雜說快閃記憶體番外：手機為什麼越用越卡和快閃記憶體寫放大
也許你和我有一樣的感受，手機剛買時運行還比較流暢，可是過了一段時間卻越用卻卡。這是不是手機廠商的陰謀，逼迫我們升級手機呢？其實這除了和我們安裝的應用軟體越來越多，而國產app經常不請自來在後台偷偷運行有關外，另外和手機的存儲介質——快閃記憶體關係很大。
寫放大（Write Amplification）
我們前文介紹FTL
老狼：雜談快閃記憶體三：FTL
時，介紹了快閃記憶體的存儲特性。我們知道了快閃記憶體寫入是以page為單位，而擦除是以block為單位，在寫之前必須擦除。我們也知道了為了延長快閃記憶體的生命周期和壽命均衡（Wear Levelling），FTL用LBA/PBA表來映射邏輯和物理操作單位，而一般的消費級SSD和eMMC有7%的空閑塊——OP(Over Provisioning)。我們今天來看看寫放大和它對flash性能的影響。
理解寫放大，我們假設要寫入一個4KB的數據，可是一個塊里已經沒有乾淨空間了，但是有失效的數據可以擦除，所以主控就把所有的數據搬到緩存或者OP空間，然後擦除塊，再加上這個4KB新數據寫回去，這個操作就造成了寫入放大，即本來是寫4K的數據，卻造成了整個塊（512KB）的寫入操作，也就是128倍放大。當然我們前文提到LBA/PBA並不是簡單的block，而垃圾收集和Trim對寫放大都有所減緩。但隨著快閃記憶體空閑空間越來越少，主控的騰挪空間也越來越少。IBM Zurich Research Laboratory做的研究證明寫放大和空閑凈塊關係極大，如下圖：
可以看出，在空閑塊少後，寫放大可以達到3到4倍。
我們新買的SSD和手機，空空如也的數據塊讓寫性能達到最大，而隨著程序和數據越來越多，寫入性能也逐漸下降。那究竟空閑塊少到多少才會性能下降，降到什麼程度呢？
數據
根據Anandtech做的實驗數據，我們la如下圖：
橫軸是時間，縱軸是寫入IOPS。隨著時間寫入越來越多的隨機4KB數據，開始100000的IOPS在某時刻劇烈下降，最後隨著空閑乾淨塊慢慢減少，穩定到了10000IOPS，效能下降到原來的10%！
當然最終用戶使用情況沒有這麼惡劣，但數據說明寫放大對效能的影響巨大。這也是為什麼高端企業級SSD的op空間巨大的原因，Intel的SSD DC3700的op空間達到32%，這讓它有了巨大的騰挪空間，它的曲線異常平滑：
這對伺服器市場非常重要。
結論
數據表明，我們對手機存儲空間或SSD使用大於75%後，寫入性能就會因為寫放大而大大下降。現在你是不是要考慮買個更大容量的手機了？
註：隨著擦除次數增多，壞塊出現會惡化寫放大，本文不做討論。
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