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SSD的物理结构和工作原理
SSD是由SSD控制器，FLASH存储阵列，板上DRAM（可选），以及跟HOST接口，诸如SAS、SATA、或者PCIE也就是我们通常说的NVMe磁盘。它的结构图如下：
上面的Nand Flash表示的是Flash颗粒，SSD控制器通过若干个主控通道并行操作这些Flash颗粒，就像RAID0一样，这样可以提高数据写入的并行性以及效率。每一个Flash颗粒又进一步细分为多个block（块），每一个block又包含多个page，在SSD内部，SSD控制器和Flash之间的最小访问单元粒度是page。一般一个page的大小为4k，一个block包括16个pages。在写入数据的时候，像raid0的工作机制一样，同时并行地将数据写入到每个Flash颗粒的一个block中的可用的page中，当一个block写满之后会接着写下一个block 。
目前磁盘的分区格式大都变为GPT（也就是EFI）了，也就是将整个磁盘按照线性地址空间组织起来，通过LBA（Logical Block Address，逻辑地址）来寻址，每个LBA代表一个sector。操作系统一般会以页的方式来访问SSD，当用户写入一页数据时，SSD控制器会从block中找到一个page来存放这些数据，并且同时将用户的LBA和flash颗粒中的page这种对应关系纪录下来，作为一条记录加入到SSD内部维护的一张映射表（Map Table），当有数据修改时，会更新映射表中的相应记录。当用户要读取相应的数据时，SSD首先会去查找Map Table中找到存放数据的pages，然后从中将数据读取出来返回给用户。关于映射表，不同的SSD是存在不同的地方的，对于有DRAM的，直接将映射表存放在DRAM里，而没有DRAM的，则将这些映射关系也存储在了flash颗粒了。
GC是（Garbage Collection，垃圾回收）的缩写，是固态硬盘（SSD）的一个基本技术，它对SSD的性能和寿命有直接的影响。这里主要介绍一下GC是如何工作的。
当使用机械硬盘时，文件系统可以直接将新数据写入到旧数据存储的位置，即可以直接覆盖旧数据。在固态硬盘中，境况有所不同。如果想让存储无用数据的块写入新数据，就需要先把整个块删除，才可以写入新的数据，也就是说固态硬盘并不具备直接覆盖旧数据的能力。对于固态硬盘来说，GC（垃圾回收）是指把现存数据重新转移到其他闪存位置，并且把一些无用的数据彻底删除的过程。上面介绍了，数据写入的方式，即以页面为单位写入，但是要想删除数据却需要以块为单位。因此要删除无用的数据，固态硬盘首先需要把一个块内包含有用的数据先复制粘贴到全新的块中的页面内，这样原来块中包含的无用数据才能够以块为单位删除。删除后，才能够写入新的数据，而在擦除之前是无法写入新数据的。说了GC之后，再说一下经常听到的SSD的写放大问题。因为当写入新数据时，如果SSD控制器找不到可以写入的page时，会执行GC过程，然后GC机制会将一些block中的有效数据合并写入其他的block中，然后将这些block的无效数据擦出，再将新数据写入到这些block中，而在整个过程中除了要写入用户的数据之外，实际上SSD还写入了一些其他block合并过来的数据，所以这就叫写入放大。
当在操作系统（例如 Windows）中删除文件时，操作系统只是在其内部文件表中做标记表示该文件已删除。由于NAND 闪存设备不能覆盖现有数据，所以在固态硬盘SSD上，当前无效的数据仍然保留在硬盘上。
这样的话就会产生大量的失效数据，也称为数据垃圾。为了提升SSD的利用效率，这时候就该“垃圾回收”（Garbage Collection, 下文全部简称GC)出手了。 GC过程简单来讲就是： 固态硬盘控制器会先复制所有有效数据（仍在使用中的数据）并将其写入不同数据区的空白页、擦除当前数据区中的所有数据单元，然后开始将新数据写入刚刚擦除过的数据区。Pages;
2. 首先在Block X中写入4个Pages(A, B, C, D); 3. 接着再向Block X中写入新的4个pages(E, F, G, H), 同时写入PageA-D的更新数据（A', B', C', D'), 这是PageA-D变为失效数据（invalid）; 4. 为了向PageA-D的位置写入数据，需要将E, F, G, H, A', B', C', D' 8个pages先搬到Block Y中, 之后再把Block X erase掉，这个过程就为GC。 在更新的操作系统中，例如Windows 7/Windows Server 2008 R2/Linux 2.6.33/FreeBSD 8.2/Open Solaris/Mac OS X Lion，它们都加入对Trim指令的支持（关于Trim, 详见本公众号历史文章“SSD为什么需要Trim？”）。即操作系统通知固态硬盘特定文件已删除，这样固态硬盘能够更好地管理 GC 过程以便恢复之前的空间，并防止保存和移动所有无效数据。 通过上面的介绍，想必聪明的你应该就知道GC是怎么回事咯。 不过，由于GC的过程增加了数据的读写过程，势必会对SSD的performance的产生一定的影响，所以GC发生的条件与触发点很关键。 GC触发条件大致有3点： 1. Spare Block太少， 2. Wear leveling， 3. 处理ECC错误Block, GC触发情形主要有两种： 1. Idle clean. 在状态处于Idle时，SSD会启动Background Clean, 也称为Idle clean, 这样可以不影响SSD正常工作时的performance；