供額外的空間暫存有效數(shù)據(jù)，為垃圾回收做準備
隨著數(shù)據(jù)不斷寫入，用戶空間被不斷填充，直到整個盤被寫滿了。
從主機端看也就是整個用戶空間被寫滿了，但是由于預(yù)留空間的存在，其實整個Flash并沒有被寫滿。
但是按著這么寫下去，總有一天用戶空間被寫滿，預(yù)留空間也會被寫滿。
這時候如果還想寫入更多呢？
沒辦法，只能將不想要的垃圾數(shù)據(jù)刪除掉，騰出空間來，也就是做垃圾回收。
實際中不會等到所有的內(nèi)存空間都寫滿了才做垃圾回收，而是在寫滿之前就在做回收了。
為了避免擦除Block的時候?qū)⑵渲械哪承┯行?shù)據(jù)被刪掉了，會先將Block上的有效數(shù)據(jù)讀出來，寫到一個新的Block上。
如下圖，假設(shè)Block 0的有效數(shù)據(jù)為A、B、C，Block 1的有效數(shù)據(jù)為D、E、F；
垃圾回收就是找一個新的Block 4，將Block 0和Block 1的有效數(shù)據(jù)搬移到Block 4上。
這樣Block 0和Block 0上就沒有任何有效數(shù)據(jù)了.
?Blcok 0和Block 1可以隨時擦除，變成兩個可用的Block塊。
?
?當然也有些廠商的FTL方案中，這個新的Block不一定從預(yù)留空間中找，也會在用戶空間中找。
?
?需要注意的是，在做完垃圾回收之后，需要把有效數(shù)據(jù)寫回新擦除的Block中，這些Block剩下的空間，就能繼續(xù)寫入新的數(shù)據(jù)了。
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預(yù)留空間的好處
犧牲了那么多本該數(shù)據(jù)用戶空間的容量來做預(yù)留空間，自然是有好處的。
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提高寫入性能
由于有預(yù)留空間的存在，寫入數(shù)據(jù)時并不需要經(jīng)常做垃圾回收，加快了寫入速度。
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降低寫放大WA
寫放大的計算方法：WA = 寫入閃存的數(shù)據(jù)量/用戶寫入的數(shù)據(jù)量
OP越大，寫入Flash的有效數(shù)據(jù)就越少，WA自然就降低了。
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增加閃存使用壽命
OP越大，可供的額外空間越多，就不用只盯著那幾個Block去做擦讀寫，減少了某些Block頻繁的擦讀寫次數(shù)和數(shù)據(jù)搬遷，增加使用壽命。
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數(shù)據(jù)保護主要提供ECC之外的數(shù)據(jù)保護
這個幾乎很少用到，這里就不討論這個了。
寫在最后
我記得曾經(jīng)有人說過，思想和行動的區(qū)別在于：
想談戀愛卻高呼自由可貴，想進大廠卻不想工作，想當大牛卻不想學(xué)習(xí)，每個人都知道明天必須披荊斬棘的活下去，卻依舊渾渾噩噩的度過今天。
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