也许你和我有一样的感受，手机刚买时运行还比较流畅，可是过了一段时间（大概一两年）却越用却卡。这在很多中低端手机尤其明显。你也许会怀疑是不是垃圾应用安装多了，可你会发现很多时候甚至重刷系统都不能解决问题，还是难以恢复初始的畅快感。这是不是手机厂商的阴谋，逼迫我们升级手机呢？还是CPU老化了，运行速度越来越慢了呢？

其实CPU并不会因为老化而变慢，我在这篇专栏文章中有详细解释：

CPU能用多久？会不会因为老化而变慢？

简单来说就是CPU的速度是恒定的，都是一个基频乘以一个比例(Ratio)出来的。基频现在Intel CPU一般是100MHz，我们用的3G CPU，Ratio就是30，下来刚好3GHz。ARM的也类似。而基频和Ratio在整个生命期是不变的，从而CPU运算速度是不变的。手机里面其他的子系统也类似。

其实这除了和我们安装的应用软件越来越多，而国产App经常不请自来在后台偷偷运行有关外。重刷系统都不能解决速度问题和手机的存储介质——闪存关系很大。

写放大（Write Amplification）

我在专栏文章介绍FTL时，介绍了闪存的存储特性。我们知道一个典型的Flash芯片由Package, die, plane, block和page组成，如下图：

Package: 也就是chip即Flash芯片，就是我们经常在M.2的SSD上看到的NAND flash颗粒：

Die: 一个NAND颗粒是由一颗或者多颗Die封装在一起而成，这种封装可是平排的，也可以是层叠的。die内部可以通过3D 堆叠技术扩展容量，譬如三星的V-NAND每层容量都有128Gb（16GB），通过3D堆叠技术可以实现最多24层堆叠，这意味着24层堆叠的总容量将达到384GB！就像盖楼房一样：

Die也是可以单独执行命令和返回状态的最小单位。

Plane: 一个die可以包含几个Plane.

Block: 重要的概念，它是擦除操作的最小单位。

Page：也很重要，它是写入动作的最小单位。

闪存写入是以page为单位，而擦除是以block为单位，在写之前必须擦除。我们也知道了为了延长闪存的生命周期和寿命均衡（Wear Levelling），FTL用LBA/PBA表来映射逻辑和物理操作单位，而一般的消费级SSD和闪存系统有至少7%的空闲块——OP(Over Provisioning)。OP空间就是闪存主控保留的自有空间，用来负责负载均衡和防止写放大。一个形象的例子就像我们玩数字华容道：

我们要把方块1挪到右下角，一定好充分利用唯一的空格位置，将它移来移去，十分的困难。我们想象一下，如果在最下面忽然多出一整排空闲位置，这样相信就是小学生也可以轻松完成这个简单版华容道，而不需要很多步骤。我们的OP就是这个空闲块，多了后就会显著减少挪动的步数，而步数就可以看作写放大，对闪存寿命和速度有显著影响。

因为这个原因，所以SSD和手机厂商必定会空出部分空间来给OP，一般至少7%。高端的SSD和手机的OP空间能够达到20%到30%以上。OP的大小对性能影响很大，我们今天来看看OP和写放大对flash性能的影响。

我们假设要写入一个4KB的数据，可是一个块里已经没有干净空间了，但是有失效的数据可以擦除，所以主控就把所有的数据搬到缓存或者OP空间，然后擦除块，再加上这个4KB新数据写回去，这个操作就造成了写入放大，即本来是写4K的数据，却造成了整个块（512KB）的写入操作，也就是128倍放大。当然我们前文提到LBA/PBA并不是简单的block，而垃圾收集和Trim对写放大都有所减缓。但随着闪存空闲空间越来越少，主控的腾挪空间也越来越少。IBM Zurich Research Laboratory做的研究证明写放大和空闲净块关系极大，如下图：

可以看出，在空闲块少后，写放大可以达到3到4倍。

我们新买的SSD和手机，空空如也的数据块让写性能达到最大，而随着程序和数据越来越多，写入性能也逐渐下降。那究竟空闲块少到多少才会性能下降，降到什么程度呢？

数据

根据Anandtech做的实验数据，我们la如下图：

横轴是时间，纵轴是写入IOPS。随着时间写入越来越多的随机4KB数据，开始100000的IOPS在某时刻剧烈下降，最后随着空闲干净块慢慢减少，稳定到了10000IOPS，效能下降到原来的10%！

当然最终用户使用情况没有这么恶劣，但数据说明写放大对效能的影响巨大。这也是为什么高端企业级SSD的op空间巨大的原因，Intel的SSD DC3700的op空间达到32%，这让它有了巨大的腾挪空间，它的曲线异常平滑：

这对服务器市场非常重要。

结论

数据表明，我们对手机存储空间或SSD使用大于75%后，写入性能就会因为写放大而大大下降。中低端手机Flash空间本来就小，OP又小，很容易造成写放大，大大减低了Flash的寿命。而寿命降低，会出现更多坏块，反过来又加剧写放大，形成恶性循环。速度会越来越慢，这个靠重刷系统是不能解决问题的。

现在你是不是要考虑买个大容量的手机了？iphone手机为了提升用户体验，op留的很大，所以快满了后差距并不是很厉害，可以类比Intel那款SSD。

后记

有很多朋友留言问解决办法，这里简单说一下，稍后会写一篇专栏文章详细介绍步骤和手机Flash与SSD的使用注意事项。

1. 首先必须保证手机剩余存贮空间在25%以上。至于如何做到，就是删删删呗。
2. 删除流氓软件、自启动软件。必要时分别设置app权限。
3. 未有改善就只有重刷系统了。注意保留有价值的信息，如通讯录、照片等等。
4. 重刷系统，一般都会有改善。Trim在Android 4.3的手机上自动会打开，无需操作。
5. 重刷系统还未改善，如果是Android 4.3的系统，很有可能就是坏块太多了，你会发现可用空间变少了很多。有些软件可以重置FTL表，但有风险。建议凑合用或者购买新机，毕竟现在低端手机可以看作快消品了。
6. 坏块不会死而复生，坏了就是坏了，节哀顺变吧。至于坏了的原因见我下面的系列文章。

日常使用时注意不要把存贮空间使用到高于75%，会加速写放大，加速坏块的产生。