在NVMe SSD內部，處理I/O請求有四個主要過程。

1. HIL從主機端的提交隊列中獲取請求，將請求插入設備級隊列；
2. HIL首先要對每個請求進行粒度分割。將請求分為多個事務(transaction)，每個事務的大小是閃存頁的大小(flash page size)。
3. 在FTL層，固件判斷請求是寫請求還是讀請求。若為寫請求且SSD支持寫緩存，則由FTL內的Cache Management單元將每個事務的數(shù)據(jù)保存在DRAM的寫緩存區(qū)中，并通知HIL準備回送響應數(shù)據(jù)；若非以上情況,則FTL通過Address Translation單元將每個事務的LPA轉換為PPA，并將事務插入芯片級別的隊列。之后transaction scheduling單元來解決事務之間的資源爭用，將可以執(zhí)行的事務發(fā)送到閃存芯片的控制器(Flash Chip Controller)。

最后，當一個請求對應對的所有事務都完成了，F(xiàn)TL通知HIL回送響應。

在Flash存儲器中，I/O請求的操作單位是頁(page)；擦除的操作單位是塊(block)。

在SSD使用一段時間后，一個塊內將同時有有效頁面和無效頁面。

由于閃存的顆粒的物理特點，顆粒被寫入數(shù)據(jù)不能覆蓋數(shù)據(jù)，再次寫入數(shù)據(jù)只能先擦除再寫入。

寫操作中的擦除操作包括三個步驟：

1. FTL將更新的邏輯頁對應的物理頁面(不再使用)標為無效頁；
2. 將原塊中剩下的有效頁的數(shù)據(jù)轉寫到其他空閑的塊中；
3. 將此塊上的數(shù)據(jù)刪除。

這個步驟也是SSD中垃圾回收(Garbage Collection, GC)機制的工作內容。

這樣，SSD在寫操作中，執(zhí)行了一次垃圾回收，顯然會影響寫操作時延性能。

現(xiàn)代的SSD中采用異地更新 (out-of-palce update) 策略來更新物理頁。

在要更新一個閃存頁的數(shù)據(jù)時，不執(zhí)行擦除操作，而是由FTL中的Address Translation單元為I/O事務分配一個新的空閑塊上的空閑物理頁地址，并更新緩存地址映射表。

然后將原來的閃存塊中對應物理頁的數(shù)據(jù)標記為無效，等待垃圾回收機制(GC)被觸發(fā)時統(tǒng)一回收該閃存塊。

這樣新數(shù)據(jù)能夠較快地寫入新數(shù)據(jù)塊。

穩(wěn)態(tài)是在SSD中所有的閃存頁/地址都被至少寫入一次之后，SSD寫入帶寬趨于穩(wěn)定的一種狀態(tài)。對于實體SSD，快速進入穩(wěn)態(tài)的方式是：先對SSD的所有地址進行順序寫操作，然后再進行隨機寫操作，能夠將SSD中的所有地址都至少寫過一次。

穩(wěn)態(tài)對SSD性能的影響如下：

1. 在穩(wěn)態(tài)下，SSD固件中的維護方法，比如垃圾回收(Garbage Collection)方法才會發(fā)揮作用。GC方法的執(zhí)行會干涉用戶的I/O請求的執(zhí)行，并且會顯著影響SSD設備的持久性能。
2. 在穩(wěn)態(tài)下，寫緩存空間不足，影響寫操作的性能。進入穩(wěn)態(tài)后，寫緩存的空間不足，在新寫操作到來時會導致緩存回收(cache evictions)；還會使Flash后端的寫流量增大。
3. （當前應用程序的物理數(shù)據(jù)放置，高度依賴于SSD的使用歷史和之前進程的數(shù)據(jù)放置。）在穩(wěn)態(tài)下，SSD flash芯片中空閑的物理頁面較少。在新的I/O請求到來時，還有哪些空閑物理頁可以使用，取決于在此前I/O操作是如何使用物理頁的。因此，從閃存芯片層級來講，I/O請求此時并不能完全利用閃存芯片之間的并行性。

綜上，也就是說在穩(wěn)態(tài)下，SSD的性能指標幾乎會到達一個最低點，也是設備性能的下限。

對于業(yè)界的測試工作來說，穩(wěn)態(tài)下的測試結果才能真正說明設備的性能水平。