NAND闪存颗粒的组成

手机越用越慢，排除各类软件后台等因素，手机存储也会影响手机运行速度，特别是在可用空间较少的时候。

什么是NAND闪存？

内存颗粒又称闪存，是一种非易失性储存器，掉电不会丢失内容。闪存颗粒有很多变种，其中NAND闪存常用于固态硬盘、手机存储器。

闪存颗粒：

根据NAND颗粒每个单元内储存的比特数不同又可以分为SLC（Single-LevelCell）、MLC（Multi-LevelCell）、TLC（Triple-LevelCell）和QLC（Quad-levelcell）

储存密度越高读写性能可能会越差、寿命会越短，但成本越低。目前市面90%以上的固态硬盘、手机都是TLC颗粒。

TLC颗粒寿命一般在1000次完全写入（1000P/E）左右。所谓完全写入，例如128G存储，写入128G数据为一次P/E。

NAND颗粒的组成：

在NAND闪存颗粒中：

1.Block是最小的擦除单位Block包含多个Page。

2.Page是最小的写入单位。

3.删除数据时，数据并没有擦除，而是把文件的储存空间（Page）标记为作废。

4.必须先擦除才能写入数据

当写入数据的时候：

如果存储空间充足，芯片会找一个新的（干净的/擦除过的）Block以Page为单位写入数据。

如果没有太多空闲容量时（已经没有闲置的（干净的）整个Block，只有作废的Page），芯片会将某个Block读取到缓存，然后将原本的数据和新添加的数据一起写入刚才的Block。

这种情况造成了原本只需要写入一个Page变成了一个Block，这就是闪存的写放大（WriteAmplification）。这种情况下原本只要写入4K的数据，却造成了整个Block的写入，写放大128倍。重新写入整个Block的操作造成速度变慢。

可用空间不足时写入数据的步骤：

前面提到NAND闪存擦写次数是有限的，写放大不仅使写入性能下降而且加速了NAND闪存的磨损。

垃圾回收（GarbageCollection）

当我们删除文件的时候，系统利用Trim命令通知闪存主控，闪存主控将他们标记为废块，不再搬动数据。并在适当的时间回收废块。

寿命均衡（WearLevelling）

为了避免某些物理快在写入后就没有再次更改（例如系统文件），而一些块不断的擦写导致有些块寿命还很长，而有些块磨损严重，闪存主控会在适当的时机给文件更换位置。

结论：

从上面可以看到闪存主控会在适当的时机不断的腾挪数据存储在NAND闪存物理块的位置，起到均衡磨损、减少写放大的作用。

随着数据越来越多，闪存存储空间越来越少，留给主控腾挪的空间也越来越少，IBMZurichResearchLaboratory做的研究表明写放大和空闲空间关系极大。如下图：

空闲块少后，写放大达到3-4倍，当闪存存储空间使用大于75%后，会因为写放大而大大降低写入性能。所以删除掉一些文件吧。
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