随着技术的进步以及成本的降低，闪存已经越来越广泛的被企业级数据中心作为存储介质使用。相比传统的磁盘介质，闪存的优势显而易见：速度快，耗电低，省空间。特别在速度方面，闪存具备压倒性的优势。
比方说，客户原来采用某款高端磁盘阵列的时候，处理某个作业，需要花费6个小时。后来采用了闪存阵列，同样处理该作业，只需要1个小时就可以完成。闪存带来的性能优势非常的明显。
以上，并不是本文讨论的重点。
本文的重点是，客户刚刚采用闪存阵列的时候，处理作业只用1个小时，可是运行了一段时间之后，忽然有一天，客户发现处理作业用了1小时25分钟。于是，问题来了，客户一方面觉得1小时20分钟比6小时还是快多了，一方面也会想，为啥比起1小时，我现在处理作业的时间慢了4分之1？
由此，我们来了解一下，闪存中的“写悬崖（Write-Cliff）”现象。
什么是垃圾回收？
闪存是电子类介质，它处理数据的写入和传统的磁类介质（磁盘或者磁带）不同。在使用磁盘时，如果我们有新数据写入某区块，而该区块还存有旧数据，那只需要简单的进行覆盖即可。而闪存不同，新数据写入的区块，必须是空白区块，如果该区块存有旧数据，那么必须先对旧数据进行“擦除”（Erase）。是的，当数据存储的越来越多，理论上最多当写入的数据总量达到闪存提供的所有容量之后，再次写入更新时，就必然会产生“擦除”。
相比于常规的读取和写入操作，擦除有2个特点。
***，擦除的速度比读写要慢。
第二，擦除的处理单位要比读写大。
目前业界的闪存，基本上，读操作的处理单位不大于4KB，写操作的处理单位不小于4KB，而擦除的处理单位则是不小于1MB。这意味着，如果要写入4KB的数据，到某个已存有4KB旧数据的区块，那我首先需要擦除其周边1MB的区块空间。
这相当于您买了一套二手房三居室，规定要求说不能直接住，必须先还原成毛坯房再重新装修，而且要求您必须先把整个小区250个住户的房子全部恢复成毛坯房，然后才能重新装修自己家。可是其余249个邻居住的好好的，他们家里的东西怎么办，答案只有一个，就是请他们全部把家搬走，搬到其他小区空着的房子里去。（好吧，强制拆迁啦！！）当然，搬完之后有个好处，就是未来再有249个新住户进来，他们可以就在毛坯房的基础之上直接进行装修了（1MB一次性全部擦除）。
以上过程，我们称之为闪存擦除效应带来的“垃圾回收”。为了更清晰的描述这个过程，借(Chao) 用(Xi) 某闪存厂商的图片，来更为清晰的解释一下。
简便起见，如下图所示，假设某闪存设备一共提供了16个可写的小块，一次擦除必须以4个小块为单位。
首先，我们写入了一个“MyFile.doc”文件，占用了6个小块，由于现在的16个块都是“干净”的空白状态，所以直接写入即可。如下图。
然后，我们更新了“MyFile.doc”文件。注意，在这里，作为用户，我们认为自己是在原来的位置上对文件数据进行了更新。但是闪存为了更快的完成处理，会物理上将新数据写入另外的“干净”区块，并将原有旧数据所在区块标记为“失效”状态。如下图（灰色代表“失效，未擦除”数据块，蓝色代表“已占用”数据块，白色代表“干净，可写入”数据块）。
（同时为了解决应用程序地址和实际物理存储地址的对应问题，闪存加入了“Flash Translation Layer”，用来实现上述两个地址的映射。）
接下来，我们又需要写入一个新文件“AnotherFile.doc”，同样占用6个小块，但是现在上图中只剩下4个空白的“干净”小块了。因此，我们需要擦除左上角“失效”的4个小块，擦完之后如下图所示。
接下来，新的数据就可以被写入到左上和右下总共的6个“干净”小块了。
现在，我们写入***一个文件，需占用3个小块。可以从上图看到，空白“干净”小块只剩2个了。另外还有2个“失效”小块，但是由于与有效数据同处一个擦除区域，无法直接擦除。因此，我们就需要进行数据的移动，如下图所示，从而腾出一个整体的空间，使得擦除可以进行。这一步，就是之前讲的邻居搬家。
擦除完之后，我们就可以写入占用了3个小块的新文件了！
闪存“垃圾回收”带来的“写悬崖”和“写放大”
回到文章一开始客户遇到的性能下降25%的问题，在我们了解完闪存垃圾回收的过程之后，就很容易理解了。一台40TB容量的闪存运到客户现场，起始都是“干净”的空白小块，写入速度很快。但随着数据的不断更新，或早或晚必然会出现区块间数据搬运，数据擦除等后台垃圾回收的相关操作，从而提供“干净”的小块给后续的写入操作。这些操作和前端应用程序并行，导致了性能的下降，我们称之为“写悬崖(Write-Cliff)”。
“写悬崖”仅仅是垃圾回收带来的问题之一。垃圾回收还带来的另外一个问题，叫做“写放大”。我们都知道闪存的每个Cell（颗粒）都是有写入次数的寿命限制的。垃圾回收导致了额外的Cell写入，加速了Cell寿命消耗。我们称之为“写放大(Write-Amplification)”。
如何处理“写悬崖”
写悬崖和写放大都是闪存介质与生俱来的特性，无论是SSD固态硬盘，还是目前的全闪存阵列厂商，都无法避免这两个问题。
闪存厂商一般会通过介质材料，算法以及架构的优化等手段，来将这两种影响控制在一定的范围内。同时，对该问题处理的效果，也是衡量闪存阵列能力的因素之一。比如目前业界市场占用率很高的某闪存阵列厂商，宣称通过以下手段来优化写悬崖的问题：
首先，采用“超供给”方式，通过提供更多的颗粒数量（比如用户可见容量40TB，而实际物理容量超过67TB），用于减缓整体闪存寿命的磨损，并实现更为灵活的预防性垃圾回收。
同时，采用了“带外”的垃圾回收处理机制，也就是为垃圾回收配置了专门的处理引擎，从而不占用处理前端应用数据IO的硬件资源。
此外还有均衡磨损算法，监测机制等手段，来优化缓解这两个问题。
消除误区，“写悬崖”并不可怕
***，需要说明的是，写悬崖并不可怕。
即使写悬崖带了的性能的降低，但速度降下来之后，处理得当的闪存阵列，其性能还是要远远高于传统磁盘阵列。好比您以5块钱一股的价格买了一只股票，***的时候股票价格飙升到了30块钱一股，但后来降到了25块钱一股，并在25块钱平稳下来。那么整体来看，收益还是很好的。
以下是某厂商公布其全闪存阵列“写悬崖”测试的测试结果，我们可以看到，“写悬崖”发生后，该阵列依然运行在一个很高的吞吐量水平上。
当然，在上面的图中我们也看到了另外一个厂商的闪存产品，出现了严重的写悬崖问题。所以在对闪存阵列选型时，一定要搞清楚闪存阵列厂商是否对该问题进行过优化，并***让厂商给出一些有说服力的数据或者测试报告。
