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固态硬盘

SLC、MLC、TLC和QLC

固态硬盘为了实现存储功能，可以简单的认为是用了一个电容加一个电压。给电容充电的时候就代表1，给电容放点的时候就代表0。用这种实现存储功能的方式，叫使用了SLC颗粒。

所谓MLC、TLC、QLC，就是在电容里可以存下2个，3个，4个比特。如何能够实现？就是在充电时，通过充上不同的电压，让电压表区分来实现的。

和其他I/O设备一样，它也有对应的接口和控制电路。接口可以采用SATA或者PCI Express接口。而控制电路里，有个重要的模块，叫FLT（Flash- Translation Layer，内存转换层）。

接下来是它实际的I/O设备。它的裸片和机械硬盘的盘面存放方式一样，是多个裸片平行叠加在一起的。

一个裸片上有多个平面（它的存储容量在GB级别），而一个平面上又会有多个块（它的存储容量在几百KB到几MB），一个块又会被分成多个页（通常是4KB）。

SSD读取和写入的基本单位，是一个块。它的写入操作不像机械硬盘通过覆写来进行，而是要擦除后再写入。而SSD的寿命就是每个块的擦写次数，这个次数在几千次到几万次不等。

白色代表没有写入过数据，绿色代表里面是有效数据，红色数据在操作系统看来是已经删除的。

一开始所有块的每一个页都是白色的。随着我们往里边写数据，有些页就变成了绿色。

当我们删除了硬盘上的一些文件的时候，某些页就变成了红色。页变成红色时，再向里边是写不了数据的。

直到整个块都变成红色的时候，我们就可以将它擦除，这个块就又变成白色的了。

当我们没有白色的块写入数据时，我们就会找到一个红色最多的块，把绿色的页移到厂家预留的白色块中，再将这些红色多的块擦除。

我们的硬盘上会存储操作系统和一些常用的软件，所以对于这些硬盘空间，一般都是读的操作，对SSD寿命损耗很小。而我们在开发代码的时候，我们需要不断的修改，对于这些硬盘空间就是在不断擦除和写入，是损耗SSD寿命的。

这样的使用对于固态硬盘就会产生一个问题，就是反复擦写的地方容易坏的快，经常只读的地方坏的慢。时间一长，固态硬盘的容量就会越来越小。我们该如何解决？

我们可以加一个中间层来控制每个块的擦写次数，从而达到磨损均衡。这个中间层就是闪存转换层，FTL。

在FTL里边，我们存放了逻辑地址块到物理地址块的映射，操作系统访问的都是逻辑地址块，只有经过FTL的转换才能找到物理地址块。所以FTL就能知道每个物理块的擦写次数，从而达到磨损均衡。

当我们点击鼠标右键删除一个文件的时候，只是操作系统在逻辑上把它标记为可以写入。在实际物理层面，原来的数据还是存在的。当操作系统再向这个地方写入新数据时：

对于机械硬盘来说，新数据可以直接写来覆盖掉原来的数据。但是对于固态硬盘来说，这时候才能知道原来的数据已经废弃（标为红），然后把新数据存在新的地方。

也就是说，如果使用SSD硬盘，操作系统删除了数据的话，SSD硬盘是不知道的。这就导致了我们很多时候，在合并块删除废弃数据时，需要搬运很多操作系统已经删除的数据。不仅消耗了性能，还缩短了寿命。

为了解决这个问题，我们的操作系统和SSD都支持一种叫TRIM的指令。这个指令就是可以在数据被删除的时候，让操作系统通知对应的逻辑块已经标记成删除好让SSD不再做无用功。