前情提要
在了解 FTL 之后，这里将对 TRIM, over-provisioning 作介绍，并探讨 clustered block 以及 SSD 不同层级的平行机制。
5 Advanced functionalities
5.1 TRIM
依照 HDD 的慣例，档案系统刪除资料时不一定要真的下抹除指令到硬碟去（真的要刪的时候只要直接复写过去就好了）。造成可能有档案系统回報硬碟是空的、里面塞满实质 stale 的资料但 controller 不知情的情况。这会造成 controller 没法有效 GC，到了发现要复写了才开始清出空间，最后导致效能低落。
另外一个问题是，controller 快乐的把那些 controller 应该知道要刪除的资料搬来搬去做 wear leveling，但是这些都是做白工，而且干擾了 foreground 的读写工作。
有没有跟職场环jing有点像？
对这个问题的一个解法是 TRIM 指令，由作业系统送出，gao知 SSD controller 某些 page 已经被刪掉了，没有留存在 logical space 的必要。有了这个资讯 SSD 就不用把那些 page 搬来搬去，并适时刪除。这个指令必须要在 SSD controller, 作业系统, 档案系统都有支援的情况下才有用。
維基百科的 TRIM 页面有列出支援的作业系统及档案系统[16]，
关心 zfs 的人，freeBSD 9.2 及近期的 zfsOnLinux 8.0 都有支援 TRIM，愈来愈适合装在笔电上啦。
5.2 Over-provisioning 透过提供更多备用的 physical block 来让 SSD gc 更好做事、提升壽命。大部分的 SSD 都有将 7 ~ 25% 的空间做 over-provisioning[13]。使用者也可以加码在分割硬碟的时候留更多空间，例如 100 GB 的硬碟，切了 90 GB 来用，其他摆著，controller 一样会把那些空间拿来做 GC 等用途。
AnandTech 的一篇关于 over-provisioning 的文章，建议除了制造商原有的之外可以做到 25% 来达到更好的 SSD 存取效能[34]。另外一篇 Percona 的文章指出 Intel 320 SSD 在将满时写入效能低落的现象[38]。
作者对这现象的解释是如果 SSD controller 始终保持在忙碌状态，就会找不到适当实际进行 GC，清出 free state 的 block，直到 free block 用完了才不得不做。在这时候 FTL 已经无法像先前那样有效率的完成 foreground 读写操作，必须等 GC 清出空间才能做，这导致严重的效能下降。 over-provisioning 可以协助减缓此类现象的发生，让 FTL 有更多的空间支应大量的写入操作。至于需要多大的空间来做，作者建议如果需要因应尖峰时段大量随机写入，上看25%，不需要的话 10 ~ 15%即可。
5.3 Secure Erase
有部分型号提供 ATA Secure Erase 功能可以让 SSD 所有 block 清为 free，清空各 FTL mapping table。这可以解决资讯安全及使 SSD 效能恢复至出厂状态。不过 [11] 提到很多大部分厂商的实作都有问题。 Stackoverflow 上面有对于资讯安全议题的相关讨论，也可以看到如何更有效的把资料确实从 SSD 上抹除，也有一篇 paper 在讨论这件事，，原则上就是挑选有支援加密的型号，或是你直接用有加密的档案系统。 [48, 49]
还有把硬碟丟到调理机里面
5.4 Native Command Queueing (NCQ)
SATA 让 SSD 可以批次接受多个指令，利用内部平行处理机制的功能[3]。除了降低延遲之外，部分 controller 也提供此机制让 host CPU 可以批次下指令，当 CPU 工作量大的时候有帮助 [39]
5.5 断电保護
部分实作利用 supercapacitor 来保持 SSD 在断电之后仍有足夠能量完成 host bus 的指令。不过作者指出这个跟 Secure Erase 一样，各家实作不同，也没有统一规範。
[72] Zheng et al., 2013 在断电壓力测试中测了 15 款 SSD，没透露厂家，但掉资料、系统损毀的比例 13/15。另外一位 Luke Kenneth Casson Leighton 也拿了四款 SSD 来做测试，只有 Intel 没掉资料 [73]。
如果是资讯机房的话还是要牢记备份 321 原则，还有上 UPS 跟自动关机机制。
6. SSD 内部平行处理机制
6.1 有限的 IO 頻寬
因 nand flash 物理限制，单一 package 的 io 頻寬极限是在 32-40 MB [5]。因此能提升存取效能的方法就是 parallelized/平行化 或是 interleaved 解释可见 [2]的 2.2。
interleved 类似 pipelined
藉由结合不同层级的内部平行处理机制，SSD 可以同时 simutaneously 存取多个 block，又称 clustered block. 作者建议想了解細节的人去看 [2, 3]，进阶指令如 copyback, inter-plane transfer 可参考 [5]。
6.2 不同层级的平行机制
上图为 nand flash 的内部结构，所謂的层级即是 channel, package, chip, plane, block, 到 page ，以离 controller 的距离来做分级。
- Channel-level parallelism. controller 与 package 透过多个 channel 溝通，各channel 可被獨立运用，也可同步使用，各个 channgel 由多个 package 共用。
- Package-level parallelism. 在同个 channel 上的 package 可以被同时存取，上面提到的 interleaving 可以用在同 channel 的 package 上。
- Chip-level parallelism. 一个 package 里有兩个以上的 die/chip 可被平行存取。
- Plane-level parallelism. 一个 chip 里面有兩个以上的 plane, 同个指令（读写抹）可同时下在 chip 的各 plane 上。plane 里面有 block, block 里面有 page。plane 里面还有一些暂存器（小的 RAM 缓存区），用来协助 plane 层级的操作。
6.3 Clustered blocks
对分布在不同 chip 的多个 block 的操作也称为 clustered block [2]. 跟 HDD raid 的 striping 概念有点像 [1, 5].
批次对 LBA 的存取会被视为 clustered 操作，并同时对不同的 flash package 做存取。多虧了 FTL 的 mapping 演算法/资料结构，即便我们不是做循序的读写，一样可以发揮 FTL 平行运算的超能力。分散 block 到各个 channel 去让我们的读写抹都可以平行处理。意味著当我们 IO 的大小是 clustered block 的倍数，并有把 LBA 对齊，将可充分利用 SSD 内部各层级的平行运作机制。下一篇的 8.2 8.3 有更多介绍
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