小Z聊固态：固态关键词之垃圾回收机制

    几乎所有人都知道，个人电脑桌面上有个叫做“回收站”的东西，它的作用就是暂时存放用户已经从电脑中删除的东西，直至用户彻底删除。

    在机械硬盘时代，由于数据可覆盖的物理特性，删除文件、整理文件是个非常轻松、几乎不会产生任何损耗的操作。

    到了固态硬盘时代，种种新特性的加入，使得某些我们习以为常的操作却显得不合时宜，同时也诞生了部分基于闪存固态特性的新工作机制，例如机械硬盘时代流行的全盘整理工作，以及固态硬盘主控机制垃圾回收（GC）。

    言归正传，今天我们就来聊聊固态硬盘中重要的主控机制垃圾回收（GC）。

垃圾回收机制就是固态硬盘的磁盘整理机制

    垃圾回收，Garbage collection，业界多称之为GC机制。可以简单的理解为固态硬盘里的磁盘整理机制，它的具体工作是将混杂着“有效”和“无效”数据的闪存颗粒中，把含有“有效”数据的block合并在一起形成大的“有效”块，而将“无效”的block进行完全性的擦除，以留出大量空白的块。

    这样做的好处主要有二种，一是能够整合可用数据块，让数据寻址更容易，减少主控压力；另一方面，也是更重要的，可以为磨损均衡提供更多空白数据块，从而提升闪存颗粒的寿命和固态硬盘的使用寿命。

    当然了，空白数据块越多，对于固态硬盘实际读写性能也会有较大的提升。

闲置回收和主动回收机制的区别   

    如同磨损均衡机制，根据算法不同，垃圾回收机制也分为闲置回收和被动回收，几乎所有的固态硬盘都内置了被动回收机制。

    可以说，没有垃圾回收机制的固态硬盘几乎都被淘汰了，至于闲置回收机制，取决于SSD厂商的主控方案设计和产品定位。

垃圾回收机制分为闲置回收和被动回收

    闲置回收，根据字面意思，我们知道，就是在主控芯片工作压力不大，还有额外性能的时候进行的回收机制。

    由于是在用户不太关注固态性能的时候进行的垃圾回收（例如用户在线看视频或是听歌待机的时候），因而在感官上不会给用户以低速的不良体验，在不知不觉中进行了垃圾整理，这是它的优势，而缺点则是带来的写入放大过高，影响固态硬盘的随机读写能力以及更深层次的闪存颗粒的寿命。

    被动回收，又称为实时垃圾回收机制，就是在固态硬盘工作期间，同时进行的垃圾回收机制。

闲置回收和被动回收优缺点明显

    这种机制的优点在于实时进行垃圾回收，保持固态硬盘一直高速稳定运转，缺点也十分明显，占据大量的主控资源，主控压力大，进而引发文件实时响应延迟等问题。

杀敌一千自损八百的垃圾回收    

    杀敌一千，自损八百。垃圾回收机制在为固态硬盘提升性能的同时，实质上也在伤害着固态硬盘的实际寿命。

    根据垃圾回收机制，无论是闲置还是被动，都是在固态硬盘内部，进行额外的闪存颗粒擦除、写入，有过多的擦除和写入，就会带来过高的写入放大，过多的写入放大则会损害闪存颗粒的真实寿命。  

过度频繁垃圾回收影响闪存颗粒寿命   

    简单的解释下回收机制，固态硬盘的读写机制是写入数据时是以一个页面 (通常是 4 KB) 为单元，但在擦除数据时却是以块（通常为128kb或是256kb）为单位，进行一次垃圾回收，闪存颗粒会经历“读取-擦除-修改-写入”等步骤。

    举个例子，假如想要整理某个区块1上的A页上的4KB文件，实际上的整个过程就是读取区块1上所有的页面包括A/B/C/D等4个页面进入缓存中，然后将缓存中除了A页以外的文件重新写入，而A页文件进行垃圾回收。

    虽然，本意上只是想修改A页上的4KB文件，但实际上带给闪存颗粒的工作量远远不止修改4KB这么简单,而是进行了超过512KB或是1MB大小的文件修改工作。

厂商需要平衡闪存颗粒和垃圾回收机制

    因而，过度频繁的进行垃圾回收机制，会极大的影响闪存颗粒的实际寿命，至于如何在垃圾回收机制和闪存寿命中进行平衡，这就需要固态硬盘厂商们在设计产品方案时进行科学的权衡了。

    至于作为消费者的我们，仅需要明白垃圾回收机制已经成为固态硬盘的基本配置，下次进行固态选购的时候，不要被“支持垃圾回收机制”这种宣传噱头所欺骗就可以了。