為什么安卓的手機(jī)越用越慢，刷機(jī)也不行，是 CPU 老化嗎？
也許你和我有一樣的感受，手機(jī)剛買(mǎi)時(shí)運(yùn)行還比較流暢，可是過(guò)了一段時(shí)間（大概一兩年）卻越用卻卡。這在很多中低端手機(jī)尤其明顯。你也許會(huì)懷疑是不是垃圾應(yīng)用安裝多了，可你會(huì)發(fā)現(xiàn)很多時(shí)候甚至重刷系統(tǒng)都不能解決問(wèn)題，還是難以恢復(fù)初始的暢快感。這是不是手機(jī)廠(chǎng)商的陰謀，逼迫我們升級(jí)手機(jī)呢？還是CPU老化了，運(yùn)行速度越來(lái)越慢了呢？
其實(shí)CPU并不會(huì)因?yàn)槔匣兟?，我在這篇專(zhuān)欄文章中有詳細(xì)解釋?zhuān)?/p>
CPU能用多久？會(huì)不會(huì)因?yàn)槔匣兟?/a>
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是CPU的速度是恒定的，都是一個(gè)基頻乘以一個(gè)比例(Ratio)出來(lái)的?；l現(xiàn)在Intel CPU一般是100MHz，我們用的3G CPU，Ratio就是30，下來(lái)剛好3GHz。ARM的也類(lèi)似。而基頻和Ratio在整個(gè)生命期是不變的，從而CPU運(yùn)算速度是不變的。手機(jī)里面其他的子系統(tǒng)也類(lèi)似。
其實(shí)這除了和我們安裝的應(yīng)用軟件越來(lái)越多，而國(guó)產(chǎn)app經(jīng)常不請(qǐng)自來(lái)在后臺(tái)偷偷運(yùn)行有關(guān)外。重刷系統(tǒng)都不能解決速度問(wèn)題和手機(jī)的存儲(chǔ)介質(zhì)——閃存關(guān)系很大。
寫(xiě)放大（Write Amplification）
我在專(zhuān)欄文章介紹FTL時(shí)，介紹了閃存的存儲(chǔ)特性。我們知道一個(gè)典型的Flash芯片由Package, die, plane, block和page組成，如下圖：
Package: 也就是chip即Flash芯片，就是我們經(jīng)常在M.2的SSD上看到的NAND flash顆粒：
Die: 一個(gè)NAND顆粒是由一顆或者多顆Die封裝在一起而成，這種封裝可是平排的，也可以是層疊的。die內(nèi)部可以通過(guò)3D 堆疊技術(shù)擴(kuò)展容量，譬如三星的V-NAND每層容量都有128Gb（16GB），通過(guò)3D堆疊技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)最多24層堆疊，這意味著24層堆疊的總?cè)萘繉⑦_(dá)到384GB！就像蓋樓房一樣：
Die也是可以單獨(dú)執(zhí)行命令和返回狀態(tài)的最小單位。
Plane: 一個(gè)die可以包含幾個(gè)Plane.
Block: 重要的概念，它是擦除操作的最小單位。
Page：也很重要，它是寫(xiě)入動(dòng)作的最小單位。
閃存寫(xiě)入是以page為單位，而擦除是以block為單位，在寫(xiě)之前必須擦除。我們也知道了為了延長(zhǎng)閃存的生命周期和壽命均衡（Wear Levelling），F(xiàn)TL用LBA/PBA表來(lái)映射邏輯和物理操作單位，而一般的消費(fèi)級(jí)SSD和閃存系統(tǒng)有至少7%的空閑塊——OP(Over Provisioning)。OP空間就是閃存主控保留的自有空間，用來(lái)負(fù)責(zé)負(fù)載均衡和防止寫(xiě)放大。一個(gè)形象的例子就像我們玩數(shù)字華容道：
我們要把方塊1挪到右下角，一定好充分利用唯一的空格位置，將它移來(lái)移去，十分的困難。我們想象一下，如果在最下面忽然多出一整排空閑位置，這樣相信就是小學(xué)生也可以輕松完成這個(gè)簡(jiǎn)單版華容道，而不需要很多步驟。我們的OP就是這個(gè)空閑塊，多了后就會(huì)顯著減少挪動(dòng)的步數(shù)，而步數(shù)就可以看作寫(xiě)放大，對(duì)閃存壽命和速度有顯著影響。
因?yàn)檫@個(gè)原因，所以SSD和手機(jī)廠(chǎng)商必定會(huì)空出部分空間來(lái)給OP，一般至少7%。高端的SSD和手機(jī)的OP空間能夠達(dá)到20%到30%以上。OP的大小對(duì)性能影響很大，我們今天來(lái)看看OP和寫(xiě)放大對(duì)flash性能的影響。
我們假設(shè)要寫(xiě)入一個(gè)4KB的數(shù)據(jù)，可是一個(gè)塊里已經(jīng)沒(méi)有干凈空間了，但是有失效的數(shù)據(jù)可以擦除，所以主控就把所有的數(shù)據(jù)搬到緩存或者OP空間，然后擦除塊，再加上這個(gè)4KB新數(shù)據(jù)寫(xiě)回去，這個(gè)操作就造成了寫(xiě)入放大，即本來(lái)是寫(xiě)4K的數(shù)據(jù)，卻造成了整個(gè)塊（512KB）的寫(xiě)入操作，也就是128倍放大。當(dāng)然我們前文提到LBA/PBA并不是簡(jiǎn)單的block，而垃圾收集和Trim對(duì)寫(xiě)放大都有所減緩。但隨著閃存空閑空間越來(lái)越少，主控的騰挪空間也越來(lái)越少。IBM Zurich Research Laboratory做的研究證明寫(xiě)放大和空閑凈塊關(guān)系極大，如下圖：
可以看出，在空閑塊少后，寫(xiě)放大可以達(dá)到3到4倍。
我們新買(mǎi)的SSD和手機(jī)，空空如也的數(shù)據(jù)塊讓寫(xiě)性能達(dá)到最大，而隨著程序和數(shù)據(jù)越來(lái)越多，寫(xiě)入性能也逐漸下降。那究竟空閑塊少到多少才會(huì)性能下降，降到什么程度呢？
數(shù)據(jù)
根據(jù)Anandtech做的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，我們la如下圖：
橫軸是時(shí)間，縱軸是寫(xiě)入IOPS。隨著時(shí)間寫(xiě)入越來(lái)越多的隨機(jī)4KB數(shù)據(jù)，開(kāi)始100000的IOPS在某時(shí)刻劇烈下降，最后隨著空閑干凈塊慢慢減少，穩(wěn)定到了10000IOPS，效能下降到原來(lái)的10%！
當(dāng)然最終用戶(hù)使用情況沒(méi)有這么惡劣，但數(shù)據(jù)說(shuō)明寫(xiě)放大對(duì)效能的影響巨大。這也是為什么高端企業(yè)級(jí)SSD的op空間巨大的原因，Intel的SSD DC3700的op空間達(dá)到32%，這讓它有了巨大的騰挪空間，它的曲線(xiàn)異常平滑：
這對(duì)服務(wù)器市場(chǎng)非常重要。
結(jié)論
數(shù)據(jù)表明，我們對(duì)手機(jī)存儲(chǔ)空間或SSD使用大于75%后，寫(xiě)入性能就會(huì)因?yàn)閷?xiě)放大而大大下降。中低端手機(jī)Flash空間本來(lái)就小，OP又小，很容易造成寫(xiě)放大，大大減低了Flash的壽命。而壽命降低，會(huì)出現(xiàn)更多壞塊，反過(guò)來(lái)又加劇寫(xiě)放大，形成惡性循環(huán)。速度會(huì)越來(lái)越慢，這個(gè)靠重刷系統(tǒng)是不能解決問(wèn)題的。
現(xiàn)在你是不是要考慮買(mǎi)個(gè)大容量的手機(jī)了？iPhone手機(jī)為了提升用戶(hù)體驗(yàn)，op留的很大，所以快滿(mǎn)了后差距并不是很厲害，可以類(lèi)比Intel那款SSD。
后記
有很多朋友留言問(wèn)解決辦法，這里簡(jiǎn)單說(shuō)一下，稍后會(huì)寫(xiě)一篇專(zhuān)欄文章詳細(xì)介紹步驟和手機(jī)Flash與SSD的使用注意事項(xiàng)。
- 首先必須保證手機(jī)剩余存貯空間在25%以上。至于如何做到，就是刪刪刪唄。
- 刪除流氓軟件、自啟動(dòng)軟件。必要時(shí)分別設(shè)置app權(quán)限。
- 未有改善就只有重刷系統(tǒng)了。注意保留有價(jià)值的信息，如通訊錄、照片等等。
- 重刷系統(tǒng)，一般都會(huì)有改善。Trim在Android 4.3的手機(jī)上自動(dòng)會(huì)打開(kāi)，無(wú)需操作。
- 重刷系統(tǒng)還未改善，如果是Android 4.3的系統(tǒng)，很有可能就是壞塊太多了，你會(huì)發(fā)現(xiàn)可用空間變少了很多。有些軟件可以重置FTL表，但有風(fēng)險(xiǎn)。建議湊合用或者購(gòu)買(mǎi)新機(jī)，畢竟現(xiàn)在低端手機(jī)可以看作快消品了。
- 壞塊不會(huì)死而復(fù)生，壞了就是壞了，節(jié)哀順變吧。至于壞了的原因見(jiàn)我下面的系列文章。
日常使用時(shí)注意不要把存貯空間使用到高于75%，會(huì)加速寫(xiě)放大，加速壞塊的產(chǎn)生。
