SSD Internal Flow Control设计

    背景：

          众所周知，nand flash 以page program， 复写必须要erase block，因此才有GC。

由于GC的存在，SSD内部就存在后端资源争夺的问题，firmware需要考虑如何平衡Host IO、GC、和内部meta data flush。这就是我们今天要讲的----SSD Internal Flow Control。

---这里假设内部IO理想情况只有GC。（先忽略internal meta data flush）

   问题痛点：

           由于GC的存在，Host IO 和 GC相互争夺资源，导致performance忽高忽低，Qos波动太大。下面有两张图：

1.  由于没有其他模块block到Host IO，其性能曲线大致如图：

2. 起GC之后，Internal GC和IO互相争夺资源，可能性能曲线会变成这样：

分析问题：

如图，有a、b、c、d四个点有明显的性能波动，下面依次分析4个点波动原因：

如图分析a、b、c、d曲线波动原因：

 a： 在a点性能从正常单IO情况到开始跌落，分析最可能的原因是block count到底GC阈值，      internal GC开始启动，挡住Host IO导致。(如起GC的条件是 free block count < N)

b： 在b点性能出现大幅度跌落，这时候  GC 和 Host IO争夺资源，导致。

c：c点和b点继续波动和跌落，可能是GC block Host IO导致积压过多，或者其他Internal IO block导致。

d： 性能恢复，退出Flow control，只可能是GC做完 free block count > M. 

   解决方案：

           如何解决SSD 内部各种IO 冲突，使性能更平滑，控制latency？

方案1：

        在Flow control中根据GC speed去计算IO下放粒度 （单位时间下放多少Data Unit）

简单来说： 这一轮GC释放多少Data unit（nand page）/  这轮GC所花时间 = GC speed.

 那么根据生产者 = 消费者原则，通过Gc speed去控制下一轮Host IO speed。

（GC speed = (GC free data unit count)/(GC end time - GC start time).）

方案2：

        通过Src block Valid Count来算IO、GC的比例，简单来说：这个block  VC占比决定这轮IO和GC的写比例。

   通过GC free data unit count来计算下一轮IO：GC比例。

{

  eg： Block data unit count / VC  > 9  ---------> IO : GC = (9 + delta) : 1

          Block data unit count / VC = x  ------------> IO : GC = (x + delta) : 1

          Block data unit count / VC = 1  ------------> IO : GC = 1 : (y+ delta). 《y = (100% - op)*100)》

}

  两方案优劣：

      方案1，这样的设计带来什么问题？

          a. GC的过程也必定有Host IO进，造成GC的时间计算不准确，进一步影响Flow Control。

          b. 随着不同类型的数据的写入, GC free data unit count可能呈现很大波动性，造成GC speed波动，进一步影响Flow Control下放IO粒度。

       （eg： 写满盘后性能：GC free speed = （op(7%) * (block AU count (4800H)) *  4K）/ (GC 时间 = 1s）= 1300 Data Unit / s )

----->相当于1ms进1.3个IO.

       方案2，这样的设计带来什么问题？

         a. 由于VC分布不均匀，导致GC read时间不稳定，造成性能波动。

    选那种方案？-----------------？（PID算法尝试）

    思考：

            如果在SSD使用后期，GC有遇到很多的Read retry or UECC，造成在相等Src valid count情况下GC有较大的波动，是否可以考虑delta = error type + GC 时间的加权。