荷兰阿姆斯特丹的一个码农Emmanuel Goossaert写了一系列文章，介绍程序员为SSD编程的秘籍。也有中文翻译，本文介绍其中的要点总结。
基础
1. 存储介质
SSD的基础是NAND Flash芯片，一个物理单元（cell）里面可以放1个，2个，3个bits数据，分别叫做SLC(single level cell, SLC)，MLC(multiple level cell, MLC)，TLC(triple-level cell, TLC)。它们的特性如下图：
2. 写的次数有寿命限制
NAND Flash里面分为很多个块（Block），必须先擦除才能写。而每个块的擦写次数（P/E cycles (Program/Erase)）是有限的，根据质量，从几万次到几千次不等。如上图所示。
3. 性能评测难啊
SSD在不同条件下评测结果都不一样，所以要参考多家评测机构的结果。比如空盘的读写和满盘不一样，随机和顺序读写不一样，用个几个月又不一样。对于有Cache的SSD，读之前写的数据量大小也会影响后面性能。最好在自己未来要用的环境中来个最常应用的实测。
块和页的用法
4. NAND Flash的块（Block）和页（Page）
Block是存储单元组成的矩阵，里面有很多个Page。Page大小有2KB，4KB，8KB，16KB，Block中Page个数有128,256,512等，所以Block大小从256KB到8MB不等。Page是读写的基本单位，就是读写一次至少要有一个Page，而不是像内存一样操作1个Byte。写之前必须擦除旧的数据，擦的单位必须是一个Block。所以要写个Page，要把整个Block擦掉，意味着写之前要保证Block没有有效数据了。
5. 读数据最小单位是页
6. 写数据最小单位是页
7. 页不能重写
页写了一次之后里面的物理状态就固定了，不能重写也不能改写，必须把所在的块擦掉之后再写。如果重写的话，一般的结果就是旧的和新的数据都没了。
8. 擦除（Erase）最小单位是块
下图显示了写的一个流程。
- 块1000有4个页，写了x,y,z,x‘ ,所以x被x‘重写了，就作废了。
- 有效的是x‘,y,z,要继续用块1000，只能把这3个有效的页搬走，写到块2000，这样块1000就空了，可以擦掉继续写。有效的数据也没有丢失。
SSD控制器的奥秘
9. 地址转换层
地址转换层叫做FTL（Flash Translation Layer），就是把操作系统发下来的逻辑页地址转换为NAND Flash内部的物理页地址。
10. 内在的并行性
SSD是个缩小版的磁盘阵列，因为由很多个NAND Flash芯片组成，它们是可以并行读写的。单个芯片并没多快，很多个拼起来并行读写，速度就很快了。这就是SSD比机械硬盘快的原因。
11. 磨损平衡
因为块擦写次数是有寿命的，所以SSD控制器必须用算法保证所有的块的擦写次数能够相差不大。如果有些块擦写过多，就很快不能用了，容量下降了，同时也会影响其他块的稳定性。
12. 垃圾回收
第8条的图就是垃圾回收的流程，把要擦掉的块有效数据搬走叫做垃圾回收。因为无效数据的空间被释放出来了。
13. 后台操作会影响用户前台使用
因为SSD控制器在后台做垃圾回收等操作，占用了NAND Flash芯片，所以前台用户的读写性能就会下降。这就是SSD写满之后速度慢于空盘的原因：写满后，没有空间了，垃圾回收开始了。
数据特征
14. 不要写小于页的数据
NAND Flash的页大小一般是8KB或16KB，很多SSD控制器内部数据管理单元大小就是物理页甚至物理页的倍数。如果写数据小于这个值，只能把整个页读出来，其中一部分改成新的，再把整个写下去，所以一次写=读+改+写，耗时久而且写了多余的数据。尽管有些SSD内部有很大的DRAM，可以管理4KB的页，但是这种SSD总是少的，而且大多是企业级SSD。
所以：写数据最好大于16KB。
15. 写数据大小要对齐
就是最好是16KB的倍数。
16. 小数据的写先缓存起来
如果有很多零碎的数据写，那么先缓存在内存里面，等凑够16KB甚至更大了再写到SSD。很多企业级应用，数据是累积成日志文件写下去。例如Twitter的fatcache就是凑够了1MB才会写到SSD。
17. 相关的数据一起写
SSD里面有很多个NAND Flash芯片，当来了一大笔写的时候，会把数据分散到每个芯片上，这样读的时候并行起来，速度就很快。所以，为了利用这个特点，我们如果需要同时读一些数据，就把它们放在一起写。
18. 读写尽量分开
SSD里面有缓存和预读等机制，小数据的混合读写会影响这些机制的发挥，导致读写性能下降。所以最好把读集中在一起，写集中在一起。例如要修改1000个文件，不要读一个，改完，写一个，再改下一个，最好是读出1000个文件，再统一改好写下去。
19. 无效的数据打包删除或覆盖写
SSD里面一直在做垃圾回收，旧的数据一直在搬。逻辑页被Trim或重写后，旧的数据就作废了。所以旧的数据打包作废，就使得它们对应的旧块有效数据很快下降，SSD就会挑出来搬走，搬的数据量就小。如果分散开作废，那有可能作废了一些后，SSD就开始搬旧的块，搬走的有些数据其实没必要，因为马上就被作废了。
20. 随机写并不是永远都慢
机械硬盘随机写很慢，因为每次换地址就要重新寻道，探针机械移动很慢。而SSD不一样，没有寻道时间。如下图，当随机写的数据大小逐渐变大的时候（L->M->H），最后达到16KB*芯片（不一定是物理芯片，而是最小能独立写的芯片上模块）个数左右的时候，随机写和顺序写速度差不多了。一般这个大小是32MB一下，所以，当数据量为32MB的时候，可以随机了，没必要再刻意的连起来写。
21. 单线程读优于多线程小块乱序读
连续的数据是分散保存，所以一个线程顺序读性能更好，可以让SSD里面的每个芯片都有读。很多线程乱序读，就用不了SSD内部的并行性，同时也不能利用预读机制（Read Look Ahread）。
22. 单线程写优于多线程小块乱序写
如果数据大小在物理页16KB以下，就会触发很多读-改-写（read modify write），写速度下降。如果数据大小在物理页16KB以上的话，对SSD来讲，没有探头寻址时间，所以写的速度是一样的，不管是连续还是分开的数据，都是放到一堆写下去。
但是SSD垃圾回收是按照块为单位的，随机写的恶果是很多个块里面都有少量无效的数据，顺序的优点是少量的块里面有大量无效的数据。很明显，后者搬移的块更少，垃圾回收更快。
23. 数据都很小而且零碎不连续的时候，多线程写更优
我们用单线程是想让数据打包连续起来，如果用户数据本来就是很零碎的小数据，都很分散，很难在逻辑地址上拼接起来，那还是多线程好。因为多线程比单线程响应用户的写请求更快，充分利用CPU和内存资源。
24. 冷热数据分开写
冷的就是经常不更新的，热则反之。冷热混合的坏处是写放大和性能下降：
- 在同一个页上：数据块小于16KB或不对齐16KB时，更新热数据不得不读改写冷数据。
-
在同一个块上：垃圾回收热数据时，不得不搬移并重写冷数据。
SSD内部没办法区分冷热数据，所以使用者要在外面分开。
25. 缓存热数据，降低写频率
要经常更新的热数据，最好凑够很多了统一写下去，写的频率低一点，就减少冷热混合的概率。
系统级优化
26. PCIe和SAS接口比SATA快
SATA是6Gb/s，SAS 12Gb/s，PCIe 3.0一个lane（1组差分信号）速度是8Gb/s，4个就可以到32Gb/s。但是越快的越贵，不是说成本高，而是用的人少，价格自然就高。
现在常见的SATA硬盘顺序读在400MB/s以上，PCIe在1GB/s以上。来张PCIe SSD的图：
27. 预留空间大一点，速度会快很多
预留空间（Over-provisioning， OP）的意思是，SSD物理空间并不会都拿来给用户写，内部会预留一些作为垃圾回收搬移的缓存空间。因为并不是所有的块都是装满了有效数据，所以肯定块的总大小要大于用户数据才能有空间搬来搬去。OP够大，垃圾回收就更快。一般有10%-15%的预留空间就够了，有大量随机写的话，需要25%才行。
切记，厂商的容量是以1000为单位，而用户以1024为单位，所以厂商利用这个差值，即使给用户完整空间（GB的容量），也会内部多出来7% （1024*1024*1024 和1000 * 1000 * 1000差值）！！
28. 打开TRIM功能
机械硬盘时代，我们删除一个文件，其实只是文件系统删掉了指针，物理数据还在。SSD时代，TRIM命令可以把数据也删除，就是让旧数据作废，这样释放出空间来，垃圾回收更快。
29. 分区的时候和物理页大小对齐
就是16KB的倍数，这样写数据就是对齐的。要不相当于总的开头是歪的，后面每一笔写开头都不对齐。
引用：
原文：http://codecapsule.com/2014/02/12/coding-for-ssds-part-1-introduction-and-table-of-contents/
中文翻译：http://blog.jobbole.com/69969/
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