作者简介
冬瓜哥，《大话存储》系列图书作者，现任Microsemi存储系统架构师
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此文是对ssdfans群聊的一个小总结，也解决了冬瓜哥的一些困惑，所以感觉非常有必要做个总结，让大家更深一步了解SSD在元数据管理层面上的运作机制。在此感谢ssdfasn群提供了一个相互交流闪存技术的平台，感谢群友们的知无不言，言无不尽。
关于元数据
page里有元数据，内存里同步维护一张按逻辑页号排序的大表。
SSD需要记录很多元数据，典型的就是逻辑页号与物理页号的映射关系。逻辑页号对应的物理页是在不断变化当中的，至于控制器将某个页面重定向写入到哪个物理页，就是FTL模块综合计算的结果了。
一般认为，这种映射关系无非就是一张大表，保存在SSD控制板上的SDRAM中，大概会有Flash裸容量的千分之一大小。如果裸容量4TB，那么这张表就大概有4GB这么大。
由于每一笔IO，主控都需要查表来寻址物理页号，该表以逻辑页号排序，可以做到一次定位。但是SSD板载DRAM容量太小，所以总有大部分表是放在Flash里某固定位置上的，比如可以放到SLC介质区，以保证查表时的性能。
对于写IO，逻辑页对应的物理页会变化。主控要将这个变化记录下来。一般理解，对应物理页号如果此时恰好在DRAM中，那么主控直接改DRAM即可，假设DRAM中如果有500MB的物理页号变更导致的脏数据，此时一旦系统掉电，主控需要将这500MB的脏数据刷盘，而一般SSD采用的电容量不足以支撑这么多数据的写入。
实际上，主控是这么干的：将对应页面的逻辑页号存储到该page中的固定位置，随着page的有效数据一起写入。目前page有效容量在8K/16K粒度，一个Page的物理容量其实是有效容量+校验+元数据（逻辑页号等）。每个页面都保存有自己所属的逻辑页号。同时，主控在DRAM中还维护了那张按照逻辑页号排序的大表。这样，就算掉电，DRAM里数据全部丢失，那么主控也还可以读出所有page，根据其中保存的逻辑页号，将这张大表重新构建起来。这就是为什么有些早期的SSD在系统突然掉电之后，必须等待较长的时间才可用的原因。
Block里也有元数据。
比如，用于记录该Block的高水位线，也就是最后一个被Program的page的偏移量。
如果能够记录每个LBA所在的页内偏移量，小块写写性能将非常好。
由于NAND Flash的IO单位是一个Page，如果前端接收到的写IO size小于一个Page，比如，IO size=0.5K，这是SCSI/ATA时代的遗留标准（最小IO单位是一个扇区），那么主控也要读出一个page，盖掉其中的对应的0.5K, 然后后台再将该page写下去。如果有大量的随机0.5K的写IO，那么主控则无法将其合并到一个page中一次性写入，因为一个page内所保存的LBA在局部必须是连续的，因为主控只维护逻辑页号和物理页号的对应，并没有维护逻辑页内部LBA的位置，这样可以节省大量的元数据，代价就是写惩罚。
如果想做到对大范围全随机的小块写IO进行拼接然后写入一个page，那就得记录LBA粒度的映射，这样表会很大，page里也要保存对应数量的LBA地址，假设每个LBA48bit的话，16K的page就得保存32 x 48bit的元数据量。
转载自冬瓜哥公众号“大话存储“：
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